Optimieren von STL-Dateien für den 3D-Druck

STL-Dateien, auch bekannt als STereoLithography oder Standard Tessellation Language, sind einer der beliebtesten Dateitypen für 3D-Druck-Volumenmodelle. Eine STL-Datei enthält die Informationen über ein 3D-Volumenmodell, das mit einer CAD-Software wie SOLIDWORKS erstellt wurde, und speichert sie zur späteren Verwendung oder Bearbeitung. Nach der Erstellung eines 3D-Modells wählt der Konstrukteur einen Dateityp aus, unter dem das Modell gespeichert werden soll. Eine STL-Datei wird durch die Dateierweiterung ".stl" gekennzeichnet. Dieser Dateityp ist mit vielen CAD-Programmen kompatibel und kann mit vielen 3D-Druckern und computergestützter Analysesoftware verwendet werden.

Der Prozess zur Erstellung einer STL-Datei beginnt mit der Erstellung des Volumenmodells durch den CAD-Konstrukteur. Die Erstellung des Volumenmodells beinhaltet die Definition der Bauteilgeometrie und umfasst in der Regel eine Kombination aus Ebenen, Extrusionen, Flächen und möglicherweise strategischem Materialabtrag.

Wenn ein Konstrukteur ein Volumenmodell als STL-Datei (Standard Tessellation Language) speichert, wird die Oberfläche des Objekts mit Hilfe eines Konzepts kodiert, das als Tesselierung bezeichnet wird, daher die Bedeutung des Akronyms STL. Tesselierung ist ein einfaches Konzept, bei dem eine Oberfläche mit einem Muster von Formen bedeckt wird, so dass es keine Überlappungen oder Lücken gibt. Tesselierungen kommen in der Welt um uns herum häufig vor, z. B. bei Ziegelwänden oder Fliesenböden; sie können aus einfachen oder komplexen Formen bestehen.

In einer STL-Datei werden Dreiecke verwendet, um Tesselierungen durchzuführen und Informationen über die Oberflächen eines 3D-Modells zu übermitteln. Diese Methode wurde 1987 von Chuck Hill entdeckt. Diese Entdeckung wurde im Rahmen des Prozesses der Übertragung von Informationen aus der 3D-CAD-Systemdatei in die 3D-Druckerdatei gemacht. Es stellte sich heraus, dass die winzigen Dreiecke oder Facetten, die zur Definition der Außenfläche des 3D-Modells verwendet werden, perfekt für die Definition einfacher und komplexer Oberflächen geeignet sind. Komplexere Oberflächen benötigen mehr Dreiecke, um ihre Oberflächen zu definieren, da sie kleiner sein müssen, um sich der Krümmung jeder Oberfläche anzupassen. Ein einfacher Würfel benötigt beispielsweise 12 Dreiecke, während für eine Kugel Tausende von Dreiecken erforderlich sein können.

Je nach verwendeter 3D-CAD-Software gibt es Einstellungen, mit denen die Größe oder Komplexität des Tesselationsmusters verändert werden kann, um die Dateigröße zu verringern und/oder das Modell weniger komplex zu gestalten. Informieren Sie sich in den Anweisungen des Druckerherstellers, wie Sie die Einstellungen ändern können, die sich auf Tesselationsmuster auswirken. Beim 3D-Drucken von STL-Dateien ist es außerdem wichtig, auf die minimale Feature-Dicke zu achten, die ein 3D-Drucker oder das 3D-Drucker-Filament drucken kann. Featuregrößen, die darunter liegen, werden nicht korrekt gedruckt. Stellen Sie sicher, dass die Tesselationsgröße für jede Anwendung geeignet ist.

Wenn das Endziel der Erstellung eines 3D-Volumenmodells der 3D-Druck des Modells ist, sollten zunächst die beiden Methoden zur Speicherung von Informationen über die Dreiecksmosaike in Betracht gezogen werden:

• Methode Eins: ASCII-Kodierung, bei der die Koordinaten der Eckpunkte jedes Dreiecks gespeichert werden. Diese 3D-Koordinaten liefern eine exakte Position für jedes Dreieck, wodurch die genauen Konturen und Positionen jeder Oberfläche gespeichert werden.
• Methode Zwei: Binäre Kodierung, bei der die Komponenten des Einheitsvektors normal zu jedem Dreieck gespeichert werden. Dieser Vektor zeigt in Bezug auf jedes Dreieck von der Oberfläche nach außen.

Wie man vielleicht entziffern kann, erfordert die ASCII-Methode die Speicherung einer großen Menge an Daten (3 Sätze von 3 Koordinaten für jedes Dreieck). Die binäre Kodierungsmethode ist wesentlich kompakter. Die Methode der Tesselierung sollte auf der Grundlage der Komplexität des Volumenmodells gewählt werden und kann optimiert werden, um die Druckzeit zu verringern.

