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2.2 3D打印文件(三维模型数据文件)知识

无论多么先进的3D打印机,都必须有合适的三维模型数据文件进行打印,3D打印机使用的三维数据文件,现阶段基本都是STL格式的文件。

STL(Stereo Lithography)文件格式由3D Systems公司的创始人Charles W. Hull于1988年发明,当时主要针对SLA工艺,现已成为全世界CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准,是3D打印机支持的最常见的3D文件格式。将3D模型保存为STL文件后,物体的表面轮廓形状会被转换成三角形面片网格。每个三角形描述了它的空间位置(X,Y,Z坐标及法向量),如图2-2所示。

图2-2 三角形面片网格

STL文件格式具有简单清晰、易于理解、易于生成及分割、算法简单等特点,另外输出精度也能够很方便地控制。

STL文件有两种:一种是ASCII文本格式,特点是可读性好,可直接阅读;另一种是二进制格式,特点是占用磁盘空间小,为ASCII文本格式的1/6左右,但可读性差。但无论是ASCII文本格式,还是二进制格式,STL文件格式都非常简单,一目了然。

国内外已有很多研究人员针对STL模型数据处理做了大量卓有成效的研究工作,这些工作主要集中在:

1)STL文件的错误检测与修复。

2)STL文件模型的拓扑重建。

3)STL文件模型的分割。

4)STL模型的分层处理(等层厚及变层厚)。

5)基于STL文件的三维模型分层方向优化。

6)基于STL文件的支撑生成与优化。

7)基于STL文件的层片扫描路径的生成及优化。

STL文件也存在一定的缺陷。STL文件格式还是显得有点过于简单,只能描述三维物体的表面几何信息,不支持描述表面上的特征,如颜色、材质等信息。因此,2011年7月,美国材料与实验学会(ASTM)发布了一种全新的3D打印文件格式AMF(Additive Manufacturing File)格式。

相比STL格式,AMF文件格式可处理不同类型的材料、颜色、曲面三角形及内部中空结构,是3D打印最主要的优势之一。AMF采用曲面三角形,能够更精准地描述曲面。除计算机处理之外,操作人员也能看懂,可通过增加标签轻松扩展。新标准不仅可以记录单一材质,还可对不同部位指定不同材质,能分级改变两种材料的比例进行造型。造型物内部的结构用数字公式记录。能够指定在造型物表面打印图像,还可指定在3D打印时最为高效的方向。

另外,还能记录作者的名字、模型的名称等原始数据。新格式的数据量比用二进制表现的STL要大,但小于用ASCII表现的STL。新标准还打算加入数据加密和数字水印的定义、与组装指示联动、加工顺序、3D纹理、与STL不同的形状表达等信息。此外,有的3D打印机支持OBJ、AMF等格式文件,但目前还是以STL文件格式为主。 2/qCbCIUSCjs4F7mrcw6ER054yl4mirOHryTnKvX+RcTh7OvsNVsDoC31f64bLuv

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