Marlin G代码大全：命令解析与应用
项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ma/Marlin 本文全面解析Marlin固件中核心G代码与M代码的功能原理及应用方法，涵盖基础运动指令(G0-G3)、温度控制命令(M104-M109)、床平整校准命令(G29-G34)以及高级自定义功能。通过详细的代码示例、参数说明和技术流程图，深入探讨各指令的实现机制、使用场景和优化技巧，为3D打印爱好者提供从基础到高级的完整命令参考指南。
基础运动G代码(G0-G3)详解
在3D打印领域，G代码是控制打印机运动的核心指令语言。Marlin固件作为最流行的3D打印机固件之一，对G0-G3基础运动指令提供了完整的支持。这些指令构成了3D打印运动控制的基础，理解它们的实现原理和使用方法对于深入掌握3D打印技术至关重要。
G0/G1：直线运动指令
G0和G1是3D打印中最基础的运动指令，分别用于快速移动和线性移动。在Marlin中，这两个指令共享相同的底层实现逻辑。
指令语法格式
G0 X10 Y20 Z5 F3000 ; 快速移动到X10 Y20 Z5位置，速度3000mm/min
G1 X15 Y25 E2.5 F1200 ; 线性移动到X15 Y25位置，挤出2.5mm耗材，速度1200mm/min
参数说明
| 参数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
| X | X轴目标位置(mm) | X10.5 |
| Y | Y轴目标位置(mm) | Y20.3 |
| Z | Z轴目标位置(mm) | Z0.2 |
| E | 挤出机挤出量(mm) | E1.8 |
| F | 进给速度(mm/min) | F1800 |
技术实现原理
Marlin通过G0_G1()函数处理这两个指令，其核心处理流程如下：
在代码层面，Marlin使用get_destination_from_command()函数解析坐标参数，然后调用prepare_line_to_destination()进行运动规划。对于G0指令，Marlin支持可变的快速移动速度配置：
#if ENABLED(VARIABLE_G0_FEEDRATE)
feedRate_t fast_move_feedrate = MMM_TO_MMS(G0_FEEDRATE);
#endif
G2/G3：圆弧插补指令
G2和G3指令用于实现圆弧运动，分别代表顺时针圆弧(G2)和逆时针圆弧(G3)。Marlin通过复杂的数学计算将圆弧分解为多个小线段来实现平滑的曲线运动。
指令语法格式
G2 X20 Y30 I5 J0 ; 顺时针圆弧，终点X20 Y30，圆心相对偏移I5 J0
G3 X15 Y25 R10 ; 逆时针圆弧，终点X15 Y25，半径10mm
参数说明
| 参数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
| X/Y | 圆弧终点坐标(mm) | X20 Y30 |
| I/J | 圆心相对于起点的偏移量(mm) | I5 J3 |
| R | 圆弧半径(mm) | R12.5 |
| F | 进给速度(mm/min) | F1500 |
圆弧插补算法
Marlin使用plan_arc()函数实现圆弧运动规划，其核心算法基于向量旋转矩阵：
// 向量旋转矩阵公式
r_T = [cos(phi) -sin(phi);
sin(phi) cos(phi)] * r;
圆弧被分割为多个小线段，每个线段的计算过程如下：
圆弧精度控制
Marlin提供了多个配置选项来控制圆弧精度：
#ifndef MIN_CIRCLE_SEGMENTS
#define MIN_CIRCLE_SEGMENTS 72 // 5° per segment
#endif
#if !defined(MAX_ARC_SEGMENT_MM) && defined(MIN_ARC_SEGMENT_MM)
#define MAX_ARC_SEGMENT_MM MIN_ARC_SEGMENT_MM
#endif
这些配置确保了圆弧运动既平滑又精确，避免了因线段过少导致的棱角现象。
运动指令的协同工作
在实际的3D打印过程中，G0-G3指令需要协同工作来完成复杂的打印任务。Marlin通过精密的运动规划算法确保这些指令的平滑过渡和无缝衔接。
运动状态管理
Marlin维护着当前运动状态，包括位置、速度、加速度等信息：
extern xyze_pos_t destination; // 目标位置
extern xyze_pos_t current_position; // 当前位置
挤出机同步处理
在圆弧运动过程中，挤出机的运动需要与XYZ轴运动精确同步：
#if HAS_EXTRUDERS
if (!NEAR_ZERO(travel_E)) gcode.G0_G1(); // 处理回抽/恢复作为G1
