3D-Drucker scheinen wie auf magische Weise Objekte entstehen zu lassen, dabei steckt selbstverständlich mehr dahinter. Zum gesamten 3D-Druckprozess wird nicht nur der 3D-Drucker selber benötigt, sondern auch eine 3D-Druckdatei, welche als Vorlage für den 3D-Drucker dient, und auf Basis dessen der Drucker das Objekt erstellt. Hierfür können entweder fertige Druckvorlagen von Seiten wie Thingiverse und Cults3D heruntergeladen oder mit Hilfe von 3D-Scannern sowie CAD– und Modellierungssoftwares selbst erstellt werden, wie etwa TinkerCAD, BlocksCAD, Fusion 360 oder TurboCAD. Steht die fertige 3D-Druckdatei einmal fest, wird diese an einen Slicer gesendet, der die Datei in einen maschinenlesbaren Code überführt, der aus einer Reihe von Anweisungen besteht, denen der Drucker folgen muss, um das gewünschte Teil zu erstellen, woraufhin der Druck beginnen kann. Es existiert bereits eine ganze Reihe verschiedener Dateiformate, die von CAD-Softwares, Slicer sowie 3D-Druckern verwendet werden, über die wir Ihnen hier einen Überblick verschaffen möchten, damit Sie das für Ihre Zwecke passende 3D-Drucker Dateiformat auswählen können.
STL (Standard Tesselation Language)
Das von 3D-Systems entwickelte 3D-Drucker Dateiformat STL existiert seit Ende der 1980iger und steht für „Standard Tesselation Language“. Darüber hinaus ist das Format unter dem Namen “Stereolithographie” bekannt, da es damals für das 3D-Druckverfahren der Stereolithografie entwickelt wurde. Heutzutage gilt es als das gängigste Format im Bereich der CAD (Computer-Aided-Design)-Software und der Slicer-Softwares, mit dem die meisten 3D-Drucker verschiedenster Verfahren arbeiten. Im STL-Format werden Objektdaten in Form eines Gitternetzes, bestehend aus Dreiecken, hinterlegt. Um die Funktionsweise des STL 3D-Drucker Dateiformats in einfachen Worten zu erklären, lässt sich feststellen, dass das STL-Dateiformat 3D-Modelle in viele kleine Dreiecke transformiert. Dieser Prozess wird auch mit dem englischen Begriff “tesselation” (deutsch: Mosaikbildung) bezeichnet.
Bild: Sculpteo
Das STL-Modell wird demnach durch ein Netzwerk von Dreiecken repräsentiert, die lediglich die äußere Oberfläche des 3D-Objekts darstellen. Der Detailgrad der Modelldarstellung ist dabei umso höher, je kleiner die Dreiecke sind. Wichtig ist außerdem, zu verstehen, dass Dateien im STL-Format immer eine geschlossene Oberfläche repräsentieren, weshalb das Modell keine Hohlräume oder unverbundene Bereiche haben kann. Bei den Dateien sollte es sich nämlich um wasserdichte Netze handeln, die druckbar sind und keine Selbstüberschneidungen oder nicht verzweigte Kanten aufweisen. Es sind im 3D-Druckprozess folglich geschlossene Modelle erforderlich. Ein Nachteil des STL 3D-Drucker Dateiformats ist, dass es nicht sehr gut in der Handhabung mit komplexen Geometrien ist und hin und wieder sichtbare Polygone auf 3D-gedruckten Teilen erzeugt.
OBJ (Wavefront Object)
OBJ ist ein vom Unternehmen Wavefront Technologies entwickeltes Dateiformat, welches ursprünglich für die Speicherung und den Austausch von 3D-Modellen in der Computergrafik gedacht war. Heute wird es als offener Standard für den 3D-Druck betrachtet und ist insbesondere für seine Einfachheit bekannt. Es wird von Nutzern außerdem für den Austausch von 3D-Modellen zwischen verschiedenen 3D-Design-Softwareanwendungen bzw. -Programmen geschätzt. Das OBJ-Format speichert Informationen über die Geometrie eines 3D-Modells. Hierzu zählt unter anderem die Position von Eckpunkten, sogenannten Vertices, aber auch der Verbindungen der Punkte zueinander, den Oberflächennormalen und den Texturkoordinaten.
Im Gegensatz zum STL 3D-Drucker Dateiformat unterstützt das OBJ-Format außerdem Informationen zum Material des Objekts, wie etwa den Farben und Texturen. Zudem lassen sich mehrere Objekte in einer einzigen Datei speichern. Für komplexe Formen ist OBJ besser geeignet als STL, da Modelle mit anderen Formen als Dreiecken, wie etwa Polygonen und Vierecken, zusammengesetzt werden. Das OBJ-Format besteht für gewöhnlich aus zwei Teilen, welche zusammen verwendet werden, nämlich aus der .obj-Datei und der .mtl-Datei (material template library) oder auch .png-Datei. Erstere enthält die Basis-Informationen bezüglich der Geometrie des 3D-Modells, wie etwa der Definition der Eckpunkte. Mit Hilfe der letzteren und von der ersten separaten Datei werden hingegen die Materialinformationen abgespeichert.
