STL vs. 3MF: Welches Format sollte man für sein 3D-Modell wählen?
Obwohl alle Technologien der additiven Fertigung unterschiedlich funktionieren und jeweils ihre eigenen Besonderheiten haben, beginnt ein Druckprozess immer auf die gleiche Weise: mit dem computergestützten Design. In diesem Schritt wird ein zwei- oder 3D-Modell eines Teils erstellt, hier wird also die geometrische Form des Teils festgelegt. Sobald das 3D-Modell fertig ist, muss es in eine Datei exportiert werden, die von einem Slicer, einer Software, die als Vermittler zu einem 3D-Drucker fungiert, gelesen werden kann. Und an diesem Punkt hat der Nutzer mehrere Möglichkeiten. Zwischen OBJ, STL, PLY, 3MF und vielen anderen Formaten kann es manchmal schwierig sein, die richtige Wahl zu treffen. Um mehr darüber zu erfahren und herauszufinden, welche Vor- und Nachteile bestimmte Dateien haben, haben wir uns die STL- und 3MF-Dateien genauer angesehen, die bei Anhängern der additiven Fertigung wahrscheinlich am beliebtesten sind.
Das STL-Format wurde 1987 von 3D Systems, dem ersten Unternehmen, das sich auf den 3D-Druck spezialisiert hatte, eingeführt und ist heute das am weitesten verbreitete Format auf dem Markt. Es steht für Stereolithografie (oder Standard Triangle Language) und ist auf den meisten Plattformen zu finden, die 3D-Modelle anbieten, wie Thingiverse, MyMiniFactory oder Cults. Das viel neuere 3MF-Format wurde von einem Konsortium unter der Leitung von Microsoft entwickelt. Das Format wurde 2015 veröffentlicht und besticht heute durch einige seiner Besonderheiten. Die 3MF-Modelle sind verständlich und sollen Fehler im Druckprozess minimieren.
Derzeit ist das STL-Format das beliebteste Format (Bild: 3Dnatives)
Die Eigenschaften von STL-Dateien
Seit seiner Einführung im Jahr 1987 ist STL das beliebteste Format für 3D-Drucker, nicht zuletzt aufgrund seines fortgeschrittenen Entwicklungsstadiums. STL-Dateien sind mit allen Slicern sowie mit sämtlichen CAD-Programmen kompatibel und werden heute hauptsächlich in der Rapid-Prototyping-Industrie verwendet. Wie das Akronym Standard Triangle Language schon sagt, „repliziert“ das Format jedes Modell mithilfe von Dreiecken. Anders ausgedrückt: Das STL-Format bildet ein 3D-Modell nach, indem es dessen Formen mithilfe von Tausenden von Dreiecken so nah wie möglich kommt. Konkret bedeutet das, dass eine ebene Fläche, die aus vier Seiten besteht, zwangsläufig in zwei Dreiecke unterteilt wird. Wenn wir also das Beispiel eines Würfels nehmen, wird er in zwölf Dreiecke unterteilt, da er sechs Flächen hat.
An der Anzahl der Dreiecke lässt sich auch ablesen, wie genau der Druck ist. Für die Modellierung eines Gesichts werden zum Beispiel viele Dreiecke benötigt. Alle diese Dreiecke sollen der Form des 3D-Modells so nahe wie möglich kommen. Sie enthalten jedoch keine Informationen über den Herstellungsprozess, das Material, die Textur oder die Farbe. Und genau hier liegt eine der größten Einschränkungen des STL-Formats.
Je genauer das STL-Format ist, desto mehr Dreiecke enthält es.
Trotz ihres sehr großen Volumens enthalten STL-Dateien nur Informationen, mit denen die Geometrie eines Teils erstellt werden kann. Durch den Einsatz eines Slicers kann der Benutzer jedoch verschiedene Druck- (Slicing-) Parameter zum Modell/zur STL-Datei hinzufügen. Diese sind dann nur im 3MF-Format speicherbar.
