TL;DR: Werden CAD-Geometrien mit der richtigen STL-Auflösung exportiert, erhalten Sie 3D-Druckteile mit höchster Maßgenauigkeit und Oberflächengüte, ohne den Slicing-Prozess zu verlangsamen.

Wir empfehlen, STL-Dateien mit folgenden Parametern zu exportieren:

• - Im binären STL-Format (kleinere Dateigröße als ASCII)
• - Sehnentoleranz/Sehnenabweichung von 0,1 mm [0,004 in]
• - Winkeltoleranz/Winkelabweichung von einem Grad
• - [Optional] Minimale Seitenlänge des Dreiecks auf 0,1 mm [0,004 in] festlegen

Wenn die resultierende Dateigröße mehr als 20 MB beträgt, empfehlen wir dringend, die Dateigröße zu reduzieren, indem Sie die Werte der Sehnen- und Winkeltoleranz erhöhen, bis die STL-Dateigröße weniger als 20 MB beträgt, da die Dateigröße die Berechnungen zur Vorbereitung der STL-Datei für den 3D-Druck erheblich verlangsamen kann. Wenn Ihr Modell mit diesen Einstellungen immer noch zu viele flache Stellen hat, können Sie versuchen, die Werte für die Sehnen- und Winkeltoleranz zu verringern, wobei Sie unbedingt darauf achten müssen, dass die Dateigröße unter 20 MB liegt.

Was ist eine STL-Datei?

Der Dateityp SDL wurde ursprünglich in den späten 1980er Jahren für den stereolithografischen 3D-Druck entwickelt (STL leitet sich von StereoLithography ab). Dieses Format ist tatsächlich der 3D-Druck-Industriestandard für den Import von 3D-Modelldateien in ein Slicing-Programm wie die Eiger-Software von Markforged, um den eigentlichen 3D-Druck des Modells vorzubereiten. Wenn Sie schon einmal einen 3D-Drucker benutzt oder etwas für den 3D-Druck entworfen haben, sind Sie mit ziemlicher Sicherheit schon einmal auf eine STL-Datei gestoßen. Aber wussten Sie, dass nicht alle STLs gleich sind? Es ist tatsächlich möglich, ein 3D-Modell zu entwerfen, das Ihre funktionalen Anforderungen erfüllt, und dann aus diesem Modell eine STL-Datei zu generieren, die Teile produziert, die nicht den Spezifikationen entsprechen.

STL-Dateien beschreiben eine Reihe von Dreiecken, die (üblicherweise) ein Netz bilden, das die Oberflächen eines 3D-Modells näherungsweise darstellt. Genauer gesagt enthält eine STL-Datei eine Liste dreidimensionaler Koordinaten, die gemeinsam mit einem Normalenvektor in Dreiergruppen geordnet sind. Jede dieser Gruppen mit drei Koordinaten bildet die Scheitelpunkte (Eckpunkte) eines Dreiecks, wobei der Vektor normal oder senkrecht zur Ebene steht, die durch die drei Punkte des Dreiecks beschrieben wird.

In einer ASCII (textbasierten) STL-Datei wird jedes Dreieck im folgenden Format dargestellt, wobei der Normalenvektor n durch (n_i n_j n_k) dargestellt wird und jeder Scheitelpunkt v (v_x v_y v_z) dreidimensionale Koordinaten hat:

Facette normal ni nj nk

äußere Schleife

Scheitelpunkt v1x v1y v1z

Scheitelpunkt v2x v2y v2z

Scheitelpunkt v3x v3y v3z

Endschleife

Endfacette

Alle Dreiecke (in der Regel handelt es sich um Millionen von Dreiecken) bilden zusammen ein Netz, das eine dreidimensionale Geometrie beschreibt und dann in eine Slicing-Software wie die Softwareplattform Eiger von Markforged importiert werden kann, um den 3D-Druck vorzubereiten.

Bitte beachten Sie, dass STL-Dateien, die für den 3D-Druck bestimmt sind, ein gut geformtes Netz oder Netze enthalten, die die zu erstellende Geometrie vollständig umschließen. Jede Dreieckskante ist genau mit zwei Flächen verbunden (dies wird manchmal auch als manifold STL, oder eine lückenlose STL bezeichnet.

Jedoch ist eine STL-Datei lediglich eine Liste mit Koordinaten und Vektoren, und es gibt keine Erfordernis für eine manifold-Bedingung in der STL-Dateispezifikation. STL-Dateien, insbesondere solche, die direkt von 3D-Scannern erstellt wurden, enthalten häufig unvollständige Oberflächen oder Geometrien, die nicht „manifold“ sind, , die sich nur schwer oder überhaupt nicht korrekt in 3D drucken lassen und zu Fehlern beim Slicing führen können.