#endif
实际应用示例
示例1：基础方形轮廓
G0 X0 Y0 Z0.2 ; 快速移动到起点
G1 X50 Y0 F1500 ; 绘制底边
G1 X50 Y50 ; 绘制右边
G1 X0 Y50 ; 绘制上边
G1 X0 Y0 ; 绘制左边，回到起点
示例2：圆形轮廓打印
G0 X25 Y25 Z0.2 ; 移动到圆心位置
G2 X25 Y25 I5 J0 ; 绘制半径为5mm的完整圆
G2 X35 Y25 I5 J0 ; 绘制另一个同心圆
示例3：复杂曲线路径
G0 X10 Y10 Z0.2
G1 X20 Y10 F1200
G2 X30 Y20 I0 J10 ; 顺时针90度圆弧
G1 X30 Y30
G3 X20 Y40 I-10 J0 ; 逆时针90度圆弧
G1 X10 Y40
性能优化建议
- 合理使用G0和G1：非打印移动使用G0快速移动，打印移动使用G1线性移动
- 优化圆弧分段：根据打印精度要求调整
MIN_CIRCLE_SEGMENTS参数 - 速度平滑过渡：避免速度突变，使用适当的加速度控制
- 挤出同步：确保在圆弧运动中挤出量均匀分布
通过深入理解Marlin中G0-G3指令的实现原理和使用方法，3D打印爱好者可以更好地优化打印参数，提升打印质量和效率。这些基础运动指令的精确控制是实现高质量3D打印的关键所在。
温度控制M代码(M104-M109)：精准掌控3D打印热端温度
在3D打印过程中，精确的温度控制是确保打印质量的关键因素。Marlin固件提供了强大的温度控制命令集，其中M104和M109是两个最核心的热端温度控制命令，它们共同构成了3D打印机温度管理的基础。
M104与M109命令的核心区别
M104和M109虽然都用于设置热端目标温度，但它们在执行方式上有着本质的区别：
| 命令 | 执行方式 | 适用场景 |
|---|---|---|
| M104 | 异步执行，设置温度后立即返回 | 预热阶段、快速温度调整 |
| M109 | 同步执行，等待温度达到目标值 | 打印开始前确保温度稳定 |
命令语法与参数详解
基本语法格式
M104 S<温度> T<喷头索引>
M109 S<温度> T<喷头索引>
M109 R<温度> T<喷头索引>
参数说明
- S参数：设置目标温度值（摄氏度）
- R参数：设置目标温度并等待加热和冷却（仅M109）
- T参数：指定目标喷头索引（多喷头系统）
- I参数：使用预定义的材料预设温度
温度等待机制深度解析
M109命令的核心在于其温度等待机制，Marlin通过wait_for_hotend()函数实现了智能的温度监控：
bool Temperature::wait_for_hotend(const uint8_t target_extruder,
const bool no_wait_for_cooling/*=true*/) {
// 温度稳定性检测逻辑
#if TEMP_RESIDENCY_TIME > 0
millis_t residency_start_ms = 0;
bool first_loop = true;
#endif
bool wants_to_cool = false;
celsius_float_t target_temp = -1.0;
wait_for_heatup = true;
do {
// 实时温度监控循环
idle();
gcode.reset_stepper_timeout();
const celsius_float_t temp = degHotend(target_extruder);
// 温度稳定性判断逻辑
#if TEMP_RESIDENCY_TIME > 0
const celsius_float_t temp_diff = ABS(target_temp - temp);
if (temp_diff < TEMP_WINDOW) {
residency_start_ms = now + (first_loop ? SEC_TO_MS(TEMP_RESIDENCY_TIME) / 3 : 0);
}
#endif
} while (wait_for_heatup && TEMP_CONDITIONS);
}
温度控制状态机流程
Marlin的温度控制遵循一个精密的状态机流程，确保温度控制的准确性和安全性：
高级功能特性
自动温度调节（AUTOTEMP）
Marlin支持自动温度调节功能，根据打印速度动态调整温度：
M109 S200 F0.5 ; 启用自动温度调节，基准温度200°C，系数0.5
材料预设系统
通过预定义的材料温度预设，简化常用材料的温度设置：
M109 I0 ; 使用预设0的温度设置
M109 I1 ; 使用预设1的温度设置
多喷头温度管理
对于多喷头系统，Marlin提供精确的喷头温度控制：
M104 S210 T0 ; 设置喷头0温度为210°C
M109 S200 T1 ; 设置喷头1温度为200°C并等待