Ein weiteres Problem bei STL ist die Häufigkeit von beschädigten Dateien. Wenn eine Datei fehlerhaft ist, was regelmäßig auf ein Problem bei der Konvertierung zurückzuführen ist, ist der Benutzer gezwungen, die Datei zu reparieren. Deshalb gibt es mehrere Reparaturprogramme wie wie Netfabb und Meshmixer. Mit ihnen lassen sich Fehler in 3D-Dateien korrigieren. Die Verwendung einer solchen Software fügt dem Druckprozess jedoch einen weiteren Schritt hinzu. Schließlich ist das STL-Format für den Menschen unlesbar und kann nur von kompatibler Software verstanden und interpretiert werden.
Die Eigenschaften von 3MF-Dateien
3MF ist wesentlich jünger als das STL-Format und das Ergebnis eines von Microsoft initiierten Konsortiums, dem unter anderem Dassault, Autodesk, Stratasys und Ultimaker angehören. Bei seiner Einführung enthüllte Adrian Lannin, Exekutivdirektor des 3MF-Konsortiums, die Ziele des Projekts: „3MF wird es Technologieanwendern ermöglichen, die Produktivität zu optimieren und die Funktionen des 3D-Drucks freizuschalten.“ Das 3MF-Format wurde erdacht, um Fachleuten eine praktikable Lösung für die Speicherung von 3D-Dateien zu bieten. Es zeichnet sich durch sein geringes Gewicht und die große Anzahl an Informationen aus, die es enthält.
Die 3MF-Datei ist im Gegensatz zu STL nicht nur ein Netz. Sie ist eine Archivdatei (ähnlich wie .zip), die sowohl das 3D-Modell (als Netz) als auch Informationen über die Herstellung des Modells enthält, wie z. B. Herstellungsmethoden, Materialien oder Baugruppen. Microsoft erklärt hierzu: „3MF ist ein Dateiformat, das speziell für den 3D-Druck und Windows geeignet ist. 3MF enthält Farben, Texturen, eine Skalierung, die empfohlene Druckoptionen enthält, und viele weitere Verbesserungen.“ Außerdem ist eine 3MF-Datei in XML codiert, was sie für einen Menschen und nicht nur für eine Maschine verständlich macht. Wenn man also die .3MF-Erweiterung durch eine .ZIP-Erweiterung ersetzt, kann man jede Datei im Archiv öffnen, um ihre Eigenschaften zu entdecken. Neben der Offenheit (leichte Lesbarkeit) ist die Datei auch intelligenter, da sie ein besseres Verständnis von Netzfehlern bietet. So werden Probleme vermieden, die mit geometrischen Varietäten (Manifold) zusammenhängen, was Selbstverschneidungen, „Nicht-Manifold“-Modelle und Löcher im Netz verhindert.
Die 3MF-Formate sind wesentlich leichter als die STL-Formate. (Bild: Prusa blog)
Derzeit liegt die größte Einschränkung des 3MF-Formats nicht in seinen Eigenschaften, sondern vielmehr in seiner mangelnden Popularität. Trotz der verschiedenen Einschränkungen, die mit seinen Eigenschaften verbunden sind, ist das STL-Format heute viel verbreiteter als 3MF. Das merkt man vor allem an den verschiedenen Tauschbörsen wie Thingiverse, Cults oder Printables. Es gibt aber auch noch andere Nachteile. So fehlt es beispielsweise an der Integration in bestimmte Slicer und CAD-Programme, die derzeit nicht mit diesem Format kompatibel sind. Es gibt auch einen Mangel an Interkompatibilität zwischen den Slicern, da bestimmte Parameter, die in einem Slicer konfiguriert wurden, nicht unbedingt in einen anderen Slicer übertragen werden, wenn das gleiche Projekt geöffnet wird. Es ist jedoch zu hoffen, dass in der Zukunft, wenn 3MF an Popularität gewinnt, Bemühungen unternommen werden, diese Probleme zu lösen. Zumal es sich hierbei um eine Archivdatei mit XML-Code handelt und diese daher noch verbessert werden kann. So könnte man sich eine Interkompatibilität vorstellen, die es einfacher macht, Dateien auszutauschen, die von verschiedenen Slicern richtig interpretiert werden können.
