En síntesis: Exportar una geometría CAD con la resolución STL adecuada dará lugar a piezas impresas en 3D con la máxima precisión dimensional y acabado de superficie, sin ralentizar el proceso de laminación.

Nuestra recomendación es empezar exportando los STL con los siguientes parámetros:

• - En formato STL binario (menor tamaño de archivo que ASCII)
• -Tolerancia/desviación cordal de 0,1 mm
• -Tolerancia/desviación angular de 1 grado
• - [Opcional] Longitud mínima del lado del triángulo establecida en 0,1 mm

Si el archivo resultante supera los 20 MB, recomendamos reducir el tamaño del archivo aumentando los valores de la tolerancia cordal y angular hasta que el archivo STL tenga menos de 20 MB, ya que si es demasiado grande puede ralentizar mucho los cálculos al preparar el STL para la impresión 3D. Si su modelo sigue conteniendo partes planas excesivas con estos ajustes, pruebe a disminuir los valores de la tolerancia cordal y angular, con la recomendación de que el archivo no ocupe más de 20 MB.

Qué es un archivo STL

Como tipo de archivo original creado para la impresión 3D estereolitográfica a finales de los años ochenta (STL viene de STereoLithography), el formato de archivo STL es el estándar de facto en el sector de la impresión 3D para importar archivos de modelos 3D en un programa de laminación como el software Eiger de Markforged, en el que se prepara la impresión 3D real del modelo. Si alguna vez ha utilizado una impresora 3D o ha diseñado algo para imprimirlo en 3D, es casi seguro que se habrá encontrado con un archivo STL, pero ¿sabía que no todos los STL son iguales? De hecho, es posible diseñar un modelo 3D que cumpla los requisitos funcionales y, a continuación, generar un archivo STL a partir de ese modelo que produzca piezas sin las especificaciones adecuadas.

Estos archivos describen el conjunto de triángulos que (normalmente) conforman una malla que aproxima las superficies continuas de un modelo 3D. Para ser más precisos, un archivo STL contiene una lista de coordenadas tridimensionales, agrupadas en conjuntos de tres, junto con un vector normal: cada uno de estos conjuntos de tres coordenadas constituye los vértices (puntos de las esquinas) de un triángulo y el vector es normal, o perpendicular, al plano que describen los tres puntos del triángulo.

En un archivo STL ASCII (basado en texto), cada triángulo se representa en el siguiente formato, donde el vector normal n se representa mediante (n_i n_j n_k) y cada vértice v tiene coordenadas tridimensionales (v_x v_y v_z):

facet normal ni nj nk

outer loop

vertex v1x v1y v1z

vertex v2x v2y v2z

vertex v3x v3y v3z

endloop

endfacet

Juntos, todos los triángulos —es habitual que haya millones— forman una malla que puede describir la geometría tridimensional y que se puede importar en un software de laminación (por ejemplo, la plataforma de software Eiger de Markforged) como preparación para la impresión en 3D.

Es importante tener en cuenta que los STL destinados a la impresión 3D deben contener una malla o mallas bien formadas que encierren completamente la geometría que se desea crear, con cada borde triangular conectado exactamente a dos caras (lo que se conoce a veces como STL manifold, o sin huecos).

Sin embargo, un archivo STL es simplemente una lista de coordenadas y vectores y no hay ningún requisito en la especificación del archivo STL para tal condición manifold. Los archivos STL, especialmente los creados directamente a partir de escáneres 3D, a menudo pueden contener geometría no manifold o superficies incompletas que pueden ser difíciles o imposibles de imprimir en 3D correctamente, y pueden causar errores durante la laminación.

En general, lo mejor es exportar los STL desde un software CAD convencional con buenas funciones de exportación STL: prácticamente todos los programas CAD comerciales modernos de ingeniería y los paquetes de código abierto o para aficionados más conocidos entran en esta categoría. Una simple búsqueda en Internet de su software CAD y de «opciones de exportación STL» seguramente le orientará en la dirección correcta.

