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Voron Belted Z Mod — Increase Your V0.2 Build Volume to 150mm³

Mod V0.2 升级

The Belted Z mod is one of the most impactful upgrades you can make to a Voron V0.2 or V2.4. It replaces the traditional leadscrew-driven Z axis with a belt-driven system, eliminating common Z artifacts, increasing build height on the V0.2, and simplifying the entire Z drive mechanism. This guide covers everything: what Belted Z is, why you'd want it, the full parts list, step-by-step assembly, Klipper configuration, calibration, and a frank comparison of pros and cons. 最后更新:2025年5月。

Belted Z 改装最初由 Voron 社区开发,旨在解决丝杠驱动 Z 轴的局限性,经过多次设计迭代已趋于成熟。对于 V0.2,它几乎是必备的——它解锁了原装丝杠物理上无法提供的额外 Z 轴高度。对于 V2.4,它是一项可选优化,可提升高打印件的质量。我们将在此涵盖这两种使用场景。

什么是 Belted Z — 及其工作原理

在原装 Voron V0.2 中,Z 轴使用单个丝杠,通过柔性轴联轴器由 NEMA14 步进电机驱动。丝杠旋入安装在热床滑架上的黄铜螺母,将旋转运动转化为垂直运动。这简单可靠,但存在固有局限性:丝杠缺陷(弯曲、螺距误差、偏心)会直接导致打印件上的 Z 轴条纹,且丝杠的物理长度限制了最大 Z 轴行程。

Belted Z 完全取代了丝杠。取而代之的是,一根 GT2 同步带将 Z 轴电机(重新定位到底部框架型材)连接到升降热床的滑轮系统。电机驱动一个固定在热床滑架上的皮带环——当电机转动时,皮带拉动滑架上下移动。这在机械上与 Voron 的 X 轴和 Y 轴工作原理相同:皮带驱动的直线运动。

关键洞察:皮带没有丝杠伪影。没有旋转的螺纹杆会被弯曲或偏心。皮带运动本质上比丝杠运动更平滑,因为皮带齿与滑轮齿以连续滚动接触而非滑动摩擦啮合。权衡之处在于皮带具有一定柔顺性(负载下拉伸),这是丝杠所不具备的,但在实践中,这对Z轴运动的影响可忽略不计。

相比传统丝杠 Z 轴的优势

Voron V0.2 的 Belted Z 改装 — 增加构建体积

V0.2的原始构建体积在Z轴方向为120mm。这受限于原始丝杠长度和位于Z型材顶部的电机位置。Belted Z改装将Z电机重新定位到底部,释放了整个型材长度用于行程。通过Belted Z改装,V0.2可实现150mm甚至160mm的Z轴行程——构建高度增加25-33%。

这是在V0.2上安装Belted Z最令人信服的理由。额外的30mm Z轴高度改变了你能打印的物品:从小型装饰件和小饰品到功能性打印件,如键盘外壳、树莓派外壳、无人机框架和紧凑型外壳。结合可拆卸的顶帽改装,一些V0.2构建可达到170mm以上的Z轴行程。

该改装还简化了电机放置。原始V0.2的Z电机尴尬地安装在左后Z型材顶部,丝杠向下穿过框架内部。Belted Z将电机移到底部,更易触及、温度更低(远离热腔顶部),且不会突出框架上方——使构建顶帽或外壳扩展更容易。

Voron V2.4 的 Belted Z 改装 — 更平滑的高打印件

V2.4使用四个丝杠(每个Z角一个),由四个独立步进电机驱动,并配备Z倾斜校正系统。虽然这提供了出色的床面调平和刚性支撑,但丝杠伪影仍然存在——尤其是在非常高的打印件(250mm以上)上。每个丝杠可能有自己的偏心度和螺距误差,而Z倾斜校正只能补偿粗略的调平误差,无法补偿每转的丝杠伪影。

