Полное руководство по файловым форматам 3D-печати: OBJ, STL, AMF и 3MF

Все файлы, будь то текст, музыка, изображение или 3D-модели, состоят из миллионов бит. Данные, которые несут эти биты, а также способ их кодирования определяют природу и формат файла. В зависимости от формата файла CAD, файл может содержать геометрию, материал, текстуру, размер или цветовые данные модели.

Файловые форматы и 3D-печать

3D-принтеры строят детали слой за слоем. После создания модели и сохранения в формате файла 3D-печати, модель должна быть отправлена в программное обеспечение для нарезки (слайсинга) — процесса, в котором твердая модель делится на множество тонких горизонтальных слоев. Слайсер затем сканирует слои и использует информацию для генерации G-кода — набора инструкций о том, как 3D-принтер должен двигаться для производства требуемого объекта. После этого G-код отправляется на принтер. Некоторые принтеры поставляются со своим слайсером, поэтому можно отправлять модель напрямую в формате файла 3D-печати.

Информация, содержащаяся в CAD-файле, очень важна для успешной печати. Напомним, что формат файла определяет информацию, которую файл несет. Именно с этой информацией генерируется необходимый машинный код. Поэтому формат файла очень важен. Существуют специфические виды информации, такие как геометрия, текстура, цвет и материал, необходимые для процесса. В обычных 3D-форматах CAD эти данные не всегда содержатся или кодированы для 3D-печати, поэтому необходимы форматы файлов, предназначенные исключительно для 3D-печати. Эти форматы известны как форматы файлов 3D-печати.

Кроме того, слайсеры не работают с обычными 3D-форматами файлов, такими как STEP, IPT и SLDPRT. Их сначала нужно конвертировать в формат файла 3D-печати.

Сегодня существует несколько форматов файлов 3D-печати. Однако самыми повсеместными являются STL, OBJ, AMF и 3MF. В чем именно причина их повсеместности? Что такое эти форматы файлов, что делает их выдающимися и как они отличаются друг от друга и от других форматов файлов 3D-печати — описано ниже.

STL

Формат файла STL (Standard Tessellation Language) — пионер формата файла 3D-печати. Он был изобретен в 1987 году Чаком Холлом, изобретателем 3D-печати. Три десятилетия позже формат файла STL все еще является наиболее широко используемым и считается стандартным форматом файла в 3D-печати. Это связано с тем, что, существуя так долго, STL совместим с большинством 3D-CAD программ и другого программного и аппаратного обеспечения в 3D-печати.

Одна из ключевых характеристик STL — сохранение геометрии с помощью тесселяции. Тесселяция — это процесс покрытия (укладки) поверхности рядом геометрических фигур таким образом, чтобы не было зазоров или перекрытий. В STL-файле геометрия 3D-модели кодируется множеством треугольников, покрывающих поверхности модели.

Для изогнутых поверхностей требуется большое число произвольно маленьких треугольников для покрытия поверхностей. Однако чем больше треугольников используется в модели, тем больше размер файла.

Другая отличительная характеристика формата файла STL для 3D-печати — он хранит только данные геометрии. Другие данные, связанные с моделью, такие как цвет, текстура и материал, опускаются. Это не было проблемой, когда принтеры могли печатать только в одном цвете и одном материале за раз. Это все еще может не быть проблемой, если вам нужен простой прототип. Однако с достижениями в 3D-печати, такими как многокрасочная и многоматериальная печать, и с использованием 3D-печати для производства полностью функциональных готовых к использованию объектов, формат файла STL может быть на пути к устареванию.

Преимущества

• Совместим практически с любым оборудованием и программным обеспечением в мире 3D-печати
• Наиболее широко используемый и обмениваемый формат файла для 3D-печати. Миллионы STL-моделей доступны для легкого скачивания в интернете

Недостатки

• Может хранить только данные геометрии. Данные цвета, текстуры и материала опущены
• Уровень детализации ограничен. Например, изогнутые поверхности аппроксимируются
• Чем выше точность файла, тем больше он будет
• В тесселяции могут быть дыры и перекрывающиеся треугольники, так как формат файла подвержен ошибкам. Обратите внимание, что несовершенства можно обнаружить и исправить с помощью инструментов восстановления STL. Однако это затратно по времени
• Масштаб и единицы измерения не указаны

OBJ

Разработанный WaveFront Technologies, формат файла OBJ изначально использовался в графическом дизайне как нейтральный формат файла обмена. С развитием многокрасочной и многоматериальной печати формат файла был позже принят промышленностью 3D-печати.

