All files, whether text, music, picture, or 3D models are made up of millions of bits. The data these bits carry, as well as the way they are encoded determine the nature and format of the file. Depending on the file format of a CAD file, the file can contain geometry, material, texture, size, or colour data of a model.
Dateiformate und 3D-Druck
3D-Drucker bauen Teile schichtweise auf. Nachdem ein Modell erstellt und in einem 3D-Druckdateiformat gespeichert wurde, muss das Modell an eine Software gesendet werden, um das sogenannte Slicing durchzuführen. Dabei wird das Modell in zahlreiche dünne horizontale Schichten unterteilt. Die Slicing-Software scannt dann diese Schichten und generiert den G-Code – eine Reihe von Anweisungen, wie sich der 3D-Drucker bewegen soll, um das gewünschte Objekt herzustellen. Anschließend wird die G-Code-Datei an den Drucker gesendet. Einige Drucker verfügen über ihre eigene Slicing-Software, so dass das Modell direkt im 3D-Druckdateiformat an den Drucker gesendet werden kann.
Die Informationen, die in der CAD-Datei enthalten sind, 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 spezifische Arten von Informationen wie Geometrie, Textur, Farbe und Material, die benötigt werden, um den Druckvorgang zu ermöglichen. In herkömmlichen 3D-CAD-Dateiformaten sind diese Daten nicht immer enthalten oder für den 3D-Druck codiert, daher gibt es spezielle Dateiformate, die ausschließlich für den 3D-Druck entwickelt wurden. Diese Dateiformate werden als 3D-Druckdateiformate bezeichnet.
Auch Slicing-Software funktioniert nicht mit herkömmlichen 3D-Dateiformaten wie STEP, IPT und SLDPRT. Diese müssen zuerst in ein 3D-Druckdateiformat konvertiert werden.
Es gibt heute mehrere 3D-Druckdateiformate im Einsatz. Die bekanntesten sind jedoch STL, OBJ, AMF und 3MF. Was genau macht ihre Allgegenwart aus? Was sind diese Dateiformate, was unterscheidet sie voneinander und von anderen 3D-Druckdateiformaten?
STL
Das STL (Standard Tessellation Language) Dateiformat ist das Pionier-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 meistverwendete und gilt als Standard-Dateiformat im 3D-Druck. Dies liegt daran, dass STL aufgrund seiner langen Existenz mit den meisten 3D-CAD-Software und anderen Software- und Hardware-Komponenten im 3D-Druck kompatibel ist.
Ein wesentliches Merkmal von STL ist, dass die Geometrie mithilfe von Tessellationen gespeichert wird. Bei der Tessellation handelt es sich um den Prozess, eine Oberfläche mit einer Reihe von geometrischen Formen so zu bedecken (zu kacheln), dass es keine Lücken oder Überlappungen gibt. In einer STL-Datei wird die Geometrie eines 3D-Modells durch zahlreiche Dreiecke beschrieben, die die Oberflächen des Modells bedecken.
Für gekrümmte Oberflächen sind eine große Anzahl von willkürlich kleinen Dreiecken erforderlich, um die Oberflächen abzudecken. Je größer jedoch die Anzahl der Dreiecke in einem Modell ist, desto größer wird die Dateigröße.
Ein weiteres unterscheidendes Merkmal des STL-3D-Druckdateiformats ist, dass es nur Geometriedaten speichert. Andere Daten wie Farbe, Textur und Material werden nicht berücksichtigt. Dies war kein Problem, als Drucker nur eine Farbe und ein Material gleichzeitig drucken konnten. Es könnte auch kein Problem sein, wenn Sie nur einen einfachen Prototypen benötigen. Mit den Fortschritten im 3D-Druck wie dem Mehrfarbendruck und dem Druck von voll funktionsfähigen, einsatzbereiten Objekten könnte jedoch das STL-Dateiformat langsam veraltet sein.
Vorteile
- Kompatibel mit nahezu jeder Hardware und Software in der Welt des 3D-Drucks
- Am weitesten verbreitetes und geteiltes Dateiformat für den 3D-Druck. Millionen von STL-Modellen sind online leicht verfügbar.
Nachteile
- Kann nur Geometriedaten speichern. Farb-, Textur- und Materialdaten werden ausgelassen.
- Detailgenauigkeit ist begrenzt. Zum Beispiel werden gekrümmte Oberflächen approximiert.
- Je genauer die Datei ist, desto größer ist sie.
- Es können Lücken und überlappende Dreiecke in der Tessellation auftreten, da das Dateiformat fehleranfällig ist. Beachten Sie, dass Unvollkommenheiten mit STL-Reparaturwerkzeugen erkannt und behoben werden können. Dies ist jedoch zeitaufwändig.
- Maßstab und Einheiten werden nicht angegeben.
OBJ
Entwickelt von WaveFront Technologies, wurde das OBJ-Dateiformat ursprünglich im Grafikdesign als neutraler Austauschdateiformat verwendet. Mit dem Aufkommen von Mehrfarbendruck und Multi-Material-Druck wurde das Dateiformat später von der 3D-Druckindustrie übernommen.
