Wenn Sie neu im 3D-Druck sind, ist es wichtig, die gängigen Dateiformate für den 3D-Druck zu kennen, mit denen Sie arbeiten werden. Dieser Artikel bietet einen Überblick über die gängigsten Dateiformate für 3D-Druckmodelle.
Fast jeder kennt die Dateitypen, die zum Speichern von Bildern verwendet werden. Wir haben PNG, JPG, BMP, TIFF und andere. Aber wie sieht es mit den Dateitypen für das Speichern von volumetrischen Modellen aus?
Bei volumetrischen Modellen scheint es so, als ob wir dem Bild eine dritte Dimension hinzufügen würden. Die Dateigröße ist jedoch oft kleiner als die des Bildes desselben Modells. Wie kommt das?
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über 3D-Druckdateien, ihre Konvertierung, die Merkmale der einzelnen Dateitypen und das Dateiformat für den 3D-Druck.
Lassen Sie uns beginnen.
Wie 3D-Modelle gespeichert werden
Im Gegensatz zu Bildern hat sich die Speichermethode Voxel (Voxel – volumetrischer Pixel) in der Welt der 3D-Modelle nicht durchgesetzt. Nur wenige Handwerker verwenden sie bei der Erstellung von Spielen oder in der wissenschaftlichen Forschung. Das liegt an der Entstehungsgeschichte der volumetrischen Grafik.
Im Gegensatz zum Erscheinungsbild von Fotos wurden volumetrische Grafiken ursprünglich am Computer erstellt und für Animationen verwendet. Voxel sind viel schwieriger zu animieren. Daher begannen die Animatoren, anstelle von Voxeln polygonale Speichermethoden zu verwenden.
Bei der polygonalen Speichermethode besteht das gesamte Modell aus vielen Polygonen – geradlinigen Formen (3 oder mehr Seiten), die durch dreidimensionale Punkte (Scheitelpunkte) und gerade Linien, die sie verbinden (Kanten), definiert sind.
Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie Skulpturen aus Papier herstellen. Wenn Sie viele flache Teile miteinander verbinden, können Sie etwas Voluminöses und sogar Glattes erhalten.
Delfin Polygonalmodell
Obwohl diese Methode des Speicherns als Polygone nicht als Raster bezeichnet werden kann, haben die beiden Methoden viele Gemeinsamkeiten. Dazu gehören die Unmöglichkeit, die Qualität zu erhöhen, die direkte Beziehung zwischen Qualität und Gewicht der Datei und die einfache Bearbeitung. Dies ist das praktischste Format für die Speicherung und Verwendung von Modellen im 3D-Druck. Es ist jedoch nicht das einzige Format.
Im Folgenden werden wir uns die gängigsten Formate für die Speicherung von 3D-Modellen ansehen.
Universelle Formate für 3D-Druck-Dateimodelle
Für die Speicherung von 3D-Modellen gibt es ebenso viele verschiedene Methoden wie für die Speicherung von Fotos und Videos. Es gibt jedoch auch universelle Formate, die, wenn auch mit einigen Einschränkungen, in fast jedem Programm geöffnet werden können.
Zu diesen Formaten gehören
STL
Im Gegensatz zu falschen Vorstellungen war STL ursprünglich nicht für die künstlerische Modellierung gedacht. Das Dateiformat wurde von der Albert Consulting Group entwickelt und war für eine frühe Methode des 3D-Drucks – die Stereolithografie – gedacht. Der Dateiname STL stammt von der 3D-Drucktechnologie “STereoLithographie”. Nach einiger Zeit veröffentlichte das Unternehmen das Format öffentlich, und seither hat es immense Popularität erlangt.
Das STL-Format ist wegen seiner einfachen Struktur weit verbreitet: Polygone (Facetten) und ihre Normalen. Erstere werden benötigt, um die Oberfläche zu definieren, und letztere, um anzugeben, wo sich die Außenseite des Polygons befindet. Daher kann dieses Format als das vielseitigste angesehen werden.
Vergleich von CAD-Modell und STL-Modell
Da das Modell mit vielen Dreiecken spezifiziert wird, ist es unmöglich, gekrümmte Oberflächen genau zu definieren, da dies eine unendliche Anzahl von Polygonen und damit eine unendliche Datenspeicherung erfordert. Bei der Verwendung im 3D-Druck ist dieser Nachteil jedoch kein Problem, da die mit den Polygonen angegebene Genauigkeit höher ist als die Druckgenauigkeit.
OBJ
Da das Modell mit vielen Dreiecken spezifiziert wird, ist es unmöglich, gekrümmte Oberflächen genau zu definieren, da dies eine unendliche Anzahl von Polygonen und damit eine unendliche Datenspeicherung erfordert. Bei der Verwendung im 3D-Druck ist dieser Nachteil jedoch kein Problem, da die mit den Polygonen angegebene Genauigkeit höher ist als die Druckgenauigkeit.
Bearbeitung eines OBJ-Modells in Blender
STEP
Jetzt wenden wir uns der technischen Seite der 3D-Modellierung zu. STEP ist das einzige Dateiformat für 3D-Drucke, das in jedem Programm für technische Simulationen geöffnet und mit den integrierten Werkzeugen frei bearbeitet werden kann. STEP wurde ursprünglich als weltweites Standardformat für die Speicherung von Produkten auf einem Computer entwickelt. Es war für einen vollständigen Zyklus der Teileentwicklung gedacht. Deshalb können alle professionellen Programme zur technischen Modellierung und physikalischen Simulation mit diesem Format arbeiten.