V2.4上的Belted Z用皮带系统替换了所有四个丝杠(通常由两个电机驱动的两条皮带,或由一个电机通过皮带同步装置驱动的单条皮带)。结果:在高的圆柱形打印件上没有丝杠条纹,重型V2.4龙门架的Z轴行程更平滑,运行更安静。V2.4 Belted Z改装不如V0.2版本常见,但打印高花瓶、机械零件或建筑模型的用户报告表面明显更干净。

一个考虑因素:V2.4的床面比V0.2重得多,因此皮带系统需要处理更高的静态和动态负载。大多数V2.4 Belted Z设计使用更宽的皮带(6mm或9mm GT2)和更强的电机(NEMA17 48mm)。在重型V2.4床面上,齿隙(皮带松弛)更令人担忧,需要仔细张紧,在某些设计中,还需要配重或气弹簧辅助Z轴升降。

所需零件

打印件

使用ABS或ASA以0.2mm层高、4个外围、40%填充打印所有部件。电机支架和张紧器块承受最高的机械负载——对这些部件使用5个外围和50%填充。如果方向正确,大多数Belted Z设计不需要支撑。STL文件可在Voron用户改装GitHub上获取(搜索"V0.2 Belted Z"或"V2.4 Belted Z")。

所需硬件(V0.2 版本)

组装步骤详解

步骤 1:拆除原装 Z 轴驱动

在V0.2上,从左后Z型材顶部的支架上拆下Z电机。断开电机线。拆下柔性联轴器和丝杠。从床面托架上拧下黄铜螺母。在V2.4上,对所有四个角重复此操作。将原始硬件放在标记袋中,以备日后恢复。

步骤 2:安装电机支架

将NEMA14电机安装到Z型材底部的打印电机支架上。使用M3x8mm螺丝穿过电机法兰进入打印支架中的热熔嵌件。电机轴应指向上方。对于V0.2,电机安装在左后Z型材上。将电机线向下布线并从打印机底部引出——它们不应干扰床面向下行程。

步骤 3:安装顶部惰轮

将F623-2RS法兰轴承安装在Z型材顶部的惰轮支架中。使用M3x16mm螺丝穿过轴承中心固定。法兰应朝外以引导皮带。对于V0.2,这位于与电机支架相同的型材顶部,直接在电机上方。皮带路径为:电机滑轮 -> 向上到顶部惰轮 -> 向下到床面托架锚点 -> 回到张紧器 -> 向下到电机滑轮。

步骤 4:安装皮带

将GT2皮带环绕电机滑轮和顶部惰轮。将皮带穿过床面托架皮带锚点。皮带应形成闭环,床面托架连接到皮带环的一侧。大多数设计在托架一侧使用"固定锚点",另一侧使用张紧器。暂时不要张紧皮带——保持松弛。

步骤 5:将皮带固定到滑架上

将皮带末端插入床面托架上的打印皮带锚块中。使用M3螺丝和螺母夹紧皮带。皮带齿应与打印部件中的匹配特征(齿形夹紧表面)啮合。确保皮带方向正确,齿朝向夹紧表面。均匀拧紧两个锚点。

步骤 6:张紧 Z 轴皮带

调整张紧器螺丝以对皮带施加张力。目标张力为30-40 Hz,使用智能手机频率分析仪应用(如"Gates Carbon Drive Tension"或任何吉他调音器应用)测量。像弹吉他弦一样拨动皮带,调整直到基频读数为30-40 Hz。对于较轻的V0.2床面,目标为30-35 Hz。对于较重的V2.4床面,目标为35-40 Hz。太松:皮带松弛导致Z轴条纹,第一层一致性差。太紧:电机负载增加,轴承磨损,可能皮带跳齿。

A note on tensioning: the Z belt is much shorter than the X or Y belts, so the frequency will be higher for the same tension. A 35 Hz Z belt is normal. Use the FORCE_MOVE command in Klipper to move the Z axis up and down a few times, then re-check the tension — the belt may seat into the pulley teeth and loosen slightly.

