Vergleich von 3D-Druckdateiformaten: OBJ, STL, AMF und 3MF

Alle Dateien, ob Text, Musik, Bilder oder 3D-Modelle bestehen aus Millionen von Bits. Die Daten, die diese Bits tragen, sowie die Art und Weise, wie sie codiert sind, bestimmen die Art und das Format der Datei. Je nach Dateiformat einer CAD-Datei kann die Datei Geometrie-, Material-, Textur-, Größen- oder Farbdaten eines Modells enthalten.

Dateiformate und 3D-Druck

3D-Drucker bauen Teile Schicht für Schicht auf. Nachdem ein Modell erstellt und in einem 3D-Druckdateiformat gespeichert wurde, muss das Modell zum Slicen an eine Software gesendet werden, ein Prozess, bei dem ein festes Modell in zahlreiche dünne horizontale Schichten unterteilt wird. Die Slicing-Software scannt dann die Schichten und verwendet die Informationen, um den G-Code zu generieren – eine Reihe von Anweisungen, wie sich der 3D-Drucker bewegen soll, um das erforderliche Objekt herzustellen. Danach wird die G-Code-Datei an den Drucker gesendet. Einige Drucker verfügen über eine eigene Slicing-Software, sodass Sie das Modell direkt im 3D-Druckdateiformat senden können.

Die in der CAD-Datei enthaltenen Informationen sind für einen erfolgreichen Druck sehr wichtig. Denken Sie daran, dass das Dateiformat die Informationen bestimmt, die die Datei enthält. Mit diesen Informationen wird der notwendige Maschinencode generiert. Daher ist das Dateiformat sehr wichtig. Es gibt bestimmte Arten von Informationen wie Geometrie, Textur, Farbe und Material, die benötigt werden, um den Prozess zu ermöglichen. In regulären 3D-CAD-Dateiformaten sind diese Daten nicht immer für den 3D-Druck enthalten oder codiert, daher werden Dateiformate benötigt, die ausschließlich für den 3D-Druck bestimmt sind . Diese Dateiformate sind als 3D-Druckdateiformate bekannt.

Außerdem funktioniert Slicing-Software nicht mit regulären 3D-Dateiformaten wie STEP, IPT und SLDPRT. Diese müssen zunächst in ein 3D-Druckdateiformat konvertiert werden.

Heutzutage werden mehrere Dateiformate für den 3D-Druck verwendet. Die am weitesten verbreiteten sind jedoch STL, OBJ, AMF und 3MF. Was genau ist also der Grund für ihre Allgegenwart? Was diese Dateiformate sind, was sie auszeichnet und wie sie sich voneinander und anderen 3D-Druckdateiformaten unterscheiden, sind im Folgenden aufgeführt.

STL

Das Dateiformat STL (Standard Tessellation Language) ist das wegweisende Dateiformat für den 3D-Druck. Es wurde 1987 von Chuck Hull, dem Erfinder des 3D-Drucks, erfunden. Drei Jahrzehnte später ist das STL-Dateiformat immer noch das am weitesten verbreitete und gilt als das Standard-Dateiformat im 3D-Druck. Dies liegt daran, dass STL, das es schon so lange gibt, mit den meisten 3D-CAD-Programmen und anderer Software und Hardware im 3D-Druck kompatibel ist.

Ein Hauptmerkmal von STL ist, dass es Geometrie mithilfe von Tessellationen speichert. Tessellation ist der Prozess, eine Oberfläche mit einer Reihe geometrischer Formen so zu bedecken (zu kacheln), dass keine Lücken oder Überlappungen entstehen. In einer STL-Datei wird die Geometrie eines 3D-Modells durch zahlreiche Dreiecke codiert, die die Oberflächen des Modells bedecken.

Bei gekrümmten Flächen sind viele beliebig kleine Dreiecke erforderlich, um die Flächen abzudecken. Je mehr Dreiecke jedoch in einem Modell verwendet werden, desto größer wird die Dateigröße.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal des STL-3D-Druckdateiformats ist, dass es nur Geometriedaten speichert. Andere modellbezogene Daten wie Farbe, Textur und Material bleiben außen vor. Dies war kein Problem, als Drucker nur in einer Farbe und einem Material gleichzeitig drucken konnten. Es ist möglicherweise immer noch kein Problem, wenn Sie einen einfachen Prototyp benötigen. Mit Fortschritten im 3D-Druck wie Mehrfarben- und Multimaterialdruck und mit der Verwendung von 3D-Druck zur Herstellung voll funktionsfähiger, gebrauchsfertiger Objekte ist das STL-Dateiformat jedoch möglicherweise auf dem Weg nach draußen. P>

Vorteile

• Kompatibel mit praktisch jeder Hardware und Software in der Welt des 3D-Drucks
• Am weitesten verbreitetes und geteiltes Dateiformat für den 3D-Druck. Millionen von STL-Modellen stehen zum einfachen Download online zur Verfügung

Nachteile

• Kann nur Geometriedaten speichern. Farb-, Struktur- und Materialangaben werden weggelassen
• Der Detaillierungsgrad ist begrenzt. Beispielsweise werden gekrümmte Oberflächen angenähert
• Je höher die Genauigkeit der Datei, desto größer wäre sie
• Es kann Löcher und überlappende Dreiecke in der Tessellation geben, da das Dateiformat fehleranfällig ist. Beachten Sie, dass Fehler mit STL-Reparaturwerkzeugen erkannt und behoben werden können. Dies ist jedoch zeitaufwändig
• Maßstab und Einheiten sind nicht angegeben

OBJ

Das von WaveFront Technologies entwickelte OBJ-Dateiformat wurde ursprünglich im Grafikdesign als neutrales Austauschdateiformat verwendet. Mit der Entwicklung des Mehrfarben- und Multimaterialdrucks wurde das Dateiformat später von der 3D-Druckindustrie übernommen.