Das Markenzeichen von STEP ist seine hohe Präzision. Das Modell wird mit Werkzeugen erstellt, die es Ihnen ermöglichen, Kurven mit Hilfe von Formeln zu definieren. Daher ist die Genauigkeit in diesem Format unbegrenzt. Egal, wie sehr Sie die Genauigkeit erhöhen, die gekrümmte Linie bleibt eine Kurve und wird nicht zu einer Vielzahl von geraden Linien.
Erstellen eines CAD-Modells in SolidWorks
CAD (Computer Aided Design) wird zur Erstellung von Modellen im STEP-Format verwendet. Dank der ISO-Norm können alle CAD-Programme in diesem Format arbeiten.
Allerdings werden nicht alle Daten von einem Programm zum anderen frei über STEP übertragen. Für uns, die wir uns mit 3D-Druck beschäftigen, ist die Übertragung der Modellgeometrie und der Simulationen am wichtigsten. Material- und andere Daten, die das STEP-Format nicht speichert, sind von untergeordneter Bedeutung.
Proprietäre 3D-Druck-Dateiformate
Diese Kategorie umfasst Dateiformate, die nur in einem einzigen Programm geöffnet werden können, nämlich in dem Programm, mit dem die Dateien erstellt wurden. Die Dateien sind nur für die Speicherung von Projekten gedacht und können oft nicht für den 3D-Druck verwendet werden.
Eine Ausnahme bildet der Ultimaker Cura Slicer. Die Funktionalität des Slicers kann durch Plugins erweitert werden, so dass Sie Dateien von Programmen wie Inventor, Siemens NX, Solidworks und anderen direkt vom Slicer aus öffnen können.
Technische Software
Wie bereits erwähnt, werden diese Programme als CAD-Systeme bezeichnet. Da diese Software oft für die Produktion bestimmt ist, haben sie auch ein gemeinsames Dateiformat (STEP). Einige Programme, die oft von einem Unternehmen hergestellt werden, ermöglichen es Ihnen, in einem gemeinsamen Ökosystem zu arbeiten. Die Formatkompatibilität ist zum Beispiel bei vielen Autodesk-Konstruktionsprogrammen gegeben: Fusion 360 kann eine in Inventor erstellte Datei öffnen.
Bei dieser Methode des Öffnens gehen jedoch einige Informationen über das Produkt verloren, z. B. Informationen über die durchgeführten physikalischen Simulationen. Wenn ein Teil nicht vollständig entwickelt ist, sollte es daher nicht zwischen verschiedenen Programmen verschoben werden.
Kunst-Software
Zu dieser Kategorie gehören Programme für die Visualisierung, d. h. für Animationen, Spezialeffekte, die Erstellung von Figuren und Modellen für Videospiele. Im Gegensatz zu den technischen Programmen sind die Programme für die künstlerische Modellierung selten kompatibel. Jedes Programm hat sein eigenes Format, und das allgemeine STL-Format beschränkt die Funktionalität der einzelnen Programme auf die einfachsten Werkzeuge.
Trotz dieses Mankos reicht das generierte STL-Format aus, um Modelle zu erstellen, die später auf einem 3D-Drucker gedruckt werden sollen, da nur die Geometrie des Modells wichtig ist.
Gcode-Format für den 3D-Druck
Gcode ist mehr als nur ein Dateiformat. Es handelt sich um eine eigene Programmiersprache. Allerdings werden die Befehle in dieser Sprache nicht von einem Computer ausgeführt, sondern von einem 3D-Drucker. Ursprünglich wurde diese Sprache für komplexe CNC-Maschinen entwickelt, und ein 3D-Drucker ist einer der einfachsten Vertreter dieser Art von Geräten.
Im Gegensatz zu den anderen 3D-Modelldateiformaten, die wir oben behandelt haben, kann gcode leicht manuell bearbeitet werden. Das bedeutet, dass Sie direkt Befehle für den Drucker schreiben können, ohne den Computer zu benutzen. Auf diese Weise können Sie Makros erstellen, die die Arbeit mit einem 3D-Drucker erleichtern.
Konvertieren von 3D-Modell-Dateiformaten
Wenn Sie ein Modell zwischen verschiedenen Programmen für die 3D-Modellierung verschieben müssen, sollten Sie herausfinden, zu welcher Gruppe das Programm gehört und wohin Sie das Modell verschieben möchten. Wenn Sie es von einem CAD-Programm in ein anderes übertragen, ist es am besten, das STEP-Format zu verwenden, um die Anzahl der Werkzeuge für die weitere Modellierung nicht zu begrenzen. In allen anderen Fällen kommt nur das STL-Format in Frage, das von einigen CAD-Systemen erkannt wird und in dem Kunstprogramme das Modell speichern können.
Beachten Sie, dass bei der Übertragung eines Modells von einem Zeichenprogramm in ein CAD-System jedes Polygon als separate Fläche übertragen wird. Daher kann die Arbeit mit STL-Dateien in Konstruktionsprogrammen sowohl bei der Verarbeitung als auch bei der einfachen Betrachtung des Modells zu Schwierigkeiten führen. Die Schwierigkeiten ergeben sich aus den Prinzipien des CAD:
[su_note]Tipp: Wenn bei der Übertragung eines Modells aus einem künstlerischen Modellierungsprogramm in ein CAD-System die Qualität des Modells nicht so wichtig ist, dann ist es besser, die Anzahl der Polygone so weit wie möglich zu reduzieren. Das entlastet den Computer und erhöht die Leistung bei der Bearbeitung des Modells im CAD. [/su_note]