Die konkreten Vorteile des 3MF-Formats
Stellen Sie sich vor, Sie besitzen einen 3D-Drucker und möchten ein komplexes Modell ausdrucken. Wenn Sie Hilfe von außen benötigen, z. B. von einem Druckservice, kann dieser das Modell in einer Slicing-Software mit allen relevanten Parametern konfigurieren und diese Konfiguration dann im 3MF-Format exportieren. So finden Sie in einer einzigen Datei nicht nur Ihre Vorlage, sondern auch die Druckprofile, eventuelle Modifikatoren und andere Einstellungen. Im gleichen Fall, bei Verwendung des STL-Formats, hätte der Hersteller neben dem Mesh auch die Druckprofile exportieren müssen, aber selbst wenn er diese Profile gemeinsam nutzen würde, würden Informationen wie Modifikatoren fehlen.
Stellen Sie sich nun vor, Sie sind ein Designer, der seine 3D-Modelle im Internet, z. B. auf Thingiverse, Printables oder Cults, veröffentlichen möchte. Wenn Sie das 3MF-Format verwenden, können Sie materialbezogene Informationen oder Modifikatoren einbinden, die den 3D-Druckprozess vereinfachen. Das 3MF-Format ermöglicht es Ihnen außerdem, die Lizenz und die zugehörigen Copyrights festzulegen. Außerdem können Sie Ihren Namen sowie eine Beschreibung in die Datei einfügen. Da all diese Informationen in der Datei und nicht nur auf der Downloadseite der Website gespeichert sind, bleiben alle Informationen erhalten, wenn Ihr Modell außerhalb der Website, auf der Sie es ursprünglich freigegeben haben, weitergegeben wird.
Ist 3MF das Format der Zukunft?
Wie Sie sehen, wird das 3MF-Format in Zukunft wahrscheinlich zum Standard werden. Viele Technologieexperten sind von den Eigenschaften des Formats begeistert und haben es bereits übernommen. Charly Le Roy, Mitbegründer von Polyfab, einem Unternehmen, das 3D-Lösungen verkauft und Schulungen anbietet, erläutert die Gründe für diese Entscheidung: „Der Hauptunterschied ist meiner Meinung nach die Menge der gespeicherten Informationen. Ein STL enthält nur das 3D-Modell, sein Gegenstück 3MF enthält nicht nur das Modell, sondern auch seine Ausrichtung, seine Stützen, seine Druckparameter usw. Das 3MF ist daher viel praktischer, wenn mehrere Iterationen erforderlich sind“. Eine Meinung, die Michael P. Bourque, Leiter der Abteilung für digitale Fertigung bei Boston Engineering, teilt: „Ich kann nicht glauben, dass STL das gängigste Format unter 3D-Druck-Fans ist. STL ist ein schreckliches Format, um die Geometrie eines Modells zu reproduzieren, und wird nur verwendet, weil der Slicing-Schritt schnell ist. […] Ich bevorzuge 3MF, weil es eigenständig ist und zusätzliche Daten enthalten kann, mit denen sich die Probleme eingrenzen lassen.“
Aufgrund seiner Fähigkeit, die Fehleranfälligkeit zu begrenzen und den Austausch von Modellen zu erleichtern, scheint das 3MF-Format weitaus geeigneter zu sein und könnte auch in Zukunft Bestand haben. Der amerikanische Riesenkonzern 3D Systems, der 1987 das STL-Format entwickelt hatte, beschloss als erstes, dem 3MF-Konsortium bei dessen Start im Jahr 2015 beizutreten. Charly Le Roy schließt: „Das Format, das für den Austausch von Druckprojekten über Bibliotheken mit druckfertigen Modellen verwendet werden soll, wird mit Sicherheit das 3MF-Format sein. Es schränkt natürlich das Fehlerrisiko ein und spart Zeit bei der Herstellung von Teilen.“
Bild : 3Dnatives
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Artikel gemeinsam verfasst von Philippe Girardie und Elliot Saldukaite
*Titelbildnachweis : 3Dnatives