Es ist normalerweise am besten, Ihre STL-Dateien aus einer gängigen CAD-Software mit bewährten STL-Exportfunktionen zu exportieren. Es fallen so gut wie alle modernen kommerziellen CAD-Programme und die bekannteren Open-Source-Programme oder Pakete für Hobbyisten in diese Kategorie. Ein kurze Onlinesuche nach Ihrer CAD-Software und den „STL-Exportoptionen“ helfen Ihnen in der Regel weiter.

STL-3D-Druck: Warum ist die STL-Datei wichtig?

Im vorherigen Abschnitt haben Sie vermutlich mehr über Geometrie erfahren, als Sie wissen müssen. Was jedoch wichtig ist, ist das Netz, das durch all diese Dreiecke entsteht. Da es sich bei einem Dreieck um eine flache 2D-Form handelt, kann die Erfassung von Dreiecken in einer STL-Datei nur ein 3D-Modell perfekt nachbilden, das aus flachen Oberflächen besteht, beispielsweise ein Würfel, ein Polygon oder eine beliebige Geometrie ohne gekrümmte Oberflächen. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Dreiecke im Netz kleiner als das kleinste Merkmal im Modell sein können. Ich komme später auf diese Annahme zurück, wenn es um die STL-Exporteinstellungen in CAD geht.

Viele technische Teile besitzen jedoch gekrümmte Oberflächen wie Löcher, Ausrundungen, Radien, Drehungen oder komplexere Kurven und organische Geometrien sein. Diese gekrümmten (nicht ebenen) Eigenschaften und Oberflächen werden durch ein Netz aus Dreiecken nachgebildet und können daher nur durch eine STL-Datei mit unterschiedlichen Ebenen der Genauigkeit anhand der STL-Exporteinstellungen approximiert werden.

Muss ich meine STL-Dateien aktualisieren?

Wenn Sie mit der Qualität Ihrer 3D-Drucke und der Verarbeitungsgeschwindigkeit dieser STL-Dateien in Eiger zufrieden sind, dann herzlichen Glückwunsch. Ändern Sie nichts, was gut funktioniert! Wenn Sie jedoch Probleme haben, gibt es zwei wichtige Punkte, bei denen dieser Leitfaden Ihnen helfen kann. Diese Probleme gibt es bei STL-Dateien, die mit zu niedrigen oder zu hohen Exportauflösung erstellt wurden. Die charakteristischen Merkmale von STL-Dateien mit niedriger Auflösung sind 3D-Drucke mit flachen Stellen in Bereichen, die eigentlich sanft gebogene Flächen haben sollten. Mit STL-Dateien mit einer übermäßig hohen Auflösung können Sie 3D-Druckteile mit einem tollen Aussehen produzieren, die großen Dateigrößen führen jedoch zu langen Slicing-Zeiten in der Software Eiger von Markforged. In extremen Fällen kann sogar die Benutzeroberfläche beim Anpassen der Teileansicht Verzögerungen aufweisen.

Einer der Gründe, warum das STL-Format so häufig verwendet wird, ist seine Schlichtheit. Zahlreiche Konstruktions- und Design-Softwares können STL-Dateien auf einfache Weise unterstützen, bearbeiten und aus anderen 3D-Modellformaten erzeugen, die dann auf fast jedem 3D-Drucker gedruckt werden können. Leider ist die Tatsache, dass STL-Dateien so schlicht sind, auch ein schwerwiegender Nachteil. Sie enthalten keine Informationen über das Einheitensystem (Millimeter, Zoll, Fuß usw.), in dem sie entworfen wurden, und es ist eigentlich nicht möglich, festzustellen, wie die Auflösung einer STL-Datei selbst ist und wie genau sie das ursprüngliche Modell darstellt, aus dem sie erstellt wurde.

Das häufigste Problem für Anwender sind zu grobe STL-Dateien, die ohne ausreichende Auflösung erstellt wurden. Dies kann man vor allem an flachen Stellen und facettierten Bereichen von Teilen erkennen, die mit glatten Kurven entworfen wurden, wie in der folgenden Abbildung einer Düse.