Klipper 配置

The primary configuration change for Belted Z is the rotational_distance parameter. With a leadscrew, this is the leadscrew pitch (e.g., 4mm for a standard V0.2 leadscrew). With a belt drive, it's calculated from the motor pulley tooth count and belt pitch.

[stepper_z]
step_pin: Z_STEP
dir_pin: Z_DIR
enable_pin: !Z_EN
microsteps: 16
rotation_distance: 40         ; 20-tooth pulley * 2mm GT2 belt pitch = 40mm
full_steps_per_rotation: 200  ; Standard NEMA14/NEMA17
endstop_pin: ^!Z_STOP         ; Your Z endstop pin (unchanged)
position_endstop: 0.0
position_max 150             ; Updated for increased Z height on V0.2
position_min: -5              ; Allow slightly negative for probe calibration
    

rotation_distance = pulley tooth count x belt pitch. For a 20-tooth GT2 pulley (2mm pitch): 20 x 2 = 40mm. If you use a 16-tooth pulley: 16 x 2 = 32mm. Verify this is correct by commanding a 100mm Z move and measuring the actual travel with a caliper.

position_max: Set this to your new maximum Z height. For a V0.2 Belted Z, this is typically 150-160mm. Measure physically: home Z, raise to the maximum safe position (before the bed carriage contacts the top of the frame), and record the height. Add 2-3mm of safety margin.

Z轴限位开关(Z endstop) The Belted Z mod does not change your Z endstop wiring. If you use a probe (Tap, Klicky, inductive), the endstop pin mapping and virtual endstop configuration remain the same as stock. If you use a physical Z endstop switch on the frame, verify it triggers at the correct height with the new belt travel.

校准

Z 轴步进/旋转距离验证

After configuring rotation_distance, verify accuracy: home Z, then use FORCE_MOVE Z=100 SPEED=5 to move 100mm. Measure the actual movement with digital calipers (measure from the bed surface to a fixed reference point on the gantry). If it's not exactly 100mm, adjust rotation_distance proportionally: new rotation_distance = old value x (actual mm / 100mm). Repeat until accuracy is within 0.05mm over 100mm.

Z 轴皮带张力均衡

对于V2.4 Belted Z构建(多条皮带),每条皮带必须具有相等张力,以防止床面在负载下倾斜。使用上述频率方法将每条皮带调整到彼此相差1-2 Hz以内。张紧后,移动Z轴通过其全程并重新检查——皮带可能以不同方式稳定。

首层和热床网格

Run a full bed mesh after the Belted Z installation. The belt drive may introduce a different bed tram pattern than the leadscrew system. Use BED_MESH_CALIBRATE and visually inspect the mesh for unusual peaks or valleys. If the mesh shows a consistent tilt, run Z_TILT_ADJUST (V2.4) or SCREWS_TILT_CALCULATE (V0.2) to re-level the bed. Run a single-layer test print (100x100mm square, 0.2mm height) and verify uniform extrusion across the full bed.

Belted Z 与 Tri-Z 对比

Tri-Z改装是Belted Z的替代方案,使用三条独立皮带(对于三角形床面的Voron如Trident,每个Z角一条)或在V2.4的四角床面上使用三条皮带。Tri-Z提供每个角的独立Z控制,消除了机械Z倾斜调整的需要——每个电机只需命令到正确高度。

对于V0.2,Belted Z是明确赢家——更简单、更便宜,且单床面设计不受益于多电机Z。对于V2.4,Tri-Z以更高成本和复杂性提供更精确的调平。大多数V2.4用户对Belted Z满意;Tri-Z适合追求高打印件上绝对最佳Z精度的用户。

优缺点总结

Pros

Cons

总体而言,对大多数用户来说,优点远大于缺点。齿隙担忧被夸大——在适当皮带张力下,Z齿隙低于影响打印质量的阈值。位置保持问题仅对非常重的打印件或频繁断电的打印机重要。特别是对于V0.2,Belted Z改装具有变革性且强烈推荐。

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