Optimización de los archivos STL para la impresión 3D

Los archivos STL, también conocidos como STereoLithography o Standard Tessellation Language, son uno de los tipos de archivo más populares para imprimir modelos sólidos en 3D. Un archivo STL toma la información de un modelo sólido 3D creado con un software CAD, como SOLIDWORKS, y lo almacena para su posterior uso o edición. Después de crear un modelo 3D, el diseñador elegirá un tipo de archivo para guardar el modelo. Un archivo STL se designa con la extensión ".stl". Este tipo de archivo es compatible con muchos programas de CAD y puede interactuar con muchas impresoras 3D y software de análisis asistido por ordenador.

El proceso para crear un fichero STL comienza con la creación del modelo sólido por parte del diseñador de CAD. La creación del modelo sólido implica la definición de la geometría del componente y normalmente implica una combinación de planos, extrusiones, superficies y posiblemente la eliminación estratégica de material.

Cuando un diseñador decide guardar un modelo sólido como un archivo STL (Standard Tessellation Language), la superficie del objeto se codifica utilizando un concepto llamado teselación, de ahí el significado de las siglas STL. La teselación es un concepto sencillo por el que una superficie se cubre con un patrón de formas de forma que no haya solapamientos ni huecos. Las teselaciones son habituales en el mundo que nos rodea, como por ejemplo las paredes de ladrillo o los suelos de baldosas; pueden estar hechas de formas simples o complejas.

Un fichero STL utiliza triángulos para realizar teselados que transmiten información sobre las superficies de un modelo 3D. Este método fue descubierto en 1987 por Chuck Hill. Este descubrimiento se realizó como parte del proceso de transferencia de información del archivo del sistema CAD 3D al archivo de la impresora 3D. Resultó que los diminutos triángulos, o facetas, utilizados para definir la superficie exterior del modelo 3D son perfectos para definir superficies simples y complejas por igual. Las superficies más complejas requerirán más triángulos para definir sus superficies, ya que deben ser más pequeños para adaptarse a la curvatura de cada superficie. Por ejemplo, un simple cubo requerirá 12 triángulos, mientras que una esfera puede requerir miles de triángulos.

Dependiendo del software de CAD en 3D utilizado, hay ajustes que pueden ser manipulados para cambiar el tamaño o la complejidad del patrón de teselación para que el tamaño del archivo sea menor y/o el modelo sea menos complejo. Consulte las instrucciones del fabricante de su impresora para determinar cómo cambiar los ajustes que afectan a los patrones de teselado. Además, al imprimir archivos STL en 3D, es importante prestar atención al grosor mínimo de las características que una impresora 3D o el filamento de la impresora 3D es capaz de imprimir. Los tamaños de rasgos inferiores a éste no se imprimirán correctamente. Asegúrese de que el tamaño de la teselación es el adecuado para cada aplicación.

Si el objetivo final de la creación de un modelo sólido 3D es imprimir el modelo en 3D, primero se deben considerar los dos métodos para almacenar la información sobre las teselaciones triangulares:

• Método Uno: Codificación ASCII donde se almacenan las coordenadas de los vértices de cada triángulo. Estas coordenadas 3D proporcionan una ubicación exacta para cada triángulo, guardando así los contornos y ubicaciones exactas de cada superficie.
• Segundo método: codificación binaria en la que se almacenan los componentes del vector unitario normal a cada triángulo. Este vector apunta hacia fuera de la superficie, con respecto a cada triángulo.

Como se puede descifrar, el método ASCII implica el almacenamiento de una gran cantidad de datos (3 conjuntos de 3 coordenadas para cada triángulo). El método de codificación binaria es mucho más compacto. El método de teselación debe elegirse en función de la complejidad del modelo sólido y puede optimizarse para reducir el tiempo de impresión.

