尽管所有增材制造技术的工作方式各不相同且各有特点,但任何一种3D打印工艺始终以相同的方式开始:计算机辅助设计。 此步骤包括在两个或三个维度上对零件进行建模,这是确定零件几何形状的地方。 3D模型完成后,有必要将其导出到切片器可以读取的文件中,切片器是一种充当3D打印机中介的软件。 在这一点上,向用户呈现了几个选择。 在 OBJ、STL、PLY、3MF 和许多其他格式之间,有时很难在提供的不同格式之间做出选择。 为了了解更多信息并找出某些文件的优缺点,我们深入研究了STL与3MF文件,这可能是增材制造爱好者中最受欢迎的文件。
STL 格式于 1987 年由第一家专门从事3D打印的公司3D Systems推出,现在是市场上使用最广泛的格式。 它代表立体光刻(或标准三角语言),可在大多数提供3D模型的平台上找到,例如 Thingiverse、MyMiniFactory 和 Cults。 最近,3MF 格式由 Microsoft 领导的一个联盟开发。 该格式于 2015 年发布,由于其一些独特的属性而现在很有吸引力。 3MF 模型也称为3D制造格式,旨在易于理解并限制打印过程中的错误。
目前,STL格式最为流行
STL文件的特征
自 1987 年创建以来,由于年代久远,STL 一直是最受3D打印用户欢迎的格式。 兼容所有切片机和CAD软件,STL文件现在主要用于快速成型行业。 正如首字母缩略词标准三角语言所示,该格式使用三角形“复制”每个模型。 换句话说,STL 格式使用数千个三角形重新创建尽可能接近其形状的3D模型。 更具体地说,一个有 4 个边的平面必然被分成 2 个三角形。 因此,如果我们以立方体为例,假设它有 6 个面,它会被分成 12 个三角形。
三角形的数量也决定了3D打印的准确性。 例如,面部建模需要许多三角形。 所有这些三角形都旨在尽可能接近3D模型定义的形状。 但是,它们不包含有关制造过程、材料、纹理或颜色的任何信息。 而这恰恰是STL格式的主要局限之一所在。
STL 格式越精确,包含的三角形越多
尽管它们很大,但 STL 文件仅包含允许建立零件几何形状的信息。 然而,通过使用切片器,用户仍然可以将各种打印(切片)参数添加到模型/STL 文件中。 这些参数只能以 3MF 格式保存。
STL 的另一个问题是损坏文件的频率。 当文件有缺陷时,通常是由于转换过程中出现问题,用户被迫修复它。 这就是为什么以 Netfabb 和 Meshmixer 为例,存在多个修复程序。 它们允许纠正3D文件的缺陷。 但是使用此类软件会在打印过程中增加一个额外的步骤。 最后,STL 格式是人类不可读的,只有兼容的软件才能理解并解释它。
3MF 文件的特征
3MF 比 STL 格式更新得多,它是 Microsoft 成立的一个联盟的成果,该联盟包括 Dassault、Autodesk、Stratasys 和 Ultimaker 等。 在启动仪式上,3MF 联盟执行董事 Adrian Lannin 公布了该项目的目标:“3MF 赋予人们权力,最大限度地提高生产力,并释放3D打印的全部功能。” 3MF 格式旨在为专业人士提供存储3D文件的可行解决方案,其特点是重量轻,文件包含的信息量大。
与 STL 不同,3MF 文件不仅仅是网格。 它们是包含3D模型(作为网格)和与模型制造相关的信息(例如制造方法、材料或组件)的存档文件(类似于 .zip)。 对此,微软解释道:“3MF是一种专门为3D打印和Windows适配的文件格式。 3MF包括颜色、纹理、包含推荐打印选项的缩放以及许多其他增强功能。” 此外,3MF 文件是用 XML 编码的,这使得它可以被人类理解,而不仅仅是机器。 因此,如果将 .3MF 扩展名替换为 .ZIP 扩展名,则可以打开存档中的每个文件以发现其特征。 除了开放性(易读性)之外,它还更加智能,因为它可以更好地理解网格划分错误。 它避免了与几何品种(流形)相关的问题,这些问题可以防止自相交、“非流形”模型和网格中的孔洞。
3MF 格式比 STL 格式轻得多
目前,3MF 格式的主要限制不在于它的属性,而在于它不受欢迎。 尽管存在与其特性相关的各种限制,STL 今天比 3MF 更加民主化。 这种现象在 Thingiverse、Cults 或 Printables 等各种共享网站上尤为明显。 其他缺点仍然存在。 例如,缺少与当前与此格式不兼容的某些切片器和 CAD 软件的集成。 切片器之间也缺乏相互兼容性,因为在一个切片器中配置的某些参数在打开同一项目时不一定会传输到另一个切片器。 不过,我们可以期待,如果未来3MF得到普及,将会努力解决这些问题。 特别是因为它是带有 XML 代码的存档文件,因此可以改进。 可以想象一种交叉兼容性,允许更轻松地共享可以被不同切片器正确解释的文件。
3MF与STL的具体优势
想象一下,您有一台3D打印机,并且想要打印一个复杂的模型。 如果您需要外部帮助,例如来自打印服务的帮助,他们可以使用所有适当的参数在切片软件中配置模型,然后以 3MF 格式导出此配置。 这样,您将在一个文件中找到您的模型,还有打印配置文件、可能的修改器和其他参数。 在同样的情况下,使用 STL 格式,除了网格之外,制造商还必须导出打印配置文件,但即使共享这些配置文件,修改器等信息也会丢失。
现在假设您是一名设计师,想要在互联网上分享您的3D模型,例如在 Thingiverse、Printables 或 Cults 上。 使用 3MF 格式,您可以嵌入简化3D打印过程的材料信息或修改器。 3MF 格式还允许您定义许可证和相关版权。 您还可以将您的姓名和描述添加到文件中。 因此,由于所有这些信息都存储在文件中,而不仅仅是站点的下载页面,如果您的模型在您最初共享它的站点之外共享,所有这些信息都将被保留。
3MF是未来的格式吗?
正如你所看到的,在未来,3MF 很可能成为标准。 被它的特性所吸引,一些技术专家已经采用了它。 Polyfab 是一家转售3D解决方案并提供培训的公司,其联合创始人 Charly Le Roy 解释了做出这一选择的原因:“在我看来,主要区别在于存储的信息量。 一个 STL 只包含3D模型,它的 3MF 对应物包含模型,但也包含它的方向、它的支撑、它的打印参数……所以 3MF 对于多次迭代需求更实用。” Boston Engineering 数字制造总监 Michael P. Bourque 分享了一个观点,“我不敢相信 STL 是3D打印爱好者中最常见的格式。 STL 是一种用于复制模型几何体的糟糕格式,之所以使用它只是因为切片步骤很快。我更喜欢 3MF,因为它是独立的,可以保存额外的数据以减少问题。”
由于其能够限制错误风险并促进模型共享,3MF 格式似乎更合适并且可以随着时间的推移而存在。 一个有希望的迹象是,1987 年创建 STL 的美国巨头 3D Systems 在 2015 年成立时决定加入 3MF 联盟。Charly Le Roy 总结道:“将用于共享打印项目的格式 通过准备打印的模型库,肯定是 3MF 格式。 它自然地限制了出错的风险,并在制造零件时节省了时间。”