Sie können diese Eigenschaften der niedrigen Auflösung leicht mit den integrierten Tools der Softwareplattform Eiger von Markforged erkennen. Wenn Sie Ihren Mauszeiger über das Teilmodell in der Software bewegen, hebt Eiger die Fläche unter Ihrem Cursor sowie alle Flächen, die parallel dazu (und innerhalb einer kleinen Winkeltoleranz zur Parallele) verlaufen, blau hervor. Wenn Sie Flächen mit der Maus markieren und deutliche Facetten und flache Stellen in Ihrem Modell erkennen können, müssen Sie wahrscheinlich die Auflösung Ihrer STL-Datei erhöhen. Wenn die hervorgehobenen Flächen „unscharf“ aussehen und einen relativ gleichmäßigen Farbverlauf haben, ist die STL-Auflösung für den 3D-Druck wahrscheinlich ausreichend.

Jedoch können STL-Dateien mit zu hoher Auflösung zu groß für Eiger sein und Slicing-Verfahren verlangsamen. Es gibt keine wirklichen Grenzen (abgesehen vielleicht von dem verfügbaren Speicherplatz auf Ihrem Computer), wie hoch die Auflösung einer STL-Datei sein kann. Es ist durchaus möglich, ein dreieckiges Netz zu erstellen, das Seitenlängen in der Größenordnung von Nanometern oder weniger besitzt (zum Vergleich: ein menschliches Haar besitzt einen Durchmesser von etwa 75.000 Nanometer) Dies ist jedoch eine viel zu hohe Auflösung, die weder erforderlich ist, noch von Ihrem 3D-Drucker verwendet werden kann. Eine STL-Datei mit zu hoher Auflösung verlangsamt lediglich Ihren Arbeitsablauf und verschwendet Ihre Zeit.

Trotz dieser Einschränkungen ist es einfach, ausgezeichnete 3D-Druckteile zu drucken, wenn Sie die STL-Datei mit bewährten Verfahren erstellen. Die Einstellungen, die Sie in Ihrer CAD-Software beim Erstellen und Exportieren einer STL-Datei wählen, können die Qualität, die Genauigkeit der Dimensionen und die Oberflächengüte Ihres 3D-Drucks erheblich beeinflussen. Deshalb ist es wichtig, diese Parameter zu verstehen.

Definieren der STL-Parameter

Wenn Sie eine STL-Datei aus Ihrer CAD-Software exportieren, gibt es einige Parameter, die die Dichte des Dreiecksnetzes steuern, das wiederum die Geometrie des Teils definiert. Stellen Sie sich die Wechselwirkung zwischen dem Exportprozess und diesen Parametern so vor, dass Ihre CAD-Software versucht, die STL-Datei in einer kleinen Größe zu optimieren. Deshalb versucht sie, das gröbste Netz mit der geringsten Auflösung zu erstellen, aber einer oder mehrere der von Ihnen angegebenen Exportparameter können es erforderlich machen, dass die Software ein Netz mit höherer Auflösung für verschiedene Funktionen und Geometrien verwendet. Stellen Sie sich deshalb als gedankliche Hilfe vor, dass diese Exportparameter den Exportprozess dazu „zwingen“, ein feineres Netz mit einer höheren Auflösung zu generieren.

In der Regel bieten die meisten modernen CAD-Programme Anwendern die Möglichkeit, mindestens zwei Exportparameter zu kontrollieren: einen mit linearen Abmessungen, der als Sehnentoleranz (oder Sehnenabweichung) bezeichnet wird, und einen mit den Winkeldimensionen, der Winkeltoleranz (oder Winkelabweichung) heißt. Die generierte STL muss alle Bedingungen erfüllen, die in den von Ihnen gewählten Exporteinstellungen festgelegt sind. Abhängig von der Geometrie einer bestimmten Eigenschaft Ihres 3D-Modells ist eine dieser Einstellungen in der Regel beschränkender (d. h., sie erfordert ein Netz mit höherer Auflösung) als die andere. Sie ist der dominierende oder begrenzende Parameter für diese Eigenschaft. Dieser beschränkende Parameter variiert infolge unterschiedlicher Merkmale normalerweise über die gesamte Geometrie. Wir werden zunächst diese Parameter und ihre Auswirkungen auf die Erstellung von STL-Dateien analysieren und dann aufschlüsseln, wie diese Einstellungen in den wichtigsten CAD-Softwarepaketen konfiguriert werden können.

Sehnentoleranz/Sehnenabweichung

Die Sehnentoleranz (oder Sehnenabweichung) steuert die allgemeine Genauigkeit der Abmessungen der STL-Datei im Vergleich zum entworfenen 3D-Modell. Wie unten abgebildet wird die Sehnentoleranz in der Regel als maximale normale (senkrechte) lineare Abweichung von der Oberfläche des entworfenen 3D-Modells und der nächstgelegenen dreieckigen Fläche der entstandenen STL-Datei angegeben.

