Warum braucht jemand polyedrische Formate?

Nach der Entwurfs- und Analysephase werden CAD-Dateien (Computer Aided Design) normalerweise in Polyeder-Dateiformate für die Vorbereitung und Herstellung in 3D-Druckern konvertiert. STL (STereoLithography oder Standard Tessellation Language) ist das gebräuchlichste Polyeder-Dateiformat, das ursprünglich 1987 entwickelt wurde, um CAD-Dateien in ein lesbares Format für 3D-Drucker zu übersetzen.

Insgesamt besteht kein Zweifel, dass STL seine Grenzen hat, wenn es darum geht, die Designabsicht beizubehalten. Tatsächlich kann STL nur die Oberflächengeometrie eines 3D-Objekts ohne Farbe, Textur oder andere Designelemente lesen. Aus diesem Grund versuchen Microsoft und andere, 3MF als Alternative voranzutreiben.

Die Universalität und dauerhafte Verwendung von STL machen es jedoch zu einem bewährten Format, auf das sich heute viele Ingenieurteams, Hersteller und Universitäten verlassen.

Was ist STL?

STL wurde vor 30 Jahren eingeführt, um 3D-Objekte, die in CAD-Suiten entworfen wurden, für die Verwendung durch Stereolithographie-3D-Drucker zu übersetzen. Seitdem hat sich STL über mehrere Generationen von 3D-Druckern verbreitet, darunter auch solche, die auf unterschiedlichen Technologien wie Extrusion und Jetting basieren.

Der Vorteil von STL, ähnlich wie IGES, ist, dass es in der additiven Fertigungsindustrie weit verbreitet ist. Dies ermöglicht die gemeinsame Nutzung von Dateien zwischen verschiedenen Organisationen (und Arbeitsabläufen) – wie z. B. einem Produktdesigner und einem Fertigungspartner – mit minimalem Bedarf an Dateiwiederherstellung (vorausgesetzt, die richtige Software ist in die von jeder Partei verwendeten Tools integriert).

STL codiert in einem von zwei Formaten – binär und ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Binär ermöglicht es Ihnen, kleinere Dateigrößen zu speichern (was das Laden in einen 3D-Drucker erleichtert), aber ASCII wird gesucht, weil es einfacher zu lesen ist und eine Verfeinerung ermöglicht.

Allerdings hat STL seine Grenzen.

Erstens kodiert STL nur – via Tessellation – die Oberflächengeometrie des 3D-Objekts, d. h. es lässt die Farben, Texturen und anderen Designelemente des Originaldesigns weg.

Zweitens kehren in STL vorgenommene Änderungen – wie z. B. das Ändern der Stützstrukturen oder andere Bearbeitungen für die Druckbarkeit – nicht automatisch zu der in CAD erstellten Originaldatei zurück. Um die Konsistenz zu wahren, müsste man zuerst die CAD-Datei ändern, was ein einseitiger und ineffizienter Prozess ist.

Drittens kann STL keine Mesh-Topologie speichern. Wenn Sie beispielsweise das ASCII-Format verwenden, um die Grobheit eines 3D-Objekts zu reduzieren (d. h. durch Erhöhen der Anzahl der Dreiecke), könnte die resultierende Datei für die meisten 3D-Drucker unerschwinglich groß werden. Sie sind im Grunde daran gehindert, Kompromisse zwischen der idealen Verfeinerung und den praktischen Grenzen von STL eingehen zu müssen.

Schließlich enthält STL nicht die Metadaten der ursprünglichen CAD-Datei, einschließlich geistigem Eigentum und Informationen über den ursprünglichen Designer des 3D-Objekts.

Alternative Dateiformate zu STL

Es gibt zahlreiche alternative Dateiformate zu STL, darunter OBJ, VRML, FBX und andere. Aber die führende Bewegung zur Verdrängung von STL wird wohl vom 3MF-Konsortium angeführt.

