Warum polyedrische Dateiformate für den 3D-Druck entscheidend sind

Nach Design- und Analysephase werden CAD-Dateien üblicherweise in polyedrische Dateiformate konvertiert für Vorbereitung und Fertigung in 3D-Druckern. STL (STereoLithography oder Standard Tessellation Language) ist das gängigste polyedrische Format, ursprünglich 1987 entwickelt, um CAD-Dateien in ein für 3D-Drucker lesbares Format zu übersetzen.

Zweifellos hat STL Grenzen beim Erhalt der Designabsicht. STL kann nur die Oberflächengeometrie eines 3D-Objekts ohne Farbe, Textur oder andere Designelemente lesen. Deshalb versuchen Microsoft und andere, 3MF als Alternative zu etablieren.

Doch die Universalität und anhaltende Nutzung von STL machen es zu einem bewährten Format, auf das viele Engineering-Teams, Hersteller und Universitäten heute noch setzen.

Was ist STL?

STL wurde vor 30 Jahren eingeführt, um 3D-Objekte, die in CAD-Suiten entworfen wurden, für Stereolithografie-3D-Drucker zu übersetzen. Seither hat sich STL über mehrere Generationen von 3D-Druckern verbreitet, einschließlich solcher mit unterschiedlichen Technologien wie Extrusion und Jetting.

Der Vorteil von STL – ähnlich wie IGES – ist die breite Akzeptanz in der additiven Fertigungsindustrie. Das ermöglicht Dateiaustausch zwischen verschiedenen Organisationen (und Workflows) – etwa zwischen Produktdesigner und Fertigungspartner – mit minimalem Heilungsbedarf (sofern die richtige Software in die Tools beider Parteien integriert ist).

STL kodiert in zwei Formaten: Binär und ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Binär ermöglicht kleinere Dateigrößen (einfaches Laden in den 3D-Drucker), ASCII wird wegen besserer Lesbarkeit und Verfeinerungsmöglichkeiten gesucht.

Doch STL hat Grenzen:

• STL kodiert – via Tessellation – nur die Oberflächengeometrie des 3D-Objekts, d. h. es lässt Farben, Texturen und andere Designelemente des Originaldesigns weg.
• Modifikationen in STL – wie Anpassung von Stützstrukturen oder andere Druckbarkeits-Edits – werden nicht automatisch in die ursprüngliche CAD-Datei zurückgespielt. Zur Konsistenzpflege müsste man die CAD-Datei zuerst ändern – ein einseitiger, ineffizienter Prozess.
• STL kann keine Mesh-Topologie speichern. Beispiel: Nutzt man ASCII, um die Grobheit eines 3D-Objekts zu reduzieren (durch Erhöhung der Dreieckszahl), kann die resultierende Datei für die meisten 3D-Drucker prohibitiv groß werden. Man ist gezwungen, zwischen idealer Verfeinerung und praktischen STL-Grenzen zu kompromittieren.
• STL enthält keine Metadaten der ursprünglichen CAD-Datei, einschließlich geistigem Eigentum und Informationen zum ursprünglichen Designer des 3D-Objekts.

Alternative Dateiformate zu STL

Es gibt zahlreiche Alternativen zu STL, darunter OBJ, VRML, FBX und andere. Doch die führende Bewegung, STL abzulösen, wird vom 3MF Consortium vorangetrieben.

Das 3MF Consortium promotet das 3MF-Format, das – im Gegensatz zu STL – die vollständige Designabsicht des ursprünglichen 3D-Objekts lesen kann. Dazu gehören Farbe, Textur und Metadaten, was neuen und nächsten Generationen von 3D-Druckern ermöglichen soll, detaillierte 3D-Objekte aus fortgeschrittenen CAD-Suiten wie SolidWorks einfach und in Full-Fidelity zu lesen.

Technisch ist 3MF vielversprechend. Erstens setzt es auf ASCII in XML (statt Binär) für Full-Fidelity-Details und Verfeinerung ohne Dateigrößenexplosion. Zweitens ist es für aufkommende 3D-Drucktechnologien und -konzepte erweiterbar gestaltet.

Doch 3MF ist ein Faktor für die Zukunft. Heute ist STL noch das Arbeitstier bei der Vorbereitung von CAD-Dateien für den 3D-Druck. Daher ist es unerlässlich, dass Ihre Anwendungen und 3D-Drucker die Nutzung heutiger Standards perfektionieren, während sie idealerweise die Zukunft im Blick behalten.

Workflows nutzen weiterhin STL

Trotz STL-Grenzen nutzen viele additive Fertigungs-Workflows noch STL. Man sollte auch bedenken, dass die inhärenten STL-Grenzen in mancher Hinsicht vorteilhaft sind.

Erstens: Eine „barebones“ 3D-Objektdatei ohne vollständige Designabsicht, kodiert in Binär (mit geringer Sorge um Grobheit), mag im Prototyping-Stadium irrelevant sein. Prototypen dienen Tests, Verifikation und Iteration, die ins finale Design einfließen.

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Zweitens: Da STL seit über 30 Jahren im Einsatz ist, hat die additive Fertigungsindustrie ein großes Ökosystem aus Expertise, Hardware- und Softwaretools aufgebaut, die die Nutzung tragbar machen. Aufgrund von Kostenrestriktionen werden Unternehmen nicht rasch auf 3MF umschwenken; ein solcher Wechsel (falls er erfolgt) würde nur graduell und langfristig stattfinden.

Heute sollte der Fokus von 3D-Druck-Softwareanwendungen und -Hardware darauf liegen, die Anliegen heutiger Nutzer beim Management von STL-Dateien zu bedienen. Das macht nicht nur guten Geschäftssinn, da es ein aktuelles Problem ist, sondern Sie können heute verfügbare, ausgereifte Softwarelösungen kosteneffizient für wettbewerbsfähige additive Fertigungslösungen nutzen.

3D InterOp in Ihren Apps & 3D-Druckern nutzen

Sie können Ihren Nutzern helfen, die Zeit für das Heilen von STL-Dateien zu reduzieren. Beginnen Sie mit Spatials 3D InterOp SDK, das Ihren Endnutzern den Export von CAD-Dateien in STL mit integriertem Datei-Healing ermöglicht. So verbringen sie weniger Zeit mit Dateireparatur und mehr mit Kern-Design und/oder Druckprozess.

Nicht nur ermöglicht 3D InterOp Exporte von CAD nach STL, sondern Sie können Ihre Endnutzer auch mit Applikationen ausstatten, die andere CAD-Formate lesen können – einschließlich SolidWorks, Autodesk und weiterer marktführender CAD-Suiten.

Schließlich ist Spatials Muttergesellschaft – Dassault Systèmes – Gründungsmitglied des 3MF Consortium, was Spatial als Partner positioniert, der in aktueller und zukünftiger additiver Fertigungsentwicklung engagiert ist.