In Bezug auf die Popularität ist OBJ nach STL an zweiter Stelle. Im Gegensatz zu STL, das nur Geometriedaten speichert, kann OBJ jedoch Geometrie-, Farb-, Textur- und Materialdaten speichern. Farbdaten werden in einer separaten begleitenden MTL (Materialvorlage) gespeichert. Eine OBJ-Datei muss mit der entsprechenden MTL-Datei geteilt werden, damit Farbdruck möglich ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des OBJ-3D-Druckdateiformats besteht darin, dass Sie auswählen können, wie die Geometrie Ihres Modells codiert wird. Sie können Tessellationen mit verschiedenen Formen wie Polygonen und Vierecken und nicht nur mit Dreiecken erstellen. Sie können auch fortschrittlichere und präzisere Methoden wie Freiformkurven und -flächen verwenden. Diese ermöglichen es OBJ-Dateien, Modelle mit weit größerer Genauigkeit zu speichern.

Vorteile

• Speichert Daten genau
• Speichert Geometrie-, Farb-, Textur- und Materialdaten

Nachteile

• Nicht so beliebt wie STL, daher eingeschränkte Kompatibilität
• Enthält eine große Menge komplexer Daten. Das macht das Teilen oder Bearbeiten zeitaufwändig
• Farb- und Texturdaten werden in einer separaten Datei gespeichert

AMF

Das 3D-Druckdateiformat AMF (Additive Manufacturing File) gilt als aktualisierte Version von STL. Es wurde 2013 von der ASTM (American Society for Testing Materials) exklusiv für die additive Fertigung entwickelt, um die Einschränkungen von STL-Dateien zu beheben.

Wie STL speichert AMF Geometriedaten mit dreieckiger Tessellation. Die Dreiecke in AMF können sich jedoch krümmen, was zu einer genauen Datendarstellung führt. Dies führt auch zu viel kleineren Dateigrößen, da weniger Dreiecke erforderlich sind, um gekrümmte Oberflächen genau darzustellen.

Außerdem können AMF-Dateien Farb-, Textur-, Material-, Duplikat-, Orientierungs- und Gitterdaten sowie Metadaten speichern. Dadurch sind sie ihren STL-Gegenstücken technisch weit überlegen.

Vorteile

• Kann alle möglichen Daten und Metadaten zu einem Modell speichern
• Maßstab kann in verschiedenen Einheiten angegeben werden
• Sehr geringe Fehlerwahrscheinlichkeit
• Kleine Dateigröße

Nachteile

• Hat eingeschränkte Unterstützung
• Die Akzeptanz war langsam

3MF

Nach der Analyse der Mängel und der langsamen Einführung des AMF-Dateiformats schlossen sich einige der größten Namen im 3D-Druck, darunter Autodesk, 3D Systems, Stratasys, HP und Microsoft, zusammen, um ein als 3MF-Konsortium bekanntes Gremium zu bilden. Dieses Gremium hat das 3D-Druckdateiformat 3MF entwickelt, das AMF sehr ähnlich ist, aber viel mehr akzeptiert wird.

Der Brancheneinfluss und der umfangreiche Kundenstamm des 3MF-Konsortiums sowie die Funktionalität des 3D-Druckdateiformats von 3MF sind für seine breite Akzeptanz verantwortlich.

3MF hat alle technischen Eigenschaften von AMF. Es verwendete gekrümmte dreieckige Tessellationen, um Geometrie zu codieren. Es kann auch Farb-, Textur-, Material- und Orientierungsdaten speichern und ist sehr genau.

Die Daten werden im für Menschen lesbaren XML-Format (im Gegensatz zum Binärformat) gespeichert, um die Entwicklung und Änderung zu erleichtern.

3MF-Dateien sind größtenteils fehlerfrei und gelten als druckfertig, was im 3D-Druck sehr geschätzt wird.

Vorteile

• Relativ beliebt und mit Dutzenden von Unternehmen kompatibel
• Speichert Geometriedaten genau
• Kann alle Daten zu einem Modell speichern
• Speichert alle Daten, Metadaten und Eigenschaften in einem einzigen Archiv

Con

• Kann Eigentum werden

Fazit

Zusammenfassend empfehlen wir die STL-Formate für einfache Geometrie und einfarbige Prototypen. Wenn Sie beabsichtigen, einfache Teile in Farbe zu drucken, ist der OBJ die bessere Option. Die Tatsache, dass Textur- und Farbdaten in einer separaten Datei gespeichert werden, macht das Teilen von OBJ-Dateien jedoch stressig. Die 3D-Druckdateiformate 3MF und AMF sind technisch am überlegensten, da beide alle Informationen zu einem Modell speichern. Sie eignen sich hervorragend für komplexe mehrteilige, mehrfarbige und aus mehreren Materialien bestehende Objekte. Sie zeichnen sich auch durch ihre einfache Dateifreigabe aus, da alle Daten und Metadaten in kompakten, komprimierten Dateien gespeichert werden. Wenn Sie über kompatible, notwendige unterstützende Software verfügen, können Sie sich für AMF entscheiden. Andernfalls ist 3MF die sicherere Option, da es beliebter und wahrscheinlicher mit unterstützender Software kompatibel ist.

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