La guía definitiva para el formato STL
Este artículo cubrirá todo sobre el formato de archivo STL utilizado en la impresión 3D. El formato se explicará en profundidad: su historia, ventajas y deficiencias, su funcionamiento y los formatos alternativos disponibles.
Informacion principal
Los archivos STL almacenan datos sobre los modelos 3D. Un archivo STL solo puede contener información sobre la geometría de la superficie de un objeto. No hay datos sobre su color, textura y otras propiedades. La extensión del archivo es “.stl” y los archivos generalmente se generan mediante software CAD (diseño asistido por computadora).
Este es el formato de archivo más común para la impresión 3D. Los programas Slicer pueden convertir la información que almacena en conjuntos de instrucciones para el hardware de la impresora 3D.
El formato de archivo STL es compatible con la gran mayoría de programas CAD y editores 3D y se utiliza para una variedad de propósitos: desde impresión 3D hasta creación rápida de prototipos y fabricación.
Abreviatura
Se considera que STL es sinónimo de “St ereo l ithography”, pero también hay varios backronyms atribuyó tales como “Triángulo Estándar Idioma” y “teselación Lenguaje Estándar”.
La forma en que STL funciona y almacena datos.
La teselación se utiliza para codificar los datos sobre la geometría de la superficie de un objeto 3D.
¿Qué es la teselación?
La teselación es un mosaico de una superficie con formas geométricas sin espacios ni superposiciones. Los panales y las paredes de azulejos son excelentes ejemplos de teselación en la vida real.
Las formas utilizadas pueden ser simples o complicadas. A veces incluso se utilizan los imaginativos. Se pueden encontrar ejemplos de teselados en la técnica entre las obras de MC Escher.
Historia de STL
La primera impresora 3D estereolitográfica fue inventada en 1987 por Chuck Hall. En ese momento, The Albert Consulting Group para 3D Systems estaba descubriendo cómo transferir los datos sobre los modelos a la impresora. El uso de teselación terminó siendo su elección.
La solución fue teselar la superficie de los modelos con muchos triángulos pequeños («facetas») y almacenar estos datos en archivos.
Por ejemplo, para un cubo simple, 12 triángulos serían suficientes, porque un lado, al ser un triángulo simple, requerirá solo 2 triángulos para cubrirse. Las cosas se complican un poco con las esferas, porque la cantidad de triángulos necesarios aumenta significativamente.
El cubo teselado.
La esfera teselada.
Y a continuación se muestra el ejemplo de una forma 3D teselada compleja:
Albert Consulting Group para 3D Systems ha descubierto que los datos sobre los triángulos se pueden almacenar en archivos y serán suficientes para describir la superficie del modelo. Y así nació la base del formato STL.
Cómo se almacenan los datos
En los archivos STL se utilizan los dos formatos siguientes para almacenar los datos:
-
El método ASCII
-
El método binario
Cada uno de ellos es capaz de almacenar este tipo de información sobre los triángulos / facetas:
-
Las coordenadas de los vértices de los triángulos.
-
Los datos sobre el vector normal. Siempre debe apuntar hacia afuera relacionado con el modelo.
El ASCII STL
Este formato es fácil de leer, aunque ocupa más espacio. Los archivos comienzan con la línea «sólida
El STL binario
Esta es una versión más compacta y más común, aunque es menos legible para los humanos.
Este tipo de archivo comienza con un encabezado con 80 caracteres (generalmente ignorado por los lectores de archivos), luego el entero sin signo de 4 bytes indica el número de triángulos. El resto es solo la información sobre los triángulos, representados como números de coma flotante de 32 bits.
Las normas
Las especificaciones incluyen algunas reglas que deben seguirse al almacenar los datos.
La regla del vértice
Cada triángulo debe compartir dos vértices con cada uno de sus triángulos adyacentes.
La regla de orientación
La orientación de la faceta debe especificarse de dos formas.
La regla implica un par de cosas:
- Lo normal debe apuntar hacia afuera.
- Los vértices deben enumerarse en orden antihorario si observa el modelo desde fuera. Esto se llama la «regla de la mano derecha».
Todo esto proporciona la consistencia de los datos y puede ayudar a detectar los archivos corruptos, por lo que en este caso, la redundancia está justificada.
La regla del octante totalmente positivo
Las coordenadas de los vértices del triángulo deben ser positivas.
Esto significa que el objeto 3D debe existir en el octante totalmente positivo del sistema de coordenadas cartesianas 3D.
Esto elimina la necesidad de utilizar números de coma flotante firmados, por lo que no hay razón para agregar signos «+» o «-» y, como resultado, permite ahorrar mucho espacio.
La regla de clasificación de triángulos
Los triángulos deben aparecer en orden de valor z ascendente.
Esta no es una regla estricta per se, pero se recomienda y permite que el software de corte funcione más rápido.