实际应用示例
标准打印开始序列
G28 ; 回原点
M104 S190 ; 开始预热喷头到190°C
M140 S60 ; 开始预热热床到60°C
G1 Z10 F3000 ; 抬升打印头
M109 S210 ; 等待喷头达到210°C
M190 S60 ; 等待热床达到60°C
G92 E0 ; 重置挤出机坐标
G1 X10 Y10 F3000 ; 移动到起始位置
材料更换流程
M104 S0 ; 关闭喷头加热
M109 R50 ; 等待喷头冷却到50°C
; 进行材料更换操作
M104 S220 ; 开始加热到新材料温度
M109 S220 ; 等待温度稳定
温度渐变测试
M104 S180 ; 设置初始温度
G4 P5000 ; 等待5秒
M104 S190 ; 升高温度
G4 P5000 ; 等待5秒
M104 S200 ; 继续升高温度
G4 P5000 ; 等待5秒
M104 S0 ; 关闭加热
温度控制参数配置
在Marlin的配置文件中，可以调整温度控制的相关参数：
#define TEMP_RESIDENCY_TIME 10 // 温度稳定性判断时间(秒)
#define TEMP_WINDOW 1 // 温度容差窗口(°C)
#define TEMP_HYSTERESIS 3 // 温度滞后值(°C)
#define PREHEAT_COUNT 3 // 预置温度配置数量
错误处理与安全机制
Marlin内置了完善的温度安全监控机制：
- 热失控保护：监测温度异常上升
- 加热失败检测：监控加热器工作效率
- 最低温度保护：防止温度设置过低
- 最高温度限制：防止温度设置过高
性能优化建议
- 合理设置温度稳定性时间：根据材料特性调整
TEMP_RESIDENCY_TIME - 使用温度预设：减少手动输入错误
- 结合热床预热：并行执行喷头和热床预热节省时间
- 利用M104进行预加热：在等待其他操作时提前开始加热
通过深入理解M104和M109命令的工作原理和参数特性，3D打印用户可以更加精准地控制打印温度，从而获得更高质量的打印成果。Marlin的温度控制系统提供了高度可定制化的选项，满足从初学者到专业用户的各种需求。
床平整与校准命令(G29-G34)：专业级3D打印床面精度调校指南
在3D打印过程中，床面平整度和机械校准是确保打印质量的关键因素。Marlin固件提供了一套完整的G代码命令集，专门用于床面平整和机械校准。本文将深入解析G29到G34命令的功能、参数和使用场景，帮助您实现专业级的打印床面调校。
G29：自动床面平整校准
G29命令是Marlin中最强大的床面校准工具，支持多种自动床面平整(ABL)算法。该命令通过探针在床面多个点进行测量，建立床面高度映射图，并自动补偿打印过程中的Z轴高度变化。
核心功能特性
G29支持以下主要工作模式：
| 模式参数 | 功能描述 | 适用场景 |
|---|---|---|
G29 | 标准自动床面平整 | 常规床面校准 |
G29 P1 | 3点校准模式 | 快速基础校准 |
G29 P2 | 线性网格校准 | 精确网格测量 |
G29 P3 | 双线性插值校准 | 高精度曲面补偿 |
G29 P4 | 手动探针模式 | 无自动探针设备 |
G29 P5 | 拓扑图生成 | 床面形貌分析 |
参数详解
// G29参数配置示例
G29 V2 // 设置详细级别为2
G29 P3 // 使用双线性插值模式
G29 X5 Y5 // 设置5x5测量网格
G29 S120 // 设置探点间移动速度为120mm/min
G29 D // 干运行模式，只测量不应用
技术实现流程
G29命令的执行遵循严格的测量流程：
G34：Z轴步进电机自动对齐
G34命令专门用于多Z轴系统的机械校准，确保多个Z轴步进电机的同步性和平行度。这对于大型3D打印机和CoreXY结构尤为重要。
机械校准原理
G34通过以下步骤实现Z轴对齐：
- 安全位置移动：将打印头移动到安全校准位置
- 电流调节：降低步进电机电流以防止损坏
- 极限测试：轻微超出Z轴限位进行机械调整
- 位置恢复：回到正常工作范围
- 电流恢复：恢复正常的步进电机电流设置
参数配置示例
// G34校准命令示例
G34 // 标准Z轴对齐
G34 S500 // 设置校准电流为500mA
G34 Z2.5 // 设置额外Z移动距离为2.5mm
校准过程状态机
高级应用技巧
网格测量优化
对于大型打印床，合理的网格设置至关重要：
// 优化网格设置示例
#define GRID_MAX_POINTS_X 5
#define GRID_MAX_POINTS_Y 5
#define PROBING_MARGIN 20 // 边缘留白20mm
// 对应的G29命令
G29 X5 Y5 L20 R20 F20 B20
温度补偿校准
床面校准应考虑热膨胀影响：
// 热床加热后校准流程
M140 S60 // 设置热床温度60°C
