Vergleich der Dateiformate im 3D-Druck: STL, ONJ, AMF & 3MF

Dieser Artikel beschreibt die am häufigsten verwendeten Dateiformate im 3D-Druck: STL, beinahe schon ein Industriestandard in der Branche; OBJ, bekannt für seine Fähigkeit Farb- und Texturinformationen zu beinhalten; AMF, das eine verbesserte Geometrie- und Farbabbildung bietet; und 3MF, das mehrere Farben, Materialien und andere komplexe Charakteristika erlaubt.

3D-Druck-Workflow: Welche Dateien & Software werden gebraucht?

Um den 3D-Druck und seine Dateiformate besser zu verstehen, ist es entscheidend zu erfassen, wie der 3D-Druck an sich funktioniert. 3D-Drucker erzeugen Objekte, indem sie sie Schicht für Schicht aufbauen. Dementsprechend ist der nächste wichtige Schritt, nachdem sie das Modell entworfen und in einem spezifischen 3D-Druckdateiformat gespeichert haben, das Slicing bzw. Schneiden der Schichten. Das Slicing ist der Prozess bei dem das „solide“ Volumenmodell in eine Vielzahl dünner horizontaler Schichten geteilt wird. Dieser Schritt ist aber nur dann entscheidend, wenn Sie den 3D-Drucker selbst bedienen.

Die Slicing-Software scannt die Schichten und nutzt die Informationen, um den G-Code zu erzeugen, der eine Ansammlung detaillierter Anweisungen an den 3D-Drucker darstellt und diesem sagt, wie er sich bewegen muss, um das gewünschte Objekt zu erzeugen. Diese G-Code-Datei wird danach an den Drucker zur Ausführung übersendet. Die Slicing-Software die entscheidend für die Druckvorbereitung ist, funktioniert aber nicht mit den Standardformaten für 3D-Dateien wie STEP, IPT oder SLDPRT. Diese Dateiformate müssen zuerst in ein Dateiformat für die additive Fertigung umgewandelt werden.

Manche 3D-Drucker verfügen auch über eine eigene native Slicing-Software, die es dem Nutzer erlaubt, das Modell in der 3D-Druckdatei zu verwenden, ohne eine Software einer dritten Partei zu nutzen. Diese Integration kann den Druckprozess rationalisieren und die Kompatibilität der Modelldateien im Hinblick auf die Möglichkeiten des Druckers verbessern.

Example of a G-code (Source: 3Dpea.com)
Beispiel für einen G-Code (Quelle: 3Dpea.com)

Die in der CAD – Datei enthaltenen Informationen sind entscheidend für einen erfolgreichen 3D-Druck. Das Dateiformat bestimmt dann, welche spezifischen Daten die entsprechend formatierte Datei enthält, die dann wiederum zur Erzeugung des Maschinencodes (wie des G-Codes) verwendet werden. Zu diesen wesentlichen Informationen gehören die Geometrie, die Textur, die Farbe und das Material. Reguläre 3D-CAD-Dateien kodieren diese Daten aber oft nicht spezifisch für den 3D-Druck, wodurch die speziellen 3D-Druckdateiformate erforderlich sind.

Unter verschiedenen 3D-Druckdateiformaten sind die, wie schon gesagt, am häufigsten verwendeten STL, OBJ, AMD und 3MF. Schauen wir uns an, wie sie sich unterscheiden.

Vergleich von STL, OBJ, AMD und 3MF

Dateiformat Erweiterung Anwendungs-bereich Eigenschaften Grenzen Dateigröße
STL .stl Prototypenbau und einfache Teile, z.B. mechanische Grundkomponenten Speichert die Geometrie als Ansammlung von Dreiecken; universell auf den 3D-Druckplattformen unterstützt Keine Unterstützung von Farbe, Textur oder detaillierten Materialeigenschaften Normalerweise 1- 25 MB, kann durch Detailreduzierung auf 100 kB optimiert werden
3MF .3mf Moderne vielseitige Anwendungen, z.B. Konsumgüter mit detaillieten Merkmalen, Objekte aus kombinierten Materialien Kompakt und effizient; unterstützt Eigenschaften wie Farbe, Material und komplexe Geometrien Wachsende Unterstützung, aber noch nicht so universell wie STL; erfordert moderne Software 2 – 30 MB, effiziente Kompression reduziert Dateigröße
AMF .amf Fortschrittliche Anwendungen mit Bedarf für detaillierte Attribute, wie z.B. Prototypen aus mehreren Materialien, komplexe Farbmuster Unterstützt verschiedene Materialien, Farben und Texturen; ideal für feingliedrige Designs Weniger weit bei 3D-Druckern und Software verbreitet, und somit weniger unterstützt; komplexer als STL Normalerweise 10 bis 100 MB, kann bei komplexen Daten noch größer werden
OBJ .obj Detaillierte Modelle die Texturen und Farben erfordern, wie z.B. Charaktermodelle für den Gamingbereich, komplexe architektonische Entwürfe Unterstützt Textur, Farben und Materialeigenschaften; erlaubt eine hoch detaillierte Wiedergabe Kann aufgrund der zusätzlichen Daten groß und komplex sein; erfordert ggf. die Verwaltung mehrerer Dateien und Unterordner (Geometrien, Texturen usw.) ohne Texturen: 5 bis 50 MB; mit Texturen: mehrere hundert MB