Cómo se imprimen los archivos
Antes de que comience el proceso de impresión, el archivo debe abrirse en una cortadora. La cortadora es un software capaz de convertir los datos de los modelos 3D en un conjunto de instrucciones que seguirá la impresora. La cortadora crea cientos o miles de capas y puede averiguar cuánto material se necesita para extruir. Luego se imprimen las capas.
Este tipo de información se almacena en un archivo de código G, el formato que la impresora puede «leer». La elección de la cortadora adecuada es muy importante porque afecta significativamente la calidad de las impresiones. Una vez que se carga el archivo de código G, las capas se vuelven a ensamblar en un objeto 3D en la cama de impresión extruyendo los materiales en una sucesión capa por capa.
No todos los archivos STL se pueden imprimir
No puede imprimir el modelo que no está hecho específicamente para él. Se requieren varias cosas: el grosor de la pared es mayor que cero y la superficie es estanca.
Si hay voladizos presentes, el modelo requerirá estructuras de soporte durante la impresión.
Es muy recomendable verificar los archivos STL descargados en línea para poder imprimirlos si su plan es imprimirlos.
Optimización de STL para imprimir
La superficie de un modelo nunca se aproxima perfectamente a las facetas en el caso de formas complejas. La impresora 3D produce este objeto con la misma grosería que proporcionan los datos de los archivos STL. Todo se puede mejorar y suavizar si se reduce el tamaño de un triángulo. Pero esto también da como resultado que la cantidad de facetas sea mayor. Una impresión de buena calidad puede tener cientos y miles de facetas, lo que hará que el tamaño del archivo STL sea desproporcionadamente grande. Estos archivos enormes ocupan mucho espacio, no son fáciles de compartir y cargar, y muchas impresoras 3D simplemente no pueden manejarlos.
Por lo tanto, lograr el equilibrio adecuado entre la calidad del modelo y el tamaño del archivo es extremadamente importante. Por ejemplo, en un momento, su ojo no podrá distinguir la calidad de impresión y luego la optimización se dirigirá directamente al territorio de los ‘rendimientos decrecientes’. Entonces, después de cierto punto, aumentar el número de facetas deja de tener sentido.
Puede controlar el tamaño de las facetas utilizando diferentes configuraciones proporcionadas por la mayoría de los programas CAD. Aquí cubriremos los más importantes.
Altura de la cuerda
La altura o tolerancia de la cuerda es un parámetro importante que significa la distancia máxima desde la superficie original a la malla / mosaico guardado en el archivo STL. Cuanto más pequeño sea, más preciso se representará el diseño original y más suave se verá la superficie. El valor recomendado está entre 0,01 y 0,001 milímetros . No es necesario establecer un número menor, ya que la mayoría de las impresoras 3D no pueden trabajar con tanta precisión.
Tolerancia angular (desviación)
Esto significa el límite del ángulo entre las normales de los triángulos adyacentes. El valor predeterminado es 15 grados y el valor varía entre 0 y 1. Cuanto más bajo, mejor, y el valor recomendado es 0.
Elegir entre los formatos ASCII y STL binario
Para imprimir se debe elegir el formato binario, pero si planea leer el archivo usted mismo, exporte en formato ASCII, ya que es mucho más fácil de entender.
Alternativas a STL
Existen varios formatos de archivo que se utilizan en la impresión 3D, aunque el STL es probablemente el más común. Por ejemplo, el formato OBJ puede guardar datos de color y textura. También está el formato PLY.
Recientemente, el Consorcio 3MF ha estado proponiendo un nuevo formato llamado 3MF. Muchas empresas, incluidas Autodesk, HP y Microsoft, se han unido para intentar popularizar este formato y estandarizarlo. Pero es pronto para decir algo sobre el formato y si será ampliamente adoptado.
STL en comparación con otros formatos de archivo. Ventajas y desventajas.
Cuándo debe y cuándo no debe usar el STL
La respuesta, por supuesto, dependerá de su caso de uso.
Por ejemplo, si desea utilizar varios colores y / o materiales al imprimir, entonces el STL no es su elección, ya que los archivos no pueden almacenar datos sobre nada más que las facetas y vectores de la superficie. El formato preferido sería el OBJ, ya que no solo es común y está bien respaldado, sino que también puede guardar la información sobre el color y el material del objeto.
Por otro lado, si necesita hacer una impresión simple con un solo material y color, entonces la STL es una excelente opción: los archivos son livianos, son compatibles con casi todas las impresoras 3D del mercado y son rápidos de trabajar con debido a un tamaño más pequeño.
Ventajas de STL
-
Soporte universal. Casi todas las impresoras 3D disponibles en el mercado admiten el formato STL. No se puede decir lo mismo de otros formatos de archivo, aunque el OBJ ha ido ganando popularidad de manera constante.
-
Ecosistema cultivado y maduro. La gran mayoría de los modelos imprimibles que se encuentran en línea están disponibles en formato STL. El ecosistema es grande y sigue creciendo. Hay programas de terceros disponibles en el mercado que permiten reparar, editar y cortar archivos STL y la cantidad de ellos es mayor que para cualquier otro formato.
