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STL, OBJ, STP, 3MF: Alles eine Frage des (Datei-)Formats

Wenn man von Plattformen wie Thingiverse oder der Gleichen fertige Objekte herunterlädt, dann erhält man in den meisten Fällen eine STL Datei. Manchmal aber auch eine STP oder eine 3MF Datei. Es gibt eine Vielzahl an verschiedenen Dateiformaten in denen ein 3D Modell für den 3D Druck zur Verfügung gestellt werden kann. Sehen wir uns an, welche es gibt und was sie unterscheidet.

Welche Dateiformate gibt es für den 3D Druck? Die am häufigsten verwendeten Dateiformate für CAD Modelle für den 3D Druck sind STL, STEP, OBJ, AMF und immer häufiger auch 3MF. Den momentanen de facto Standard stellt dabei noch das STL Format dar.

Das STL Format hat aber auch durchaus seine Schwächen. Im Artikel gehe ich auf die Schwächen des Dateiformats ein und auch darauf, welches Format möglicherweise in Zukunft der neue Standard werden könnte.

Welche Dateiformate gibt es für den 3D Druck?

Bevor wir in die Tiefe gehen, sollten wir gleich einen großen Irrglauben beseitigen. Für den 3D Druck, gibt es das GCode Format. Manchmal auch .gc oder auch .gx abgekürzt. Das ist das Dateiformat für den 3D Druck, welches die Befehle für den 3D Drucker beinhaltet.

Bei den Dateiformaten wie STL, STEP, OBJ, 3MF oder wie sie alle heißen mögen, handelt es sich um die Dateiformate zum Austausch der CAD Modelle zwischen den verschiedenen Applikation, wie z.B. der CAD Designsoftware und dem Slicer. Aus Letzterem wird dann wiederum die GCode Datei für den Drucker exportiert.

Die am Häufigsten verwendeten Dateiformate für den Austausch der CAD Modelldaten für den 3D Druck sind dabei

  • STL – Standard Triangulation Language
  • OBJ – OBJect
  • STP/STEP – STandard for the Exchange of Product model data
  • 3MF – 3D Manufacturing Format
  • AMF – Additive Manufacturing File Format

Das sind die Dateiformate, um die du im Regelfall nicht herum kommst. Diese Dateiformate findest du, wenn du eine Datei von einer der großen Plattformen wie Thingiverse, MyMiniFactory, etc. herunterlädst oder wenn du mit deinem Slicer ein CAD Modell für den Druck aufbereiten möchtest.

In manchen fällen wirst du hier natürlich auch auf weniger gängige Formate stoßen. Von diesen gibt es eine schiere Unmenge. Die verschiedenen Formate sind dabei, wie auch in allen anderen Softwaresparten üblich, abhängig von der verwendeten CAD Software entstanden. Jeder Hersteller versucht hier die Vorteile seiner eigenen Software bis zu einem gewissen Grad in seinem eigenen, oftmals proprietären, Dateiformat unterzubringen und damit die User an sich zu binden. Nicht unüblich ist dabei aber auch, dass Hersteller auf einem der bekannten Formaten aufsetzen und diese um ihre eigenen Informationen erweitern. So oder so sind dieses Daten von den meisten Slicern nicht verwertbar.

Glücklicherweise haben sich über die letzten Jahre und sogar Jahrzehnte einige Formate durchgesetzt und bilden nun den quasi de facto Standard, wenn es um den Datenaustausch zwischen den verschiedenen CAD Programmen, aber auch auch hin zu den Slicern geht. Das meistgenutzte Format, das STL Format, ist dabei jedoch eines, das so manche Schwächen mit sich bringt und über welches nicht alle glücklich sind.

STL

Das STL Format (Standard Triangulation Language) ist das Standard Dateiformat schlechthin für 3D Druck CAD Modelle. Wenn du ein CAD Modell von einer Plattform herunterlädst oder eine Datei für einen Druckjob von jemandem erhältst, dann ist die Chance sehr hoch, dass es sich dabei um ein STL handelt. Es gibt keinen Slicer der das STL Format nicht unterstützt.

Die Geschichte des STL Dateiformats

Das STL Dateiformat wurde 1987 von 3D Systems Inc. für den ersten 3D Drucker von 3D Systems entwickelt und 1988 veröffentlicht. Der Fokus lag dabei auf die Stereolithografie Drucker. Seit seiner Veröffentlichung blieb das Format 22 Jahre lang nahezu unverändert.

Erst im Jahr 2009 wurden größere Änderungen und Erweiterung im Dateiformat vorgenommen. Das Resultat dieser Änderung ist das heute als AMF (Additive Manufacturing File Format) bekannte Dateiformat.

