Klipper: il firmware che sposta i calcoli su un computer

L’architettura diversa di Klipper

Un firmware tradizionale per stampanti 3D come Marlin gira interamente sul microcontrollore della scheda madre, un chip piuttosto debole pensato per pilotare motori, non per eseguire calcoli pesanti. Klipper cambia questa impostazione: secondo la documentazione ufficiale del progetto, i calcoli di traiettoria e cinematica avvengono su un computer separato, di solito un Raspberry Pi o una scheda equivalente, che poi invia comandi precisi al microcontrollore, il cui unico compito è eseguirli con, sempre secondo la stessa documentazione, una precisione di 25 microsecondi o migliore.

Delegare i calcoli a un computer più potente permette traiettorie più complesse senza sovraccaricare il microcontrollore, il che apre la strada a velocità e accelerazioni più alte rispetto a un firmware che fa tutto in locale, a parità di hardware. Klipper resta un software libero e open source, rilasciato con licenza GNU GPL v3 e disponibile sul repository GitHub del progetto, dove la sua community di contributori mantiene codice e documentazione.

Questa divisione ha un compromesso: Klipper dipende da un computer di supporto funzionante per girare, a differenza di un firmware autonomo come Marlin che gira interamente sulla scheda madre. Un'interruzione di corrente o un computer di supporto alimentato male può interrompere una stampa in modo diverso rispetto a un firmware puramente embedded, da tenere presente quando si cabla l'intero impianto.

Input shaping e pressure advance: le due funzioni principali

L'input shaping compensa la risonanza meccanica: misura o stima le frequenze naturali del telaio della stampante, poi regola i comandi dei motori per ridurre il ringing (le leggere onde visibili vicino a uno spigolo vivo) e il ghosting causati dalle vibrazioni. Questa funzione, descritta nella documentazione di Klipper sotto Resonance Compensation, è uno dei motivi più citati da chi passa a questo firmware.

Il pressure advance regola la pressione del materiale all'interno dell'ugello anticipando i cambi di velocità, riducendo le colature all'inizio e alla fine di un segmento di estrusione, effetto che si nota soprattutto negli angoli e nei dettagli fini. Le due funzioni si calibrano separatamente, di solito con stampe di prova, e uno slicer compatibile come OrcaSlicer include strumenti dedicati per eseguire queste calibrazioni senza toccare una console a riga di comando.

Quali stampanti escono di fabbrica con Klipper

Diversi produttori oggi installano Klipper di default invece di lasciare la conversione all'acquirente. La Creality K1 usa una versione di Klipper adattata da Creality, con codice pubblicato su un repository dedicato del progetto. Anche la Sovol SV08, derivata dall'architettura Voron, funziona con Klipper di serie, con firmware e sorgenti pubblicati da Sovol.

Anche la QIDI Q1 Pro usa Klipper, con un fork di Klipper e un server Moonraker mantenuti da QIDI secondo le loro pagine GitHub ufficiali. Secondo la pagina prodotto di Elegoo, la Neptune 4 è fornita con Klipper preinstallato su una scheda ARM a 64 bit, a dimostrazione di una tendenza più ampia del mercato a fornire Klipper nativamente invece di considerarlo una conversione riservata agli utenti esperti.

Klipper preinstallato in fabbrica vs. una conversione: cosa cambia

Una stampante fornita con Klipper arriva già configurata dal produttore, con profili e un'interfaccia su misura per quel modello specifico, saltando il passaggio della configurazione manuale di printer.cfg. Una conversione, invece, significa installare Klipper in prima persona su una stampante progettata in origine per Marlin, il che comporta configurare a mano pin, sensori e cinematica partendo da un file di configurazione esistente o da un esempio simile.

Le versioni di Klipper preinstallate in fabbrica sono a volte modificate, bloccate o indietro rispetto al ramo principale del progetto, un punto sollevato dalla community attorno a diverse macchine consumer. Passare a una versione più vicina al repository ufficiale del progetto è possibile su molte di queste stampanti, ma richiede più lavoro di un semplice aggiornamento dallo schermo della stampante.