Aquí hay otros consejos generales para asegurar que un modelo 3D STL está optimizado para la impresión 3D;

1. Asegúrese de que todas las paredes tienen un grosor superior a cero, ya que un grosor de pared cero no puede imprimirse.
2. Asegúrese de que todas las paredes tienen las caras necesarias para definirlas.
3. Realice la optimización de la resolución STL antes de cargar el archivo STL en el software de impresión. En general, una superficie más suave dará lugar a un modelo impreso en 3D más suave. Pero, la suavidad también está limitada por el grosor de la capa que la impresora y el material de filamento son capaces de producir.
4. Intente reducir la complejidad de los archivos STL. Los archivos de mayor tamaño tardarán más en imprimirse y los archivos complejos pueden no producir los mejores resultados. Esto se puede conseguir aumentando los valores de tolerancia cordal y angular.
5. Recuerde que los detalles más pequeños que el grosor de la capa no estarán presentes en la pieza impresa en 3D.
6. Omita la función UV y opte por las coordenadas XYZ.
7. Utilice la función de fusión para combinar dos o más formas primitivas y reducir la complejidad del modelo sólido.
8. Como regla general, el detalle más pequeño de cualquier pieza impresa en 3D debe ser cuatro veces mayor que la altura de la capa.
9. Utilice la siguiente sección para corregir los errores más comunes de los archivos STL antes de imprimir a partir de un archivo STL.

Siguiendo los consejos mencionados anteriormente se puede optimizar los archivos de impresión 3D para garantizar la impresión más precisa, en el menor tiempo posible.

Aunque el modelado 3D y la generación de archivos STL pueden parecer sencillos, todavía hay algunos errores comunes que se cometen en el diseño de los modelos CAD, concretamente en los archivos STL. Estos fallos en el paso de modelado pueden dar lugar a fallos en una pieza impresa en 3D, como caras que faltan, mala resolución o geometrías incorrectas, por lo que es importante detectarlos antes de iniciar el proceso de impresión en 3D.

Uno de los fallos más comunes en un archivo STL es la falta de una figura de teselación o de un triángulo. Hay una serie de reglas que debe seguir el patrón de teselación para definir con precisión las superficies de un modelo sólido 3D. Una de estas reglas es que los triángulos adyacentes deben compartir dos vértices comunes. Si los dos vértices no se comparten, el resultado serán agujeros en la malla del modelo sólido. Esto hará que se imprima un modelo sólido incompleto. Los huecos o agujeros también pueden producirse en los bordes de las piezas. Existen varios paquetes de software en el mercado que afirman reparar los problemas de huecos o agujeros, o bien se pueden remediar arreglando cada problema individualmente.

Otro problema que puede surgir debido al método de almacenamiento de datos de teselación triangular es que los triángulos individuales pueden solaparse o intersecarse de forma incorrecta. Este error provocará un tiempo de impresión innecesariamente largo. Estos triángulos superpuestos deben ser eliminados o unificados.

Si se utiliza un método de codificación binaria para construir el archivo STL y almacenar los datos, la dirección del punto de los vectores normales es crítica para el proceso de impresión 3D. Si algunos de los vectores normales apuntan en la dirección equivocada, la impresora 3D no podrá determinar correctamente dónde están las superficies interior y exterior de la pieza y, por tanto, no podrá cortar e imprimir la pieza con precisión.

El último problema que se ha mencionado anteriormente es una teselación demasiado definida o una malla con demasiados triángulos. Esto suele ocurrir con las formas más complejas. Si bien no es un error que resulte en una impresión imprecisa, esto resultará en un tiempo de impresión innecesariamente largo. Además, la mayoría de las veces estos pequeños detalles no se imprimirán porque una malla demasiado definida tiende a tener triángulos de tamaño inferior al grosor de la capa de la impresión.

Independientemente del problema encontrado, el método de resolución óptimo es diseñar correctamente o rediseñar el archivo CAD con el software CAD nativo antes de exportar el modelo como STL. Asegúrese de que el archivo de impresión 3D es correcto antes de iniciar un trabajo de impresión. Esto producirá mejores resultados que la utilización de software de reparación.