Stellen Sie sich die Sehnentoleranz als die Kontrolle des maximal zulässigen Fehlers zwischen der erstellten STL-Datei und dem Entwurfsmodell über die gesamte Geometrie des Teils vor. Da die STL-Exportfunktion in Ihrer CAD-Software ein dreieckiges Netz um die Geometrie Ihres 3D-Modells herum aufbaut, kann sie keine Dreiecke erstellen, deren maximaler Abstand zum 3D-Modell die von Ihnen angegebene Sehnentoleranz überschreiten würde. Wenn man nun annimmt, dass die Sehnentoleranz der begrenzende Faktor für die Auflösung der STL-Datei ist, führt ein kleinerer Wert für die Sehnentoleranz zu einer höher aufgelösten STL-Datei mit mehr Dreiecken und einer größeren Dateigröße.

Winkeltoleranz/Winkelabweichung/Normalabweichung

Die Einstellung der Winkeltoleranz (manchmal auch als Winkelabweichung oder Normalabweichung bezeichnet) steuert den maximalen Winkel, der zwischen den Vektoren zweier benachbarter Dreiecke im Netz zulässig ist. Stellen Sie sich dies als den Parameter vor, der das Netz mit einer höheren Auflösung „verfeinert“ als es die Sehnentoleranz sonst erlauben würde. Ein gutes Beispiel für den Einfluss der Winkeltoleranz sind kleine gekrümmte Flächen, wie z. B. Ausrundungen, deren Radien ähnlich groß sind wie die Sehnentoleranz. Wie unten abgebildet könnten ohne die Einstellung der Winkeltoleranz diese kleinen Ausrundungen sehr sichtbare flache Stellen aufweisen oder im Extremfall zu einer Fase werden, wenn der Radius der Ausrundung gleich der Sehnentoleranz ist.

Wenn der Wert für die Winkelabweichung (gemessen in Grad) klein genug eingestellt wird, damit er der dominierende Parameter ist, zwingt er den Erstellungsprozess der STL-Datei dazu, mehr Dreiecke in den Bereichen des Teils mit schärferen Krümmungen hinzuzufügen, bei denen es sich häufig um Eigenschaften mit kleinen Radien handelt. Dies wiederum verbessert die Glätte dieser Eigenschaften in dem 3D-Druckteil. Sie wird besser als es die Sehnentoleranz allein möglich macht.

Beachten Sie, dass die Winkelabweichung in der Regel in Grad gemessen wird (wobei ein niedrigerer Wert zu einem Modell mit höherer Auflösung führt). In einigen CAD-Softwares ist die Winkelabweichung als dimensionsloser Parameter zur „Winkelsteuerung“ definiert, der im Wert von 0 bis 1 variiert, wobei größere Werte eine höhere STL-Auflösung um gekrümmte Oberflächen erzielen. Im folgenden Abschnitt werden die STL-Einstellungen für die wichtigsten CAD-Softwarepakete erklärt. Weitere Informationen erhalten Sie auch über den technischen Support oder die Wissensdatenbank Ihres CAD-Softwareherstellers.

Zusätzliche Exporteinstellungen: Einige CAD-Programme bieten neben den beiden Haupteinstellungen Sehnen- und Winkeltoleranz zusätzliche Einstellungen mit Optionen wie die minimale oder maximale Länge der Dreiecksfacette. Im Allgemeinen werden diese Einstellungen zur Korrektur von STL-Exportproblemen in Grenzfällen verwendet. Es wird empfohlen, die Standardwerte dieser Einstellungen nicht zu verändern, es sei denn, es liegt ein bestimmter Grund für eine Änderung vor.

Netzqualität vs. Dateigröße: Unsere Empfehlungen

Da ein STL-Netz mit einer höheren Auflösung ein glatteres, genaueres Modell erstellt, wäre es naheliegend, die Auflösungseinstellungen in Ihrem CAD-Programm einfach auf die maximal mögliche Auflösung hochzufahren und es damit bewenden zu lassen. Die Erhöhung der Auflösung des STL-Exports führt jedoch auch zu einer Vergrößerung der STL-Datei, was in der Regel auch zu längeren Verarbeitungszeiten der Software führt, sowohl bei der Erstellung der STL-Datei, dem Hochladen in Eiger als auch beim Slicing der STL-Datei und der Vorbereitung für den 3D-Druck. Ab einem bestimmten Punkt kann die Auflösung der STL-Datei die Präzision Ihres 3D-Druckers bei weitem übersteigen. Dies bedeutet, dass der zeitliche Aufwand für die STL-Auflösung in keinem Verhältnis zur Qualität ihrer gedruckten Teile steht.