In Bezug auf die Popularität steht OBJ nur an zweiter Stelle hinter STL. Im Gegensatz zu STL, das nur Geometriedaten speichert, kann OBJ Geometrie, Farbe, Textur und Materialedaten speichern. Farbdaten werden in einer separaten MTL (Material Template) Datei gespeichert. Eine OBJ-Datei muss zusammen mit ihrer entsprechenden MTL-Datei geteilt werden, um den Farbdruck zu ermöglichen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal des OBJ-3D-Druckdateiformats ist, dass Sie die Art und Weise wählen können, wie die Geometrie Ihres Modells codiert wird. Sie können Tessellationen mit verschiedenen Formen wie Polygonen und Vierecken erstellen und nicht nur Dreiecke. Sie können auch fortschrittlichere und präzisere Methoden wie Freiformkurven und -flächen verwenden. Dadurch können OBJ-Dateien Modelle mit wesentlich größerer Genauigkeit speichern.
Vorteile
- Speichert Daten genau
- Speichert Geometrie-, Farb-, Textur- und Materialedaten
Nachteile
- Nicht so beliebt wie STL und daher eingeschränkte Kompatibilität
- Enthält eine große Menge komplexer Daten. Dies macht das Teilen oder Bearbeiten zeitaufwändig.
- Farb- und Texturdaten werden in einer separaten Datei gespeichert.
AMF
Das AMF (Additive Manufacturing File) 3D-Druckdateiformat wird als eine aktualisierte Version von STL angesehen. Es wurde 2013 vom ASTM (American Society for Testing Materials) speziell für den additiven Fertigungsprozess entwickelt, um die Einschränkungen von STL-Dateien zu überwinden.
Wie STL speichert AMF Geometriedaten mithilfe von dreieckiger Tessellation. Allerdings können die Dreiecke in AMF gekrümmt sein, was zu einer genaueren Datenrepräsentation führt. Dies führt auch zu viel kleineren Dateigrößen, da zur genauen Darstellung gekrümmter Oberflächen weniger Dreiecke erforderlich sind.
AMF-Dateien können auch Farb-, Textur-, Material-, Duplikations-, Orientierungs- und Gitterdaten sowie Metadaten speichern. Dadurch sind sie technisch weit überlegen als ihre STL-Pendants.
Vorteile
- Kann alle möglichen Daten und Metadaten zu einem Modell speichern
- Skala kann in verschiedenen Einheiten angegeben werden
- Sehr geringe Fehlerwahrscheinlichkeit
- Kleine Dateigröße
Nachteile
- Hat begrenzte Unterstützung
- Die Akzeptanz verläuft langsam
3MF
Nach Analyse der Schwächen und der langsamen Einführung des AMF-Dateiformats haben sich einige der größten Namen im 3D-Druck, darunter Autodesk, 3D Systems, Stratasys, HP und Microsoft, zusammengeschlossen, um einen Konsortium namens 3MF zu gründen. Dieses Konsortium hat das 3MF-3D-Druckdateiformat entwickelt, das dem AMF-Format sehr ähnlich ist, aber weitaus mehr Akzeptanz gefunden hat.
Der Einfluss der Branche und die umfangreiche Kundenbasis des 3MF-Konsortiums sowie die Funktionalität des 3MF-3D-Druckdateiformats sind für seine breite Akzeptanz verantwortlich.
3MF verfügt über alle technischen Eigenschaften von AMF. Es verwendet gekrümmte dreieckige Tessellationen zur Codierung der Geometrie. Es kann auch Farb-, Textur-, Material- und Orientierungsdaten speichern und ist sehr genau.
Die Daten werden im menschenlesbaren XML-Format (anstelle von binär) gespeichert, um die Entwicklung und Modifikation zu erleichtern.
3MF-Dateien sind größtenteils fehlerfrei und gelten als druckbereit, was im 3D-Druck sehr geschätzt wird.
Vorteile
- Relativ beliebt und kompatibel mit Dutzenden von Unternehmen
- Speichert Geometriedaten genau
- Kann alle Daten im Zusammenhang mit einem Modell speichern
- Speichert alle Daten, Metadaten und Eigenschaften in einem einzigen Archiv
Nachteil
- Kann zu einem proprietären Format werden
Fazit
Zusammenfassend empfehlen wir das STL-Format für einfache Geometrie und Prototypen in einer Farbe. Wenn Sie einfache Teile in Farbe drucken möchten, ist OBJ die bessere Option. Die Tatsache, dass Farb- und Texturdaten in einer separaten Datei gespeichert werden, macht das Teilen von OBJ-Dateien jedoch umständlich. Die 3MF- und AMF-3D-Druckdateiformate sind die technisch überlegenen Formate, da sie alle Informationen zu einem Modell speichern. Sie eignen sich hervorragend für komplexe mehrteilige, mehrfarbige und mehrmaterialige Objekte. Sie zeichnen sich auch durch ihre einfache Dateifreigabe aus, da alle Daten und Metadaten in kompakten, komprimierten Dateien gespeichert sind. Wenn Sie über die erforderliche unterstützende Software verfügen, können Sie AMF verwenden. Andernfalls ist 3MF die sicherere Option, da es beliebter ist und wahrscheinlicher mit unterstützender Software kompatibel ist.
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