Bild: Free3D
AMF (Additive Manufacturing File Format)
Beim Additive Manufacturing File Format (AMF) handelt es sich um ein Open-Source Standard 3D-Drucker Dateiformat, welches durch das ASTM-Komitee f42 entwickelt wurde und Charakteristika in einem Dateiformat erfüllen soll, die in anderen Formaten wie STL oder OBJ nicht zu finden sind. Das Format ist in der Lage, mehrere Objekte in einer einzigen Datei zu speichern und unterstützt sowohl Gitter als auch Voxel. Das AMF ermöglicht insbesondere eine exaktere und vielseitigere Darstellung von 3D-Modellen, etwa bezüglich vollständiger Geometrie-, Textur- und Farbinformationen, anders als das STL Dateiformat. Auf diese Weise können 3D-Modelle noch detaillierter dargestellt werden, was insbesondere bei Verwendung mehrerer Materialien und Farben im 3D-Druckprozess von großer Wichtigkeit ist. AMF ermöglicht es nämlich, mehrere Farben in einem einzigen 3D-Modell widerzugeben, was notwendig ist, wenn der verwendete 3D-Drucker mehrere unterschiedliche Materialien und Farben verarbeitet.
Des Weiteren ist das AMF Dateiformat in der Lage, 3D-Modelle mit den dazugehörigen Informationen zur Textur zu speichern, was der Darstellung der 3D-Modelle einen zusätzlichen Detailgrad verleiht. AMF kennzeichnet sich zudem durch seine detailliertere Netzstruktur im Vergleich zu anderen 3D-Drucker Dateiformaten wie STL, was sich in seiner Repräsentation von genaueren Kurven und Flächen äußert. Außerdem bedienen sich Dateien im AMF-Format der Extensible Markup Language (XML), um die Daten widerzugeben, wodurch die jeweilige 3D-Drucker Datei für Menschen lesbar wird und ihnen sowohl die manuelle Bearbeitung als auch die Parameteranpassung erleichtert.
Bild: Quora
3MF (3D Manufacturing Format)
Um noch einen Schritt weiterzugehen und ein 3D-Drucker Dateiformat mit weiter ausgeweiteten Eigenschaften als der STL- und AMF-Formate zu entwickeln und 3D-Druckmodelle noch besser darzustellen, entstand das 3D Manufacturing Format (3MF). Dabei handelt es sich wie bei dem OBJ-Format um ein offenes Dateiformat, welches sich optimal für den Austausch von 3D-Druckdaten eignet. Daneben zeichnen sich Dateien mit dem 3MF-Format durch ihre einfachere Lesbarkeit, Schreibbarkeit und Bearbeitungsmöglichkeiten aus, was aus ihrer optimierten Struktur der Daten verglichen mit STL-Dateien resultiert. Ähnlich wie das AMF-Format basiert 3MF auf der Extensible Markup Language (XML), was es ermöglicht, eine Datei im 3MF-Format in XML zu speichern, und zudem die jeweilige Datei lesbarer zu gestalten sowie für die direkte Bearbeitung aufzubereiten.
Wie das OBJ-Dateiformat ermöglicht das 3MF 3D-Drucker Dateiformat außerdem eine besonders detaillierte Modellrepräsentation durch seine vollständige Unterstützung von Informationen über die Geometrie, wozu etwa unterschiedliche Materialien, Texturen und Farben zählen. Das Besondere an dem 3MF-Format ist, dass einzelne Objekte referenziert und verschoben werden können, völlig ohne notwendige Veränderung des Netztes. Auf diese Weise können mehrere identische Objekte mit Bezug auf dasselbe Netz platziert werden. Dies verhält sich anders als das STL-Format, wo für jede Netzkopie für jedes Dreieck eine Kopie erstellt werden müsste. Bei 3MF wird also die neue Instanz des Objekts betrachtet und daraufhin dessen neue Position gespeichert. Zu guter Letzt eignet sich die Nutzung des 3MF 3D-Drucker Dateiformats dafür, neue Funktionen hinzuzufügen, falls der 3D-Druck diese Änderungen in der Zukunft erfordert.
Bild: UltiMaker
STEP (Standard for Exchange of Product model data)
Unser letztes 3D-Drucker Dateiformat ist das Format mit dem Namen Standard for Exchange of Product model data (STEP), welches auch ein ISO-Standard ist. Dabei handelt es sich um ein Standardformat für den Austausch von Information der 3D-Modelle, welches über einige erweiterte Eigenschaften im Vergleich zu den bereits vorgestellten Dateiformaten verfügt. Dateien im STEP-Format findet man vor allem im Kontext der Produktmodellierung sowie der CAD-Software, wo es angewendet wird, um technische Daten von Produkten über unterschiedliche CAD-Anwendungen hinweg auszutauschen. Das STEP-Format zeichnet sich demnach durch seine Kompatibilität sowie seine Herstellerunabhängigkeit aus. Eine Vielzahl von CAD-Softwares sind bereits mit dem STEP-Format kompatibel. Innerhalb einer Datei im STEP-Format sind die Daten außerdem in getrennten Modulen aufbewahrt, wodurch die Arbeit erleichtert wird, wenn nur ein Teil der Informationen verwendet werden soll. Darüber hinaus lassen sich die Dateien im STEP-Format zum einen im ASCII-Format speichern, was durch seine textbasierte Eigenschaft eine höhere Lesbarkeit zur Folge hat. Zum anderen kann STEP – wie beim 3MF-Format – in einem binären Format abgespeichert werden, sodass Daten besser ausgetauscht werden können.
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*Titelbildnachweis: Markforged