Das 3MF-Konsortium fördert das 3MF-Dateiformat, das – im Gegensatz zu STL – die vollständige Designabsicht des ursprünglichen 3D-Objekts lesen kann. Dazu gehören seine Farbe, Textur und Metadaten, die es neuen 3D-Druckern und 3D-Druckern der nächsten Generation ermöglichen sollten, detaillierte 3D-Objekte, die in fortschrittlichen CAD-Suiten wie SolidWorks erstellt wurden, einfach und originalgetreu zu lesen.

Technisch gesehen ist 3MF sehr vielversprechend. Erstens verdoppelt es sich auf ASCII in XML (anstelle von Binärdateien), um sowohl detailgetreue Details als auch Verfeinerung zu ermöglichen, ohne die Größe der endgültigen Datei zu erhöhen. Zweitens wurde es so konzipiert, dass es für neue 3D-Drucktechnologien und -konzepte erweiterbar ist.

3MF ist jedoch ein Faktor für die Zukunft. Heute ist STL immer noch das Arbeitspferd für die Vorbereitung von Dateien, die in CAD-Suiten für den 3D-Druck erstellt wurden. Daher ist es unerlässlich, dass Ihre Anwendungen und 3D-Drucker sich darauf konzentrieren, die Nutzung heutiger Standards zu perfektionieren und dabei idealerweise auch die Zukunft im Auge zu behalten.

Workflows nutzen immer noch STL

Trotz der Einschränkungen von STL nutzen viele additive Fertigungsabläufe immer noch STL. Tatsächlich sollte man auch bedenken, dass die inhärenten Beschränkungen von STL in mancher Hinsicht ebenfalls günstig sind.

Erstens spielt eine Barebone-3D-Objektdatei ohne die vollständige Designabsicht und binär kodiert (d. h. mit wenig Rücksicht auf Grobheit) in der Prototyping-Phase möglicherweise keine Rolle. Vielmehr werden Prototypen zum Testen, Verifizieren und Iterieren gesucht, die in das endgültige Design einfließen.

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Zweitens hat die additive Fertigungsindustrie, da STL seit über 30 Jahren verwendet wird, ein beträchtliches Ökosystem an Fachwissen sowie Hardware- und Software-Tools aufgebaut, um ihre Verwendung haltbar zu machen. Aufgrund von Einschränkungen wie Kosten ist es unwahrscheinlich, dass Unternehmen schnell zu 3MF wechseln; vielmehr würde diese Verschiebung (falls sie stattfinden soll) nur durch einen allmählichen und langfristigen Prozess erfolgen.

Heutzutage sollte der Schwerpunkt von 3D-Drucksoftwareanwendungen und -hardware darauf liegen, den Bedenken der heutigen Benutzer bei der Verwaltung von STL-Dateien gerecht zu werden. Es wäre nicht nur wirtschaftlich sinnvoll, da es sich um ein aktuelles Problem handelt, sondern Sie können ausgereifte Softwarelösungen nutzen, die heute verfügbar sind, um kostengünstig wettbewerbsfähige Lösungen für die additive Fertigung zu entwickeln.

Nutzen Sie 3D-InterOp in Ihren Apps und 3D-Druckern

Sie können Ihren Benutzern helfen, die Zeit zu reduzieren, die sie mit der Reparatur von STL-Dateien verbringen. Ziehen Sie zunächst das 3D InterOp Software Development Kit (SDK) von Spatial in Betracht, mit dem Ihre Endbenutzer CAD-Dateien mit integrierter Dateiheilung in STL exportieren können. Dadurch können sie den Zeitaufwand für das Korrigieren von Dateien und mehr für den Kern des 3D-Objektdesigns und/oder Druckprozesses reduzieren.

3D InterOp ermöglicht nicht nur Dateiexporte von CAD nach STL, sondern Sie können Ihre Endbenutzer auch mit Anwendungen ausstatten, die andere CAD-Formate lesen können, darunter SolidWorks, Autodesk und andere branchenführende CAD-Suiten.

Schließlich ist die Muttergesellschaft von Spatial – Dassault Systèmes – auch Gründungsmitglied des 3MF-Konsortiums, das Spatial als einen Partner positioniert, der sich mit der aktuellen und zukünftigen Entwicklung der additiven Fertigung befasst.