*Die Abschätzung der Dateigrößen basiert auf typischen Anwendungsfällen und kann je nach spezifischen Details und der Komplexität stark variieren.

STL Dateien

Das STL – Dateiformat (STereoLithography) ist das am häufigsten im 3D-Druck verwendete Dateiformat. Seine Einfachheit und die universelle Kompatibilität machen es zur ersten Wahl für eine Vielzahl von 3D-CAD-Software- und 3D-Druckanwendungen.

Example of STL file
Beispiel einer STL-Datei (Quelle: all3dp.com)

Ein entscheidendes Merkmal einer STL-Datei ist, dass es die Geometrie anhand von sogenannten Tesselationen speichert. Tesselation ist dabei der Vorgang der Umhüllung (oder Kachelung) einer Oberfläche eines Volumenkörpers mit geometrischen Formen, und zwar so, dass keine Überlappungen dieser Formen entstehen. Bei einer STL-Datei wird die Geometrie eines 3D-Modells über eine Vielzahl von Dreiecken kodiert, die die Oberflächen des Modells bedecken.

Für gewölbte Oberflächen wird dazu eine sehr große Anzahl an beliebig kleinen Dreiecken benötigt, damit die Fläche abgebildet werden kann. Je größer aber die Zahl der Dreiecke wird, die genutzt werden, um die Oberfläche des Modells vollständig abzubilden, umso größer wird auch die Dateigröße.

Ein anderes Unterscheidungsmerkmal ist, dass im STL – Format nur geometrische Daten gespeichert werden. Andere Daten bezüglich des Modells, wie Farbe, Textur oder Material werden ausgelassen. Das stellte so lange kein Problem dar, solange die 3D-Drucker nur in einer Farbe und einem Material aus einmal drucken konnten. Falls Sie nur einen einfachen Prototyp brauchen, kann es immer noch kein Problem sein. Mit den Fortschritten im 3D-Druck, wie dem Mehrfarbendruck und dem Druck mit mehreren Materialien sowie der Nutzung des 3D-Drucks für gebrauchsfertige und voll funktionsfähige Objekte, ist das STL-Format jedoch dennoch langsam auf dem Weg nach draußen.

Pros

  • Kompatibel mit beinahe jeder Hardware und Software aus der Welt des 3D-Drucks
  • Das am weitesten verbreitete und gemeinsam genutzte Dateiformat im 3D-Druck. Millionen von STL-Modellen sind ganz einfach online herunterladbar

Kontras

  • Kann nur geometrische Daten speichern. Farbe, Textur und Materialdaten werden ausgelassen
  • Der Detailgrad ist begrenzt. So sind gewölbte Flächen immer nur angenähert
  • Je größer die Genauigkeit einer Datei sein soll, umso größer muss sie werden
  • Es kann dennoch zu Überlappungen und Löchern in der Überlappung der Dreiecke kommen, da das Dateiformat fehleranfällig ist. Beachten Sie, dass diese Unvollkommenheiten mit STL-Reparaturwerkzeugen erkannt und behoben werden können. Dies ist jedoch zeitaufwändig
  • Maßstab und Einheiten werden nicht angegeben

AMF – Dateien

Das AMF (Additive Manufacturing File) – 3D-Druckdateiformat wird als eine aktualisierte Version des STL-Formats angesehen. Es wurde exklusiv für die additive Fertigung durch die ASTM (American Society of Testing Materials – Amerikanische Gesellschaft für Prüfmaterialien) im Jahr 2013 entwickelt, um die Einschränkungen durch das STL – Format zu beheben.