Die Eigenschaften des STL Dateiformats

Das STL Format beschreibt nur die Oberflächengeometrie eines dreidimensionalen Objekts ohne weitere Informationen zu Farbe, Textur oder anderen Daten zum CAD Modell. Das CAD Modell wird dabei mit Hilfe von Dreiecken als sogenanntes Mesh abgebildet. In diesem Mesh muss jeder Punkt eines Dreiecks zumindest in drei Dreiecken vorkommen.

Quelle: Wikipedia / User: LaurensvanLieshout

Wie anhand des Bildes unschwer zu vermuten ist, kommt es durch diese Menge an Dreiecken sehr schnell zu sehr großen Dateien. Da das STL Format aber neben ASCII- auch als Binärformat abgespeichert werden, können diese Dateien trotzdem sehr klein gehalten werden. Das Binärformat ist daher aufgrund seiner Kompaktheit die häufiger verwendete Variante.

Die Vorteile des STL Dateiformats

Abgesehen davon, dass das STL Format aufgrund seiner Art Daten zu speichern ein sehr einfaches Dateiformat ist, bietet die oben erwähnte Reduktion der Daten auf Dreiecke zusätzlich einen großen Vorteil betreffend Datensicherheit. Da nur Dreiecke gespeichert werden um die Oberfläche abzubilden, werden alle weiteren sensiblen Entwicklungsdaten nicht mit gespeichert und damit bei der Weitergabe an Dritte auch nicht übermittelt. Das ist gerade im Bereich des Rapid Prototypings von immensem Vorteil, welches dieses Format mit sich bringt.

Die Nachteile des STL Dateiformats

Der beschriebene Vorteil des STL Dateiformats ist womöglich auch gleichzeitig der größte Nachteil. Denn es wird eben nur die Oberfläche abgebildet. Jegliche weitere Information, die manch anderes Format zusätzlich speichert, wie Textur, Farbe, etc., ist hier nicht berücksichtigt.

Wie im Bild oben dargestellt, führ dieses Speichern des Modells in Form von vielen kleinen Dreiecken zu einer geringen Unschärfe und Ungenauigkeit der Modelle. Dies mag im Rapid Prototyping nicht das große Problem sein, kann aber für die tatsächliche Fertigung eines Objekts durchaus problematisch werden.

Ein weiterer Nachteil ist, dass STL Dateien, obwohl sie der quasi Standard sind, nicht automatisch für die Aufbereitung für den 3D Druck geeignet sind. Manchmal müssen die Dateien erst noch mit Hilfe diverser Tools für den 3D Druck aufbereitet werden.

STP/STEP

Das STEP (STandard for the Exchange of Product model data) Dateiformat ist ein Standard zur Beschreibung von Produktdaten. Das STEP Format umfasst dabei neben den physischen auch die funktionalen Aspekte eines Produktes. Aufgrund der Standardisierung ist das Format für den Datenaustausch zwischen verschiedenen CAD Systemen aber auch hin zu den meisten Slicern geeignet. Das STEP Dateiformat findet in den meisten Fällen eher im industriellen Bereich Anwendung.

AMF

Das AMF (Additive Manufacturing File Format) Dateiformat ist ein offener Standard zur Beschreibung von Objekten für den 3D-Druck. Es ist ein auf XML basiertes Dateiformat, mit welcher eine CAD Software die Form und Zusammensetzung eines 3D Modells beschreiben können. Im Gegensatz zum STL Format bietet das AMF Format eine native Unterstützung für Farben, Materialien und weitere Informationen.

Obwohl das AMF Format die Weiterentwicklung des STL Formats ist und viele der Schwachstellen von STL beseitigt, fehlt dem Format bis heute die Unterstützung auf Seiten der Industrie und es konnte sich bisher nicht als Nachfolger des STL Formats durchsetzen.

3MF

Das 3D Manufacturing Format oder auch 3MF Format ist wie das AMF Format ein offener auf XML basierter Standard. Dieses Format wurde ebenfalls mit dem Ziel entwickelt Informationen zu Farben, Material und weiteren zum CAD Modell zugehörige Daten zu berücksichtigen. Weiters kann man aber auch modellunabhängige Daten wie z.B. eine Miniaturansicht des Modells, Druckerprofile, Angaben zu Stützmaterialen, etc. in dieser Datei hinterlegen.

