PIDチューニングはなぜ必要？Klipperでの実践方法を初心者向けに解説

「温度が安定しない」「設定温度を超えちゃう！」って、3Dプリンターを使っているとよくありますよね。これ、実はヒーターの運転を最適化できていないのが原因なんです。

この悩みを解決してくれるのが、今回ご紹介する PIDチューニング です！

私も最初は「初期設定で動くからいいや」と思っていたんですが、ノズルを交換したら温度が暴れだして大パニック！海外のフォーラムを調べたら、「まずはPIDをやれ！」って書いてありました。

この記事では、

  • PIDチューニングの目的
  • Klipperでの具体的な手順
  • 初心者がつまずきやすいポイント

を詳しく解説します。

1. PIDチューニングとは？

まずは「PID」がどういうものなのか、そしてなぜ必要なのかを説明しますね！

3Dプリンターの造形品質は、フィラメントの溶解温度に大きく左右されます。温度が不安定だと、フィラメントの出方(流量)が一定にならず、積層のムラや強度の低下につながります。

PIDは「Proportional(比例)／Integral(積分)／Derivative(微分)」の略で、
ヒーターの温度を目標値に合わせて滑らかに制御するアルゴリズムです。

  • P(比例): 温度差が大きいほど強く加熱
  • I(積分): ズレが時間と共に積もるのを補正
  • D(微分): 温度の変化スピードを抑える

これら3つの要素を最適なバランスに調整するのがPIDチューニングです。このバランスが悪いと、温度が安定せず、波打ったり(ハンチング)、設定温度を超えすぎたり(オーバーシュート)しちゃいます。PIDチューニングをすると、設定温度に素早く到達し、一切ブレることなく一定に保たれるようになります。

チューニングが絶対に必要になる理由

3Dプリンターは、部品一つ一つに個性があります。

  • ホットエンドのヒーターの強さ
  • サーミスタ(温度センサー)の付き方
  • ヒートベッドの断熱材

これらが機種や改造によって変わるので、「誰かの設定」をそのまま使っても、あなたのプリンターには合わないことが多いんです。

だからこそ、ノズルやヒーター、サーミスタなどの熱特性が変わる部品を交換・変更した際には必ず再実行することが推奨されます。PIDチューニングをやり直して、その自身のプリンター専用の数値を取得しましょう！

2. KlipperでPIDチューニングを行う準備

KlipperでPIDチューニングをするのは、とっても簡単！でも、高温になるので安全に十分注意しましょう。

2-1. チューニング前の準備リスト

まずは、この3つをチェック！

  1. プリンターの電源を入れる。
  2. Mainsail または Fluidd の「コンソール」タブを開く。
  3. 印刷をしていない状態であることを確認する。

2-2. 【超重要】安全と正確性のための注意点

チューニング中は、ヒーターが最高温度まで加熱されます。次の点に気を付けてください。

  • 絶対に触らない！：チューニング中は加熱・冷却を繰り返します。造形エリアに手を入れたり、プリンターを動かしたりするのはやめましょう。
  • ノズルのフィラメントは外そう：ノズルにフィラメントが残っていると、溶けて流れ出し、正確な温度測定の邪魔になります。できるだけ取り除いておきましょう。
  • 冷却ファンは停止！：ノズルのパーツクーリングファン(造形物を冷やすファン)は、正確な熱特性を測るために必ず切っておきましょう。

3. 実践！ホットエンドとベッドのチューニング手順

いよいよ実践です。コンソールにコマンドを入力するだけでOK！

3-1. ホットエンドのチューニング

まずはノズルをチューニングします。よく使う温度で実行しましょう。

コンソールに以下を入力（例：目標200℃）

PID_CALIBRATE HEATER=extruder TARGET=200

待機: Klipperが自動で加熱→冷却を繰り返し、最適なKp/Ki/Kdを計算します。

💡 より正確にしたい場合: コマンドの最後に CYCLES=5 や CYCLES=7 を追加して、繰り返し回数を増やせます。

3-2. ヒートベッドのチューニング

次に、ベッドのチューニングです。これもよく使う温度で実行します。

PID_CALIBRATE HEATER=heater_bed TARGET=60

3-3. 設定の保存と確認

SAVE_CONFIG

SAVE_CONFIG を実行すると、Klipperが自動で設定ファイル(printer.cfg)の末尾に、最適なKp/Ki/Kdの値を書き込み、プリンターが再起動します。

再起動後、コンソールで目標温度を設定してみて、温度がオーバーシュートなくスムーズに上がっていくか確認しましょう！

4. トラブルシューティング

症状考えられる原因解決策

  • 温度が暴走！急上昇する: サーミスタやヒーターの配線がショートしている。
    • 【即座に電源OFF！】 これは温度暴走(Thermal Runaway)の危険な兆候です。すぐに電源を切り、配線を点検しましょう。
  • チューニングが途中で止まる: 目標温度に到達するのに時間がかかりすぎる。
    • ヒーターの出力不足や断熱不足が考えられます。断熱材を追加するか、高出力ヒーターを検討しましょう。
  • 計算結果が保存されない: SAVE_CONFIG コマンドを忘れている。
    • 必ず SAVE_CONFIG を再実行してください。
  • 完了後も温度が上下に暴れる: PID値がまだ最適ではない。
    • もう一度、PID_CALIBRATEを実行し直してみてください。

5. まとめ

PIDチューニングは、安定した美しい造形をするための必須のメンテナンスです。

  • PIDチューニングは、ヒーター温度を安定させるための必須作業
  • ホットエンドやベッドを交換したときは必ず再実施する
  • Klipperでは PID_CALIBRATE → SAVE_CONFIG の2ステップで完了

「最近、造形がイマイチだな」と感じたら、まず温度の安定を疑ってPIDチューニングを試してみるのが一番の近道ですよ！