Per chi compra per la prima volta, la cosa conta soprattutto al momento di scegliere la stampante: una macchina che include già Klipper evita la questione all'inizio, rimandando il passaggio a una versione più recente a quando le basi della calibrazione saranno una seconda natura.

Più microcontrollori, macro e un file di configurazione: cosa rende possibile l’architettura oltre alla velocità

La documentazione ufficiale di Klipper elenca funzionalità che ricevono meno attenzione dell'input shaping ma che plasmano l'esperienza altrettanto. Una singola stampante può essere pilotata da più microcontrollori, uno per l'estrusore, un altro per i riscaldatori, un terzo per tutto il resto, con il software host che ne sincronizza i clock: bastano poche righe in più nel file di configurazione, ed è per questo che le macchine recenti possono gestire una testina con un solo cavo.

L'intera configurazione risiede in un file di testo, senza bisogno di riflashare il microcontrollore per cambiare un'impostazione, e lo stesso file accetta macro programmabili: nuovi comandi G-code definiti dall'utente, il cui comportamento può dipendere dallo stato della stampante. La documentazione menziona anche un server API JSON integrato, su cui si basano le interfacce web e le app di terze parti.

Sulle prestazioni, il progetto afferma che anche un vecchio microcontrollore a 8 bit supera i 175,000 passi al secondo e che i microcontrollori recenti raggiungono diversi milioni, con ogni passo comunque pianificato entro 25 microsecondi. Il codice è descritto come indipendente dall'hardware e portabile su chip ARM, AVR e PRU, il che permette di tenere la scheda madre di una stampante esistente e aggiungere solo un computer di supporto, come sottolinea la nostra guida ai tipi di stampanti 3D.

Mainsail e Fluidd: usare Klipper da un browser

Klipper non ha uno schermo né un'interfaccia grafica integrata: si appoggia a Moonraker, un'API che espone le sue funzioni, e a un'interfaccia web come Mainsail o Fluidd per gestire la stampante da un browser. Queste interfacce mostrano il flusso della telecamera se ne è installata una, le impostazioni di temperatura, l'elenco dei file G-code, e danno accesso alle macro e alle calibrazioni specifiche di Klipper.

Su una stampante fornita di fabbrica con Klipper, il touchscreen integrato spesso replica una parte di queste funzioni in un'interfaccia semplificata specifica del marchio, mentre Mainsail o Fluidd restano disponibili in parallelo da un computer o da un telefono sulla stessa rete, comodo per tenere d'occhio una stampa senza stare accanto alla macchina.

Cosa sapere prima di convertire una stampante esistente

Installare Klipper su una stampante nata per Marlin richiede un computer di supporto (un Raspberry Pi o equivalente), una scheda madre compatibile con il firmware per microcontrollore di Klipper e un file di configurazione adatto a quel modello specifico, di solito reperibile tra gli esempi forniti con il progetto o condiviso dalla community. È una modifica più profonda del funzionamento della macchina rispetto a un semplice aggiornamento del firmware.

Una conversione non ufficiale quasi sempre esula dall'uso previsto dal produttore e può compromettere la garanzia, cosa da verificare con l'assistenza prima di cominciare. Per una prima stampante, scegliere un modello che include già Klipper configurato evita questo passaggio e i relativi rischi, al prezzo di una scelta più ristretta rispetto all'intero mercato Marlin.

Fonti e limiti

• Klipper — Panoramica (architettura host + microcontrollore)
• Klipper — Funzioni (input shaper, pressure advance)
• GitHub — Klipper3d/klipper (repository principale, licenza)
• GitHub — CrealityOfficial/K1_Series_Klipper (firmware Creality K1)
• Elegoo — Stampante 3D FDM Neptune 4 (Klipper preinstallato)

Organizziamo la documentazione dei produttori e della comunità; non abbiamo misurato personalmente questi prodotti. Il manuale del tuo modello esatto ha la precedenza sulle indicazioni generali.