Ein weiterer großer Vorteil des 3MF Dateiformats ist, dass es die gleiche Komprimierung wie ein ZIP-Archiv verwendet und im Grunde auch genau so gehandhabt werden kann. Wenn die Dateiendung auf .ZIP geändert wird, kann man mit jedem gängigen Zip Programm auf die Dateiinterna zugreifen. Durch den Komprimierungsalgorithmus sind die 3MF Dateien konzeptionell schon auf den geringstmöglichen Speicherplatzverbrauch ausgelegt.

Das 3MF Dateiformat wurde vom 3MF Konsortium entwickelt und veröffentlicht. Das Konsortium wurde von Microsoft gegründet und umfasst mittlerweile namhafte Mitglieder und Unterstützer aus den diversen Industriesparten, wie etwa Autodesk, PTC, Netfabb, Ultimaker, HP, Shapeways, Siemens, Stratasys, EOS und viele weitere meh.

Um die breite Akzeptanz zu erreichen und eine leichtere Adaption zu ermöglichen hat das 3MF Konsortium eine C++ Implementierung des Formats veröffentlicht. Im Gegensatz zum AMF Format, dem eigentlichen Nachfolger des STL Formats, findet das 3MF auf Seiten der Slicer Hersteller durchaus breiten anklang. Hersteller wie Ultimaker mit dem Slicer Cura, Prusa mit dem Prusa Slicer aber auch viele andere Hersteller unterstützen dieses Format bereits und versuchen dieses Format mehr und mehr zu pushen.

OBJ

Obwohl das STL Format im Bereich 3D Druck häufiger verwendet wird, ist das OBJ Dateiformat das universellere Dateiformat als das STL Format. Mit dem OBJ Format kann ein breiterer Bereich der 3D Modellierung abgedeckt werden. Die Bandbreite reicht dabei von 3D Modellen für den 3D Druck über 3D Animationen bis hin zum Gaming Bereich. Aufgrund des größeren Anwendungsbereichs des OBJ Format ist dieses Format bei weitem komplexer als das STL Dateiformat, was für dessen Akzeptanz nicht unbedingt förderlich ist. Das könnte durchaus auch ein Grund sein, warum sich das OBJ Format nie so wirklich durchsetzen konnte.

Welches Dateiformat ist der Standard für 3D Druck?

Der de facto Standard im 3D Druckbereich ist das STL Format. Nun, zumindest noch. Seit längerer Zeit wird schon daran gearbeitet ein neueres und vollständigeres Format zu etablieren, welches die Schwächen des STL Formats kompensiert und dabei trotzdem dieselben Vorteile, wie z.B. geringe Dateigröße und ein leicht verständliches Dateiformat, bieten kann.

Das Format mit dem größten Potential STL in den nächsten Jahren den Rang abzulaufen ist das 3MF Format. Ein offenes Format mit einer breiten Unterstützung namhafter Vertreter. Vor allem im Bereich der Hobbyanwender bzw. im Bereich der professionellen (nicht industriellen) Drucker, findet das Format immer breiteren anklang.

Der Grund warum STL noch immer als der Standard wahrgenommen wird ist, dass vor allem auf Plattformen wie thingiverse und Co der Großteil der zum Download angebotenen Dateien noch immer im STL Format verfügbar ist. Und solange das so bleibt und die verschiedenen CAD Softwarehersteller STL noch als das Standard Export Format anbieten, wird es noch Ewigkeiten dauern bis sich eines der anderen Formate durchsetzt.

Kann ich statt einer STL auch einfach eine fertige GCODE Datei herunterladen?

Im Allgemeinen eigentlich nicht, da im GCODE neben den Instruktionen für den Drucker auch proprietäre Informationen zum Drucker selbst und zum Filament gespeichert sein können. Diese Vorgehen funktioniert als nur dann, wenn du exakt den selben Drucker und das selbe Filament verwendest. Sobald irgendetwas davon abweicht, funktioniert das nicht mehr. Im schlimmsten Fall kann das sogar dazu führen, dass dein Drucker durch das Verwenden einer fremden GCODE Datei beschädigt wird.

Kann ich JPEGs oder PNGs auf dem 3D Drucker ausdrucken?

Nein, zumindest nicht auf direktem Weg. Bei JPEG, PNG, GIF oder der Gleichen handelt es sich um einfache Bildformate. Diese enthalten keine Informationen zu 3D Objekten, auch wenn diese darauf abgebildet sind. Es gibt jedoch die Möglichkeit über verschiedenen Programme, z.B. CAD Programme, 3D Modelle aus Bilddateien zu erzeugen. Diese können dann wiederum als STL bzw. vorzugsweise 3MF exportiert und für den Drucker aufbereitet werden.

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