anforderungen an die 3-d-druckdatei

Strategien zur Vermeidung von Datenfehlern
Häufig gestellte Fragen
Erfahrungsgemäß produziert die Arbeit mit gewissen Programmen
häufiger Fehler als mit anderen. Problemlose *.stl Dateien erzeugen
Sie mit SolidWorks, Pro/ENGINEER und anderen Werkzeugen aus dem
Maschinenbau.
Im Bereich Architektur und Design ist Rhinoceros eine gute Wahl. Aber
auch mit ArchiCad in Kombination mit Cinema4D erreichen Sie sehr gute
Ergebnisse.
Muss ich von meinem Modell genau ein zusammenhängendes Volumen
erzeugen? – Nein, im Gegenteil! Sie müssen keineswegs ein einziges
Polyeder erzeugen. Dafür wäre normalerweise ja auch der intensive Einsatz
von Booleschen Operationen nötig. Diese sollten Sie aber nach Möglichkeit
vermeiden und stattdessen additiv modellieren. Der 3-D-Drucker kann nämlich
mühelos viele einzelne Objekte gleichzeitig verarbeiten, sogar wenn diese
ineinander stecken. Boolesche Operationen dagegen produzieren allzu häufig
Löcher und Splitterpolygone.
Dagegen sind Daten aus Google SketchUp selten fehlerfrei. Häufig treten
Löcher auf, sind die Volumen nicht konsistent und die Modelle also nicht
druckbar.
Muss ich beim Modellieren eine bestimmte Größe einhalten? – Nein, das ist
nicht nötig. Das Modell kann vor dem 3-D-Drucken skaliert werden. Sie sollten
aber die Detaillierung auf den Modellmaßstab abstimmen.
Auch die Prozesskette von AutoCAD über 3ds MAX zu *.stl führt häufig
zu unbrauchbarem und unrettbarem Datenchaos. Hier sind einander
überlappende Dreiecke das größte Übel.
Kann ich mit Google SketchUp Daten für den 3-D-Drucker erzeugen? –
Im Prinzip, ja. Allerdings treten hier sehr häufig Fehler im *.stl auf, die
aufwändig von Hand korrigiert werden müssen.
Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und je nach
Projekt können auch abweichende Ergebnisse erzielt werden.
Wie kann ich kontrollieren, ob meine *.stl-Datei brauchbar ist? – Laden Sie das
*.stl in die Steuerungssoftware ZPrint und begutachten es. ZPrint steht Ihnen im
Rechner-Pool im Willersbau B 221 und B 222 zur Verfügung.
Grundsätzlich kann man bereits beim Modellieren im CAD/CAAD System
durch das Beherzigen einiger Grundsätze Folgefehler im *.stl mit großer
Wahrscheinlichkeit ausschließen:
Volumenorientiert arbeiten
Nur »wasserdicht« geschlossene Körper können fehlerfrei in Schichten
zerlegt werden. Flächenhafte Objekte müssen zu Volumen ergänzt oder
extrudiert werden.
Boolesche Operationen vermeiden
Boolesche Operationen erzeugen häufig kleine Lücken und Splitterpolygone
(Dreiecke mit ein oder zwei sehr spitzen Winkeln). Stattdessen sollte
man additiv vorgehen. ZPrint kann mühelos mehrere Volumen gleichzeitig
verarbeiten, auch wenn sie einander durchdringen.
Fangfunktionen gewissenhaft benutzen
und Verdopplungen vermeiden
Konstruieren Sie sauber und konsistent!
Orientierung von Flächen beachten
Jede Fläche und jede Facette in einem CAD Modell besitzt eine
Normalenrichtung, mit der »innen« und »außen« unterschieden werden
können. Achten Sie auf einheitliche Erzeugungsweisen.
Fehlerkorrekturen
Bitte beachten Sie zu diesem Punkt das Faltblatt »Fehlerkorrekturen in
3-D-Druckdateien«.
© 2009 – 3D LAB B25
Institut für Geometrie, TU Dresden
Willers-bau, Raum B25
www.math.tu-dresden.de/3D-Lab-B25
Anforderungen
an die
3-d-Druckdatei
Genauigkeit
Übersicht
Diese Kurzanleitung führt in die Handhabung von *.stl Dateien ein, die man zum
3-D-Drucken benötigt. Die Anleitung soll Ihnen helfen, eventuell auftretende
Probleme zu erkennen und Fehler möglichst schon im Vorfeld zu vermeiden.