Wir empfehlen daher, die Einstellungen für den STL-Export so zu wählen, dass ein Gleichgewicht zwischen einer hohen Auflösung für eine Qualität, die Ihren funktionalen Anforderungen entspricht, und einer Dateigröße, die schnell in Eiger verarbeitet werden kann, besteht. Erfahrungsgemäß sind die folgenden Einstellungen ein guter Ausgangspunkt:

• - Im binären STL-Format (kleinere Dateigröße als bei ASCII)
• - Sehnentoleranz/Sehnenabweichung von 0,1 mm [0,004 in]
• - Winkeltoleranz/Winkelabweichung von einem Grad
• - Mindestseitenlänge 0,1 mm [0,004 in]

Wenn die resultierende Dateigröße deutlich mehr als 20 MB beträgt, empfehlen wir dringend, die Dateigröße zu reduzieren, indem Sie die Werte der Sehnen- und/oder Winkeltoleranz erhöhen, bis die STL-Dateigröße weniger als 20 MB beträgt, da die Dateigröße die Verarbeitungsschritte zur Vorbereitung der STL-Datei für den 3D-Druck erheblich verlangsamen kann. Sie sollten jedoch selbst mit verschiedenen Dateigrößen experimentieren, da Ihre Toleranz für unterschiedliche STL-Auflösungen und Software-Verarbeitungszeiten eine persönliche Präferenz ist.

STL-Exporteinstellungen verschiedener CAD-Softwares

Wir haben versucht, eine repräsentative Auswahl der wichtigsten CAD-Softwarepakete zusammenzustellen, es war jedoch nicht immer einfach, Screenshots online zu finden. Wenn Sie ein Vertreter eines CAD-Anbieters sind, den wir nicht aufgeführt haben, und Sie gerne in diese Liste aufgenommen werden möchten, oder wenn Sie der Meinung sind, dass wir die Konfiguration dieser Parameter nicht korrekt dargestellt haben, schicken Sie uns eine Nachricht über unsere Kontaktseite. Wir werden dies korrigieren!

Creo (PTC)

Beachten Sie bei Creo, dass der unten beschrieben Parameter „Winkelkontrolle“ nicht die maximale Winkelabweichung in Grad einstellt, sondern dass es sich um ein Maß ohne Einheit für die Verfeinerung der Winkelabweichung über den Radius hinaus handelt, der durch den Parameter „Sehnenhöhe“ (Sehnentoleranz) erzeugt würde. Der Parameter „Winkelkontrolle“ kann von 0,0 bis 1,0 reichen. Hier erfahren Sie mehr über den Parameter „Winkelkontrolle“. Als Ausgangspunkt empfehlen wir die folgenden Einstellungen:

• - STL-Format Binär
• - Sehnenhöhe: 0,1 mm [0,004 in] (Hinweis: dies ist die Sehnentoleranz)
• - Winkelkontrolle: 0,25
• Lassen Sie die „Maximale Kantenlänge“ und das „Seitenverhältnis“ auf ihren Standardwerten

Fusion 360 (Autodesk)

Fusion 360. Als Ausgangspunkt empfehlen wir die folgenden Einstellungen:

• - STL-Format Binär
• - Oberflächenabweichung: 0,1 mm [0,004 in] (Hinweis: dies ist die Sehnentoleranz)
• - Normalabweichung: 1 Grad (Hinweis: dies ist die Winkelabweichung)
• Lassen Sie die „Maximale Kantenlänge“ und das „Seitenverhältnis“ auf ihren Standardwerten

NX (Siemens)

Als Ausgangspunkt empfehlen wir die folgenden Einstellungen:

• - Ausgabedateityp: Binär
• - Sehnentoleranz: 0,1 mm [0,004 in] (Hinweis: Einheiten werden hier durch Ihre Dokumenteinheiten festgelegt)
• - Winkeltoleranz: 1 Grad

Onshape (PTC)

Als Ausgangspunkt empfehlen wir die folgenden Einstellungen:

• - STL-Format: Binär
• - Winkelabweichung: 1 Grad
• - Sehnentoleranz: 0,1 mm [0,004 in]
• - Minimale Facettenbreite: 0,1 mm [0,004 in]

SOLIDWORKS (Dassault Systèmes)

Als Ausgangspunkt empfehlen wir die folgenden Einstellungen:

• - STL-Format: Binär
• - Auflösung: Benutzerdefiniert
• - Abweichung: 0,1 mm [0,004 in] (Hinweis: dieser Parameter ist die Sehnentoleranz/Sehnenabweichung)
• - Winkel: 1 Grad
• - Aktivieren Sie „Maximale Facettengröße definieren“ nicht