По популярности OBJ второе только после STL. Однако, в отличие от STL, который хранит только данные геометрии, OBJ может хранить геометрию, цвет, текстуру и данные материала. Цветовые данные хранятся в отдельном сопутствующем файле MTL (Material Template). Файл OBJ должен быть обменен вместе с соответствующим файлом MTL для возможности цветной печати.

Еще одна ключевая характеристика формата файла OBJ для 3D-печати — он позволяет выбирать способ кодирования геометрии вашей модели. Вы можете создавать тесселяции, используя различные фигуры, такие как полигоны и четырехугольники, а не только треугольники. Вы также можете использовать более продвинутые и точные методы, такие как свободные кривые и поверхности. Это позволяет OBJ-файлам хранить модели с гораздо большей точностью.

Преимущества

• Хранит данные точно
• Хранит геометрию, цвет, текстуру и данные материала

Недостатки

• Не так популярен, как STL, поэтому имеет ограниченную совместимость
• Содержит большое количество сложных данных. Это делает обмен или редактирование трудоемкими
• Цветовые и текстурные данные хранятся в отдельном файле

AMF

Формат файла AMF (Additive Manufacturing File) для 3D-печати считается обновленной версией STL. Он был разработан исключительно для аддитивного производства ASTM (American Society for Testing Materials) в 2013 году для устранения ограничений STL-файлов.

Как и STL, AMF хранит данные геометрии с помощью треугольной тесселяции. Однако треугольники в AMF могут быть изогнутыми, что приводит к точному представлению данных. Это также приводит к гораздо меньшим размерам файлов, так как для точного представления изогнутых поверхностей требуется меньшее количество треугольников.

Кроме того, AMF-файлы могут хранить цвет, текстуру, материал, дубликаты, ориентацию и данные решетки, а также метаданные. Это делает их технически далеко превосходящими своих STL-аналогов.

Преимущества

• Может хранить все возможные данные и метаданные о модели
• Масштаб можно задать в различных единицах измерения
• Очень низкая вероятность ошибки
• Маленький размер файла

Недостатки

• Имеет ограниченную поддержку
• Принятие было медленным

3MF

После анализа недостатков и медленного принятия формата файла AMF, некоторые из крупнейших имен в 3D-печати, включая Autodesk, 3D Systems, Stratasys, HP, Microsoft, объединились, чтобы сформировать консорциум 3MF. Этот орган разработал формат файла 3MF для 3D-печати, который очень похож на AMF, но гораздо более широко принят.

Промышленное влияние и обширная клиентская база консорциума 3MF, а также функциональность формата файла 3MF для 3D-печати отвечают за его широкое принятие.

3MF обладает всеми техническими свойствами AMF. Он использует изогнутые треугольные тесселяции для кодирования геометрии. Также может хранить цвет, текстуру, материал и данные ориентации, и является высокоточным.

Данные хранятся в человекочитаемом формате XML (в отличие от бинарного) для удобства разработки и модификации.

3MF-файлы практически безошибочны и считаются готовыми к печати, что очень ценится в 3D-печати.

Преимущества

• Относительно популярен и совместим с десятками компаний
• Хранит данные геометрии точно
• Может хранить все данные, связанные с моделью
• Хранит все данные, метаданные и свойства в одном архиве

Недостаток

• Может стать проприетарным

Заключение

В заключение рекомендуем формат STL для простой геометрии и одноцветных прототипов. Если вы планируете печатать простые детали в цвете, то OBJ — лучший вариант. Однако тот факт, что данные текстуры и цвета хранятся в отдельном файле, делает обмен OBJ-файлами напряженным. Форматы файлов 3MF и AMF для 3D-печати являются технически наиболее превосходными, так как оба хранят всю информацию о модели. Они отлично подходят для сложных многодетальных, многокрасочных и многоматериальных объектов. Они также выделяются легкостью обмена файлами, так как все данные и метаданные хранятся в компактных сжатых файлах. Если у вас есть совместимое необходимое поддерживающее программное обеспечение, смело выбирайте AMF. В противном случае 3MF — более безопасный вариант, так как он более популярен и с большей вероятностью будет совместим с поддерживающим ПО.

В Xometry Europe мы всегда готовы предоставить точные и своевременные услуги 3D-печати. Перейдите в наш Instant Quoting Engine℠ и загрузите свой файл, чтобы получить расчет за секунды.