M190 S60 // 等待热床达到温度
G29 // 执行热态校准
M500 // 保存校准数据
自动化校准脚本
结合多个命令实现全自动校准：
// 自动化校准脚本
G28 // 回零
M140 S60 // 加热热床
M190 S60 // 等待热床
G29 // 床面校准
G34 // Z轴对齐
M500 // 保存设置
M140 S0 // 关闭热床
故障排除与最佳实践
常见问题处理
| 问题现象 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| G29测量失败 | 探针未触发 | 检查探针接线和偏移设置 |
| 网格数据异常 | 床面污染 | 清洁打印床表面 |
| Z轴不同步 | 机械阻力 | 检查导轨和同步带 |
| 校准不持久 | EEPROM设置 | 使用M500保存设置 |
性能优化建议
- 测量频率：根据使用频率定期校准，建议每20-50打印小时执行一次
- 环境稳定性：在校准前确保环境温度稳定
- 机械维护：定期检查导轨、轴承和同步带的磨损情况
- 固件配置：合理设置
PROBING_MARGIN和网格密度
技术参数参考表
| 参数 | 默认值 | 范围 | 说明 |
|---|---|---|---|
GRID_MAX_POINTS_X | 3 | 2-15 | X轴网格点数 |
GRID_MAX_POINTS_Y | 3 | 2-15 | Y轴网格点数 |
PROBING_MARGIN | 10 | 5-50 | 边缘探针留白(mm) |
GANTRY_CALIBRATION_CURRENT | 500 | 200-1000 | G34校准电流(mA) |
GANTRY_CALIBRATION_EXTRA_HEIGHT | 1.0 | 0.5-3.0 | G34额外移动距离(mm) |
通过熟练掌握G29和G34命令的使用技巧，结合合理的参数配置和定期维护，可以显著提升3D打印的床面平整度和打印质量。这些校准命令是专业级3D打印工作中不可或缺的工具，值得每一位 serious maker 深入学习和实践。
高级功能与自定义命令
Marlin固件提供了丰富的高级功能和自定义命令机制，允许用户通过G代码实现复杂的打印机控制和自动化任务。这些功能不仅扩展了3D打印机的应用场景，还为开发者提供了强大的定制能力。
G代码宏系统
Marlin的宏系统允许用户定义和执行自定义G代码序列，实现复杂的自动化操作。宏命令使用M810-M819范围：
// 定义宏示例
M810 G28 X Y|G1 Z10 F300|M117 准备打印
M811 G91|G1 Z-0.2 F120|G90
// 执行宏
M810 // 执行宏0
M811 // 执行宏1
宏系统的工作原理基于字符串存储和命令解析：
参数解析与自定义处理
Marlin提供了强大的参数解析机制，支持多种数据类型和验证方式：
// 参数解析示例
void GcodeSuite::M42() {
// 解析引脚编号参数
const int pin_index = PARSED_PIN_INDEX('P', GET_PIN_MAP_INDEX(LED_PIN));
// 解析数值参数
if (parser.seenval('S')) {
const byte pin_status = parser.value_byte();
}
// 解析布尔标志
if (parser.boolval('I')) {
// 忽略保护检查
}
// 解析枚举类型参数
if (parser.seenval('T')) {
switch (parser.value_byte()) {
case 0: pinMode(pin, INPUT); break;
case 1: pinMode(pin, OUTPUT); break;
// ... 其他模式
}
}
}
自定义G代码实现模式
在Marlin中实现自定义G代码需要遵循特定的模式：
// 1. 包含必要的头文件
#include "../../inc/MarlinConfig.h"
#include "../gcode.h"
// 2. 使用条件编译确保功能启用
#if ENABLED(CUSTOM_FEATURE)
// 3. 实现G代码处理函数
void GcodeSuite::Mxxx() {
// 4. 参数检查和验证
if (!parser.seen("XYZS")) {
SERIAL_ECHOLNPGM("参数错误");
return;
}
// 5. 解析参数值
const float x_val = parser.floatval('X');
const int s_val = parser.intval('S');
// 6. 执行业务逻辑
if (s_val > 0) {
// 自定义功能实现
do_custom_operation(x_val, s_val);
}
// 7. 状态反馈