Desventajas de STL
-
Archivos de gran tamaño para impresiones de alta calidad. La precisión y fidelidad de las modernas impresoras 3D son cada vez más precisas. Para superficies impresionantemente lisas de objetos curvos complejos, las cantidades de las facetas necesarias aumentan constantemente. Los tamaños de los archivos STL necesarios para tal precisión serán enormes.
-
Falta de datos almacenados. Si bien la incapacidad de STL para almacenar la información sobre el color y los materiales se ha mencionado anteriormente en este artículo, los otros tipos de datos tampoco se pueden almacenar en formato STL. Los metadatos que cubren la propiedad y los derechos de autor no se pueden incluir, por lo que algunos lo encontrarán como una gran desventaja.
Uso de color en STL
Los archivos STL no pueden funcionar con la impresión de varios colores y materiales. Hay una razón para eso: el formato de archivo es bastante antiguo, apareció por primera vez en la década de 1980, cuando nadie esperaba que la impresión en color fuera posible muy pronto. La evolución de la creación de prototipos, las tecnologías 3D y la impresión ha permitido desde entonces utilizar diferentes materiales y colores.
Pero debemos mencionar que, aunque el STL estándar no puede manejar la impresión multicolor, existen versiones no estándar de este formato de archivo, que permiten que STL almacene datos sobre colores. Hay diferentes formas de hacerlo:
-
Los programas VisCAM y Solidview aplican color 15 pero RGB a la información sobre cada triángulo utilizando bits diferentes para diferentes canales del esquema.
-
El software Material Magic utiliza el encabezado de 80 bytes al principio del archivo para almacenar los datos sobre el color del modelo 3D. Utiliza la cadena «COLOR =» del formato ASCII y cuatro bytes que representan los canales de color y transparencia.
Recursos de archivo
Marketplaces y repositorios
Hay una cantidad casi infinita de recursos donde puede descargar archivos STL de forma gratuita o barata. Solo algunos de ellos:
-
Thingiverse : quizás el recurso más popular para modelos 3D gratuitos.
-
MyMiniFactory : un gran mercado lleno de archivos 3D gratuitos y de pago
-
Free3D : un repositorio con miles de modelos 3D gratuitos y de pago
-
Pinshape : un enorme mercado de miles de modelos y diseños 3D
Software y sitios web para abrir y ver archivos STL
Hay muchas herramientas en línea y software fuera de línea que le permiten ver archivos STL.
-
Visor 3D de Microsoft: un software preinstalado para Windows. Es simple y también puede abrir varios otros formatos: OBJ, FBX, 3MF, PLY.
-
ViewSTL : una sencilla herramienta en línea que le permite ver archivos STL y OBJ arrastrándolos y soltándolos o navegando por sus directorios.
-
GLC-player : una solución multiplataforma gratuita y de código abierto (Windows, Linux y macOS) que le permite abrir archivos OBJ y STL.
Editores STL
El STL es un formato abierto, por lo que está completamente autorizado a editarlo o convertirlo a otro formato. Debido a la popularidad de STL, la cantidad de editores es muy grande, desde programas simples hasta soluciones de edición 3D completas. Éstos son algunos de ellos:
-
Blender : es gratuito y de código abierto, está disponible para Windows, macOS y Linux y probablemente sea la solución más popular entre los programas de edición 3D gratuitos. Cuenta con una funcionalidad impresionante y es un programa elegido por muchos profesionales y aficionados por igual.
-
FreeCAD : otro programa gratuito, de código abierto y multiplataforma. Tiene algunos problemas con las estructuras de interceptación y puede que no sea el software más fácil de usar que existe, pero es un competidor digno si está buscando un editor 3D gratuito y poderoso.
-
SketchUP : una herramienta de edición 3D de pago muy popular (pero hay una versión gratuita disponible).
Software de reparación STL
Este artículo ya ha cubierto varias reglas con respecto a los archivos STL. Esos pueden violarse fácilmente, dando como resultado un archivo corrupto o una impresión rota. Afortunadamente, hay muchos programas en el mercado que ofrecen funciones dedicadas a corregir esos ‘errores’. A esto se le llama «reparación STL». Por lo general, estos programas también pueden editar archivos STL o trabajar como rebanadores, y la funcionalidad de reparación es una ventaja.
-
Netfabb : esta solución de edición y reparación de STL desarrollada por Autodesk es de pago (pero gratuita para los estudiantes), potente y ampliamente adoptada.
-
Meshmixer es otra solución popular. Es gratis, está disponible para Windows y Mac y ofrece una gran funcionalidad. También es bueno para editar archivos STL.
Conclusión
Este artículo cubrió muchos puntos diferentes. Desde la historia del formato de archivo STL y el nacimiento de su concepto principal hasta la forma en que almacena datos, desde las limitaciones de STL hasta varios programas que ayudan a trabajar con estos archivos. Incluso hemos discutido los formatos de archivo alternativos y los recursos para obtener modelos 3D gratuitos.