Aufsicht einer Hausgruppe
in Mesh-Darstellung
Das *.stl Dateiformat hat einen sehr einfachen Aufbau:
Jedes räumliche Objekt wird durch eine geschlossene Hülle beschrieben,
die nur aus orientierten Dreiecksfacetten besteht. Also werden gekrümmte
Flächen durch Polyeder angenähert. Das Format ist robust und hat sich im Rapid
Prototyping Bereich als Standardschnittstelle durchgesetzt.
Fast jedes CAD-Programm kann *.stl Dateien exportieren. Mit Programmen, die
eine Bearbeitung im Punkt- und Polygonmodus unterstützen, hat man außerdem
einen direkten Zugriff auf die Datenstruktur. Ist ein *.stl Datensatz korrekt,
so wird er von der Treibersoftware ZPrint des 3-D-Druckers problemlos in
Schichten zerlegt (slicing) und an den Druckkopf geschickt. Treten Fehler auf, so
können sie mithilfe von ZPrint identifiziert werden.
Volumen aushölen,
um Material zu sparen
Technische Daten
Die Bildschirmdarstellung von Objekten in CAD-Systemen beruht
im Allgemeinen auf einem Polygonnetz (Rendermesh), das im Fall
von gekrümmten Flächen optisch geglättet wird (Phong-Shading,
Gouraud-Shading). Dieser Sachverhalt kann in Softwarepaketen, deren
Modellierungstechnik auf Polygonen basiert, wie etwa in Cinema4D, eine
Glattheit vortäuschen, die der Datenstruktur nicht entspricht. Dort steht auch
beim Export keine höhere Auflösung zur Verfügung. Man muss also schon
beim Modellieren auf ein ausreichend feines Punktegitter achten.
Überraschungen können Sie vermeiden, wenn Sie beim Konstruieren
anstelle eines Phong-schattierten Bildes die Facetten anzeigen lassen.
Zum Beispiel kann man in Cinema4D den Phong-Tag der einzelnen Objekte
entfernen, der in den Renderings und im Editor eine Krümmung vortäuscht,
wo tatsächlich nur Polygone mit Kanten sind. Andere Programme bieten als
Darstellungsoption eine Flachschattierung (flat shading).
Bezeichnung: Stereolithografie oder Standard Triangulation Language
Dateisuffix: *.stl
Software: Unspezifisch, Standardschnittstelle in vielen CAD-Programmen
Formate: ASCII-Code (große Datei), binär (kleiner), sonst gleichwertig
Maßstab: Nachträglich skalierbar in ZPrint
Inhalt: Orientierte Dreiecksfacetten,
gegeben durch je drei Punkte und eine Normale
Syntax:
solid name
facet normal n1 n2 n3
outer loop
vertex p1x p1y p1z
vertex p2x p2y p2z
vertex p3x p3y p3z
endloop
endfacet
Die Darstellung von gekrümmten Flächen ist im *.stl-Format nur
näherungsweise möglich, weil ausschließlich (ebene) Dreiecksfacetten
transportiert werden. Je kleiner die Dreiecke sind, umso genauer gibt
das Dreiecksnetz die gekrümmten Flächen wieder. Man muss also beim
Export der Daten aus der jeweiligen CAD-Software darauf achten, dass die
Auflösung ausreichend hoch gewählt wird. Andererseits kann eine hohe
Auflösung zu sehr großen Datenmengen führen, womit die Handhabung unter
Umständen problematisch wird.
Geeignete Software nutzen (hier Rhinoceros) und sauber konstruieren
Wenn Sie diesen Punkt nicht beachten, erreichen das *.stl-Format und
folglich der 3-D-Druck die zuvor am Bildschirm gesehene Glattheit nicht.
endsolid name
Hintergrund
Die Dateikennung STL steht für Standard Triangulation Language oder
Surface Tesselation Language. Häufig spricht man aber auch einfach von
Stereolithografie-Schnittstelle, weil Stereolithografie-Anlagen die ersten
kommerziell genutzten Rapid Prototying Anlagen waren, die mit dieser
Geometrie-Beschreibung betrieben wurden.
Erzeugung von *.stl Dateien
Phong Shading
Fast jedes CAD Programm bietet eine Exportfunktion zum Speichern von *.stl
Dateien (Stereolithografie). Sollte Ihr Programm diese Option nicht anbieten,
können Sie auch eine *.3ds Datei erzeugen, diese mit Cinema4D öffnen und
dort das *.stl exportieren. Cinema4D steht im Rechnerpool im Willersbau B 221
und A 222 zur Verfügung.
Mangelhafte Unterteilung, deutlich sichtbar in ZPrint
Flat Shading
Triangulierung