Wie auch das STL-Format speichert das AMF-Format die geometrischen Daten durch Tesselierung mit Dreiecken. Da die Dreiecke im AMF jedoch gebogen werden können, resultiert dies in einer sehr genauen Datenabbildung. Daraus resultieren außerdem deutlich kleinere Dateigrößen, da eine kleinere Anzahl an Dreiecken erforderlich sind, um die erforderlichen Oberflächen abzubilden.

AMF kann außerdem Farb-, Textur-, Material-, Duplikats-, Ausrichtungs- und Gitternetzdaten sowie weitere Metadaten speichern. Dies macht es eindeutig dem STL-Format überlegen.

A curved triangle patch (Source: Wikipedia)
Ein gebogenes Gitternetz aus Dreiecken (Quelle: Wikipedia)

Pros

  • Kann alle erforderlichen Daten und Metadaten eines Modell speichern
  • Der Maßstab kann in verschiedenen Einheiten angegeben werden
  • Sehr geringe Fehlerwahrscheinlichkeit
  • Geringe Dateigröße

Kontras

  • Nur begrenzte Unterstützung
  • Akzeptanz erfolgt nur langsam
  • Wird nicht von allen 3D-Druckplattformen und -software unterstützt

3MF-Dateien

Nach einer Analyse der Mängel und aufgrund der langsamen Akzeptanz des AMF-Dateiformats haben sich einige der größten Namen im 3D-Druck zusammengefunden, darunter Autodesk, 3D Systems, Stratsys, HP sowie Microsoft, um ein als 3MF-Konsortium bekanntes Gremium zu formen. Dieses Gremium entwickelte das 3MF – 3D-Druckformat, das AMF sehr ähnlich ist, jedoch deutlich umfassender als AMF akzeptiert wird.

Example of 3MF file
Beispiel einer 3MF-Datei (Quelle: ultimaker.com)

Der Einfluss auf die Branche sowie der umfangreiche Kundenstamm des 3MF-Konsortiums und die Funktionalität des 3MF-3D-Druckdateiformates an sich, waren für seine breite Akzeptanz verantwortlich.

3MF verfügt über alle technischen Eigenschaften von AMF. Es verwendet gebogene dreieckige Tesselierung um die Geometrie zu codieren. Es kann ebenfalls Farb-, Textur-, Material- und Ausrichtungsdaten speichern, und ist dabei sehr genau.

Die Daten werden dabei im für Menschen lesbaren XML-Format gespeichert (im Gegensatz zum Binären), was die Entwicklung und Modifizierung vereinfacht. 3MF-Dateien sind in der Regel fehlerfrei und werden als druckfertig angesehen, etwas, das im 3D-Druck sehr geschätzt wird.

Pros

  • Relativ beliebt und mit Dutzenden Softwarelösungen kompatibel
  • Speichert geometrische Daten genau
  • Kann alle relevanten Daten eines Modells speichern
  • Speichert alle Daten, Metadaten und Eigenschaften in einem einzelnen Archiv

Kontras

  • Nicht mit allen Plattformen kompatibel
  • Zu komplex für einfache Anwendungen
  • Wird ggf. ein proprietäres Dateiformat

OBJ – Datei

Das von Wavefront Technologies entwickelte OBJ – Dateiformat stammt eigentlich aus dem Grafikdesign und wird dort als neutrales Austauschdateiformat verwendet. Nach der Entwicklung von mehrfarbigem und Mehrmaterialiendruck wurde das Dateiformat später von der 3D-Druckbranche adoptiert.

Im Hinblick auf die Popularität liegt OBJ allerdings hinter STL. Dennoch kann es im Gegensatz zu STL, das nur geometrische Daten speichert, ebenfalls Farb-, Textur- und Materialdaten speichern. Die Farbdaten werden dafür in einem separaten Begleitformat namens MTL (Material Template) gespeichert. Damit der farbige Druck möglich ist, muss die OBJ-Datei also zusammen mit der entsprechenden MTL geteilt werden.

Eine weitere Eigenschaft des OBJ – Formats ist es, dass es möglich ist, die Art und Weise der Kodierung des Modells selbst zu wählen. Die Tesselierung kann hier anhand verschiedener Formen wie Polygonen bzw. Vielecken erfolgen, und nicht nur über Dreiecke. Man kann zudem auch fortschrittlichere und genauere Methoden wie Freiformkurven und -oberflächen verwenden. Das ermöglicht es dem OBJ-Format, die Modelle mit deutlich höherer Genauigkeit zu speichern.