SERIAL_ECHOLNPGM("操作完成");
}
#endif // CUSTOM_FEATURE
高级运动控制功能
Marlin支持多种高级运动控制模式，包括：
非线性挤出控制 (M592)
M592 D0.05 A0.2 ; 设置非线性挤出参数
M592 ; 报告当前设置
输入整形控制 (M593)
M593 F40 D0.1 ; 设置40Hz频率，0.1阻尼
M593 X F50 ; 设置X轴50Hz整形
自定义状态报告与反馈
Marlin允许自定义状态报告机制：
// 自定义状态报告实现
void custom_status_report() {
SERIAL_ECHO_START();
SERIAL_ECHOPGM("Custom Status: ");
SERIAL_ECHO(custom_variable);
SERIAL_ECHOPGM(" Temperature: ");
SERIAL_ECHO(thermalManager.degHotend(0));
SERIAL_EOL();
}
// 在G代码中触发报告
void GcodeSuite::M888() {
custom_status_report();
}
事件驱动自定义命令
Marlin支持基于事件的命令执行：
安全与错误处理
实现自定义命令时必须包含适当的安全检查：
void GcodeSuite::M999() {
// 温度安全检查
if (thermalManager.degHotend(0) > MAX_SAFE_TEMP) {
SERIAL_ERROR_MSG("温度过高!");
return;
}
// 运动状态检查
if (planner.has_blocks_queued()) {
SERIAL_ERROR_MSG("打印机忙碌中");
return;
}
// 参数范围验证
const int value = parser.intval('V');
if (value < MIN_VALUE || value > MAX_VALUE) {
SERIAL_ERROR_MSG("参数超出范围");
return;
}
// 执行安全操作
safe_custom_operation(value);
}
配置驱动的自定义功能
Marlin支持通过配置文件启用自定义功能：
; Configuration_adv.h 中的设置
#define CUSTOM_FEATURE
#define CUSTOM_GCODE_ENABLE 1
#define MAX_CUSTOM_PARAMETERS 10
#define CUSTOM_TIMEOUT_MS 5000
性能优化技巧
实现高效自定义命令的优化策略：
| 优化技术 | 实现方式 | 性能提升 |
|---|---|---|
| 参数缓存 | 预解析常用参数 | 减少30%解析时间 |
| 状态复用 | 避免重复状态查询 | 降低CPU负载 |
| 批量操作 | 合并多个小操作 | 减少通信开销 |
| 异步处理 | 非阻塞执行模式 | 提高响应速度 |
// 优化后的自定义命令示例
void optimized_custom_command() {
// 批量参数解析
if (parser.seen("XYZABC")) {
const float x = parser.floatval('X');
const float y = parser.floatval('Y');
const float z = parser.floatval('Z');
// 批量处理坐标
process_coordinates(x, y, z);
}
// 状态缓存
static float last_temp = 0;
const float current_temp = thermalManager.degHotend(0);
if (abs(current_temp - last_temp) > TEMP_CHANGE_THRESHOLD) {
last_temp = current_temp;
// 只有温度变化较大时才处理
process_temperature_change(current_temp);
}
}
通过合理利用Marlin提供的高级功能和自定义命令机制，用户可以极大地扩展3D打印机的功能，实现个性化的打印流程控制和自动化任务。
总结
Marlin固件的G代码系统提供了强大而灵活的控制能力，从基础运动到高级校准功能，覆盖了3D打印全过程的需求。通过掌握G0-G3运动指令的精确控制、M104-M109温度命令的智能管理、G29-G34校准命令的专业调校以及自定义命令的扩展能力，用户可以实现更高精度的打印质量和更高效的打印流程。合理运用这些命令的组合与优化技巧，能够充分发挥3D打印机的性能潜力，为创意实现和技术创新提供坚实的技术基础。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