Hier sind einige weitere allgemeine Tipps, um sicherzustellen, dass ein 3D-STL-Modell für den 3D-Druck optimiert ist;

1. Stellen Sie sicher, dass alle Wände eine Dicke größer als Null haben, da eine Wanddicke von Null nicht gedruckt werden kann.
2. Stellen Sie sicher, dass alle Wände über die notwendigen Flächen verfügen, um sie zu definieren.
3. Führen Sie eine Optimierung der STL-Auflösung durch, bevor Sie die STL-Datei in die Drucksoftware hochladen. Im Allgemeinen führt eine glattere Oberfläche zu einem glatteren 3D-Druckmodell. Die Glätte wird jedoch auch durch die Schichtdicke begrenzt, die der Drucker und das Filamentmaterial erzeugen können.
4. Versuchen Sie, die Komplexität der STL-Dateien zu verringern. Größere Dateien benötigen mehr Zeit für den Druck, und komplexe Dateien führen unter Umständen nicht zu den besten Ergebnissen. Dies kann durch Erhöhung der Sehnen- und Winkeltoleranzwerte erreicht werden.
5. Denken Sie daran, dass Details, die kleiner als die Schichtdicke sind, auf dem 3D-Druckteil nicht zu sehen sein werden.
6. Überspringen Sie die UV-Funktion und entscheiden Sie sich stattdessen für XYZ-Koordinaten.
7. Verwenden Sie die Verschmelzungsfunktion, um zwei oder mehr primitive Formen zu kombinieren, um die Komplexität des Volumenmodells zu reduzieren.
8. Als allgemeine Faustregel gilt, dass das kleinste Detail auf einem 3D-Druckteil viermal größer sein sollte als die Schichthöhe.
9. Nutzen Sie den nächsten Abschnitt, um häufige Fehler in STL-Dateien zu beheben, bevor Sie aus einer STL-Datei drucken.

Die Befolgung der oben genannten Tipps sollte die Optimierung von 3D-Druckdateien ermöglichen, um einen möglichst genauen Druck in kürzester Zeit zu gewährleisten.

Auch wenn die 3D-Modellierung und die Erstellung von STL-Dateien einfach zu sein scheinen, werden bei der Erstellung von CAD-Modellen, insbesondere STL-Dateien, häufig Fehler gemacht. Diese Fehler bei der Modellierung können zu Fehlern in einem 3D-Druckteil führen, wie z. B. fehlende Flächen, schlechte Auflösung oder falsche Geometrien, so dass es wichtig ist, sie vor Beginn des 3D-Druckprozesses zu erkennen.

Einer der häufigsten Fehler in einer STL-Datei ist eine fehlende Tessellierungsfigur oder ein fehlendes Dreieck. Es gibt eine Reihe von Regeln, die das Tesselationsmuster befolgen muss, um die Oberflächen eines 3D-Volumenmodells genau zu definieren. Eine dieser Regeln ist, dass benachbarte Dreiecke zwei gemeinsame Scheitelpunkte haben müssen. Wenn die beiden Scheitelpunkte nicht gemeinsam genutzt werden, entstehen Löcher im Netz des Volumenmodells. Dies führt dazu, dass ein unvollständiges Volumenmodell gedruckt wird. Die Lücken oder Löcher können auch an den Kanten der Teile auftreten. Es gibt mehrere Softwarepakete auf dem Markt, die behaupten, die Lücken- oder Lochprobleme zu reparieren, oder diese können durch die Behebung jedes einzelnen Problems behoben werden.

Ein weiteres Problem, das durch die Speichermethode für Dreiecksmosaikdaten entstehen kann, besteht darin, dass sich die einzelnen Dreiecke überlappen oder nicht richtig schneiden können. Dieser Fehler führt zu einer unnötig langen Druckzeit. Diese überlappenden Dreiecke müssen entfernt oder vereinheitlicht werden.

Wenn eine binäre Kodierungsmethode zur Erstellung der STL-Datei und zur Speicherung der Daten verwendet wird, ist die Richtung der Normalenvektoren für den 3D-Druckprozess entscheidend. Wenn einige der Normalenvektoren in die falsche Richtung zeigen, kann der 3D-Drucker nicht korrekt bestimmen, wo die Innen- und Außenflächen des Teils liegen, und ist daher nicht in der Lage, das Teil genau zu zerschneiden und zu drucken.

Das letzte Problem, das bereits erwähnt wurde, ist eine überdefinierte Tesselierung oder ein Netz mit zu vielen Dreiecken. Dies tritt typischerweise bei komplexeren Formen auf. Es handelt sich zwar nicht um einen Fehler, der zu einem ungenauen Druck führt, aber die Druckzeit wird dadurch unnötig verlängert. Außerdem werden diese kleinen Details in den meisten Fällen nicht gedruckt, da ein überdefiniertes Mesh dazu neigt, Dreiecke zu haben, die kleiner sind als die Schichtdicke des Drucks.

Unabhängig von dem aufgetretenen Problem besteht die optimale Lösungsmethode darin, die CAD-Datei mit der nativen CAD-Software korrekt zu entwerfen oder neu zu entwerfen, bevor das Modell als STL exportiert wird. Stellen Sie sicher, dass eine 3D-Druckdatei korrekt ist, bevor Sie einen Druckauftrag starten. Dies führt zu besseren Ergebnissen als die Verwendung von Reparatursoftware.