Pros

  • Speichert Geometrie, Farbe, Textur und Materialdaten genau
  • Quelloffenes, neutrales Standarddateiformat, das von den Softwarelösungen weitgehend unterstützt wird

Kontras

  • Enthält eine große Menge komplexer Daten Macht das Teilen und Bearbeiten zeitaufwändig
  • Farb- und Texturedaten werden in separaten Dateien gespeichert

STEP – Dateien

STEP (STP) – Dateien sind ein Standardformat, das im CAD und Ingenieurwesen eingesetzt wird. In ihnen werden detaillierte 3D-Modelle mit präziser Geometrie gespeichert und sie sind ideal für komplexe technische Entwürfe und Baugruppen. 

Kann man STP im 3D-Druck verwenden?

Ja, aber mit einigen Einschränkungen. Sie können mit diesen Dateien zum Beispiel ein Angebot anfragen (wie es z.B. mit der Xometry Instant Quoting Engine ® möglich ist), sie kann dann aber nicht direkt für den 3D-Druck verwendet werden und muss in ein natives 3D-Druckformat umgewandelt werden. Diese Umwandlung kann aber mit verschiedenen CAD-Softwaretools wie SolidWorks oder einem Online-Konvertierungsdienst erfolgen.

Können STL – Dateien in STP umgewandelt werden?

Die Umwandlung von STL in STP ist herausfordernd, da die STL – Datei nur die Oberflächengeometrie beinhaltet, und Daten zu Parametern wie im STP fehlen. Der umgekehrte Vorgang hingegen, von STP in STL, ist durchaus mit CAD-Software realisierbar, wobei es jedoch zum Verlust gewisser Details und Komplexität kommen kann.

Example of a STEP file (Source: Visao)
Beispiel einer STEP – Datei (Quelle: Visao)

Die Größe von 3D-Druckdaten ändern

  • Skalierwerkzeug: Importieren Sie das Modell in eine CAD-Oberfläche einer 3D-Modellierungssoftware (wie z.B. Blender, Tinkercad oder Fusion 360) und verwenden Sie das Skalierungswerkzeug um die Größe proportional anzupassen.
  • Auflösung der Datei ändern: Verwenden Sie „Reduzieren“ oder „Vereinfachen“ aus den Funktionen von Meshmixer oder vergleichbaren Werkzeugen, um den Detailgrad zu verringern, während die Geometrie beibehalten wird (indem die Zahl der Dreiecke in einer STL-Datei verringert wird).
  • Datei komprimieren: Konvertieren Sie das Modell in ein Format wie 3MF mit einer eingebauten Kompression. Dies reduziert die Dateigröße, ohne die Abmessungen zu ändern.

Bei einer Größenänderung in einer 3D-Druckdatei ist es wichtig, die Proportionen eines Modells zu bewahren, um Verzerrungen zu vermeiden. Prüfen Sie immer, ob das skalierte Modell noch in das Bauvolumen Ihres 3D-Druckers passt und Ihren Designanforderungen entspricht. Für funktionale Teile sollten Sie sicherstellen, dass die Größenänderung nicht ihre Möglichkeit beeinflusst zusammenzupassen oder korrekt zu funktionieren. Darüber hinaus sollten Sie auf den Detailgrad und die Auflösung des Modells achten, wenn Sie die Dateigröße verringern, damit wichtige Elemente und die generelle Qualität nicht darunter leiden.

3D model in SOLIDWORKS with the Xometry add-in to get instant quotes
3D-Modell in SOLIDWORKS mit dem Xometry Add-In für Sofortangebote

Laden Sie Ihre 3D-Dateien hoch und erhalten Sie ein Angebot

Abschließend empfehlen wir Ihnen das STL – Format für einfache Geometrien und einfarbige Prototypen. Wollen Sie hingegen einfache Teile farbig bedrucken, dann ist das OBJ – Format die bessere Option (selbst wenn die Textur- und Farbdaten in einer separaten Datei gespeichert werden). Die 3MF und AMF 3D-Druckdateiformate hingegen stellen die technische am fortgeschrittensten Dateitypen dar, und können jede Art von Information über das Modell speichern. Sie eignen sich großartig für komplexe mehrteilige, mehrfarbige Objekte die ggf. mit mehreren Materialien gedruckt werden. Sie zeichnen sich zudem dadurch aus, dass alle Daten und Metadaten in kompakten komprimierten Dateien gespeichert werden. Verfügen Sie also über eine kompatible, erforderliche Software, dann können Sie sich gern für AMF entscheiden. Wohingegen 3MF die sicherere Wahl ist, da es populärer und sehr viel wahrscheinlicher mit der entsprechenden Drucksoftware kompatibel ist.

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