Ender-3S升级Klipper固件：性能提升与配置指南

1. 为什么选择Klipper固件升级Ender-3S

作为一名3D打印爱好者，我使用创想三维Ender-3S已经有一年多时间。原厂Marlin固件虽然稳定，但在打印速度和精度方面始终存在瓶颈。经过多方调研，我决定尝试将打印机升级到Klipper固件系统。这个决定主要基于三个关键考量：

首先，Klipper独特的"上位机+下位机"架构能显著提升打印性能。传统固件所有计算都在打印机主控板上完成，而Ender-3S使用的ATMEGA1284P芯片（16MHz主频）性能非常有限。Klipper将运动规划等复杂计算转移到树莓派等高性能主机处理，主控板只负责简单指令执行，理论上可使打印速度提升2-3倍。

其次，Klipper支持更精细的运动控制。通过"共振补偿"（Input Shaping）和"压力提前"（Pressure Advance）等高级功能，可以有效减少打印件上的振纹和挤出不均匀问题。我的测试显示，在相同速度下，Klipper打印的Benchy船模表面质量明显优于Marlin。

最后，Klipper的配置灵活性是吸引我的重要因素。所有参数都通过文本文件配置，无需重新刷写固件就能调整各项设置。这对于喜欢折腾和优化的用户来说简直是福音。不过需要注意的是，这种灵活性也意味着需要投入更多时间进行参数调校。

提示：如果你的打印机主要用于教学或需要即开即用的场景，Marlin可能仍是更稳妥的选择。Klipper更适合愿意花时间钻研的技术爱好者。

2. 硬件准备与环境搭建

2.1 所需硬件清单

在开始升级前，需要准备以下硬件设备：

• 创想三维Ender-3S打印机（主板版本确认很重要）
• 树莓派3B+或更高性能的单板计算机（我使用的是闲置的3B+）
• 可靠的5V/2.5A电源适配器（供电不足会导致打印中断）
• 优质USB数据线（建议使用带磁环的屏蔽线）
• SD卡（16GB以上，用于树莓派系统）

特别要注意的是主板版本确认：拆下打印机底部盖板，在主芯片上会标注型号（如ATMEGA1284P），旁边PCB上印有版本号（如v1.1.3）。这个信息对后续固件编译至关重要。

2.2 树莓派系统配置

推荐使用Raspberry Pi OS Lite版本（无桌面环境），可通过官方Imager工具刷写：

1. 下载最新版64位Lite系统镜像
2. 使用Imager写入SD卡时，记得启用SSH并配置WiFi
3. 首次启动后通过sudo raspi-config扩展文件系统

安装必要工具链：

bash复制sudo apt update && sudo apt upgrade -y
sudo apt install -y git vim htop

网络优化建议：

• 使用有线网络连接更稳定
• 如果必须用WiFi，建议设置静态IP
• 在路由器中为树莓派分配固定IP地址

3. Klipper系统安装详解

3.1 使用KIAUH工具一键安装

KIAUH是社区开发的Klipper管理工具，能简化安装流程：

bash复制cd ~
git clone https://github.com/dw-0/kiauh.git
./kiauh/kiauh.sh

在交互界面中依次安装：

1. Klipper（核心固件）
2. Moonraker（API服务）
3. Fluidd（Web界面）
4. 可选：Crowsnest（摄像头支持）

安装过程中常见问题处理：

• 如果卡在依赖下载，可尝试更换软件源：

  bash复制sudo sed -i 's|raspbian.raspberrypi.org|mirrors.ustc.edu.cn/raspbian|g' /etc/apt/sources.list
  

• 特定依赖手动安装：

  bash复制sudo apt install -y libopenjp2-7 libtiff5 libjpeg62-turbo
  

3.2 下位机固件编译配置

进入klipper目录进行配置：

bash复制cd ~/klipper
make menuconfig

对于Ender-3S v1.1.3主板的配置：

code复制[*] Enable extra low-level configuration options
Micro-controller Architecture (Atmega AVR) --->
Processor model (atmega1284p) ---> 
Processor speed (16Mhz) --->
Communication interface (UART0) --->
(250000) Baud rate for serial port

编译固件：

bash复制make clean
make

编译成功后固件位于：~/klipper/out/klipper.elf.hex

4. 固件刷写实战与问题排查

4.1 标准刷写流程

1. 连接打印机与树莓派USB
2. 获取设备ID：

   bash复制ls /dev/serial/by-id/
   

3. 尝试标准刷写：

   bash复制make flash FLASH_DEVICE=/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Serial-if00-port0
   

4.2 常见刷写问题解决

如果出现"not in sync: resp=0x65"错误，说明主板没有bootloader。这时需要：

方案一：使用Arduino作为ISP编程器

1. 准备Arduino Uno和6根杜邦线
2. 烧录ArduinoISP示例程序
3. 连接打印机主板ISP接口
4. 使用avrdude刷写bootloader

方案二：购买专用ISP编程器

• 推荐USBasp或USBtinyISP
• 价格约30-50元
• 刷写成功率更高

具体刷写命令示例：

bash复制avrdude -c usbasp -p m1284p -P usb -U flash:w:klipper.elf.hex

4.3 刷写成功后的配置

1. 创建打印机配置文件：

   bash复制cp ~/klipper/config/printer-creality-ender3-2018.cfg ~/printer_data/config/printer.cfg
   

2. 修改关键参数：
   • serial端口设置
   • 步进电机电流
   • 热床和喷头PID参数
3. 重启Klipper服务：

   bash复制sudo service klipper restart
   

5. 调优与进阶配置

5.1 基础参数校准

1. 步进电机步距校准：

   gcode复制STEPPER_BUZZ STEPPER=stepper_x
   

2. 挤出机校准：

   gcode复制M92 E415
   

3. PID自动调谐：

   gcode复制PID_CALIBRATE HEATER=extruder TARGET=200
   

5.2 高级功能启用

共振补偿配置：

ini复制[input_shaper]
shaper_type = mzv
shaper_freq_x = 45.5
shaper_freq_y = 52.3

压力提前校准：

gcode复制TUNING_TOWER COMMAND=SET_PRESSURE_ADVANCE PARAMETER=ADVANCE START=0 FACTOR=.005

5.3 安全防护设置

过热保护：

ini复制[temperature_safety]
max_extruder_temp: 275
max_bed_temp: 120

断电续打：

ini复制[pause_resume]
recover_velocity: 50

6. 使用体验与性能对比

经过两周的调校测试，我的Ender-3S在Klipper下的表现：

打印速度：

• 原Marlin：60mm/s（质量模式）
• Klipper：120mm/s（相同质量）

表面质量：

• 振纹减少约70%
• 转角更加锐利
• 首层附着更均匀

功能扩展：

• 支持网络监控和远程控制
• 可添加多个USB摄像头
• 支持宏命令自定义

遇到的挑战：

• 初始配置耗时较长（约8小时）
• 需要重新学习Gcode命令集
• 部分参数需要反复调试

对于还在犹豫的用户，我的建议是：如果你享受技术探索的过程，Klipper绝对值得尝试；如果追求即插即用，可以考虑Creality官方推出的Klipper固件版本。