Impresión 3D de STL: por qué es importante

La sección anterior analizaba la geometría con un poco más de detalle de lo que probablemente le interesa; en cualquier caso, lo importante aquí es la malla que crean todos estos triángulos. Dado que un triángulo es una forma plana 2D, la colección de triángulos de un archivo STL solo puede replicar perfectamente un modelo 3D que solo se componga de superficies planas, como un cubo, un polígono, o cualquier geometría sin superficies curvas, suponiendo que los triángulos de la malla puedan ser de menor tamaño que la morfología más pequeña del modelo. Abordaremos este supuesto más adelante, cuando hablemos de la configuración de exportación STL en CAD.

Sin embargo, muchas piezas de ingeniería tienen al menos algunas superficies curvas, ya sean agujeros, filetes, radios, perfiles de revolución o curvas y geometrías orgánicas más complejas. Estas morfologías y superficies curvas (no planas) se replicarán mediante una malla de triángulos, por lo que solo pueden aproximarse mediante un archivo STL con distintos niveles de precisión, en función de la configuración de exportación STL.

¿Tengo que actualizar mis archivos STL?

Si está satisfecho con la calidad de las impresiones 3D y con la velocidad a la que se procesan los archivos STL en Eiger, enhorabuena: ¡no hay necesidad de cambiar algo que funciona bien! Sin embargo, si tiene problemas, hay dos situaciones en las que este artículo puede ayudarle, que se deben a haber generado los archivos STL con ajustes de resolución de exportación demasiado bajos o demasiado altos. Las características definitorias de los STL de baja resolución son impresiones 3D con partes planas en zonas que deberían tener caras ligeramente curvadas. Con archivos STL que tengan una resolución excesivamente alta se producirán piezas impresas en 3D con un aspecto excelente, pero el gran tamaño de los archivos provocará largos tiempos de laminación en el software Eiger de Markforged, y puede que la interfaz de usuario se ralentice al ajustar la vista de la pieza en los casos más extremos.

Una de las razones por las que el formato STL está tan extendido es su sencillez. Esto ha facilitado que una amplia gama de programas de ingeniería y diseño admita, edite y genere archivos STL a partir de otros formatos de modelos 3D, que luego pueden imprimirse en casi todas las impresoras 3D del mercado. Lamentablemente, uno de los principales inconvenientes de los archivos STL es también su simplicidad: no contienen ninguna información sobre el sistema de unidades (milímetros, pulgadas, pies, etc.) en el que se diseñaron y no es posible determinar la resolución de un archivo STL por sí mismo ni con qué precisión representa el modelo original a partir del que se creó.

El problema más común con el que se encuentran nuestros usuarios son los archivos STL generados sin suficiente resolución. El indicador más destacado de esto son las partes planas y las zonas facetadas de piezas que se diseñaron con curvas suaves, como en la siguiente imagen de una boquilla.

Esta baja resolución también se puede identificar fácilmente utilizando herramientas integradas en la plataforma de software Eiger de Markforged. Al mover el ratón sobre el modelo de pieza en el software, Eiger resalta en azul la cara situada bajo el cursor, así como todas las caras paralelas a ella (y dentro de una pequeña tolerancia angular de paralelismo). Si observa claramente facetas y partes planas en un modelo al resaltar las caras con el ratón, probablemente necesite aumentar la resolución del archivo STL. Si las caras resaltadas aparecen «borrosas», con un gradiente de color relativamente suave, es probable que la resolución STL sea suficiente para la impresión 3D.

Por otro lado, los archivos STL con una resolución demasiado alta pueden ser demasiado grandes para que Eiger los gestione con eficacia y pueden ralentizar las operaciones de laminación. No hay ningún límite real (aparte del espacio de almacenamiento disponible en el ordenador) para la precisión de un STL, y es completamente posible crear una malla triangular con longitudes laterales del orden de nanómetros o menores (como referencia, un cabello humano mide unos 75 000 nanómetros). Esta es una resolución muy superior a la necesaria, o a la que puede utilizar su impresora 3D, por lo que un STL con una resolución demasiado alta simplemente ralentiza el trabajo y le hace perder tiempo.

A pesar de estas limitaciones, es fácil imprimir en 3D piezas excelentes si se siguen las prácticas recomendadas para crear un archivo STL. Los parámetros de exportación que elija en el software CAD al generar y exportar un archivo STL pueden afectar enormemente a la calidad, precisión dimensional y acabado de superficie de la pieza impresa en 3D, así que es importante comprender estos parámetros.

Definición de parámetros de STL

Al exportar un STL desde un software CAD, hay algunos parámetros que controlan la densidad de la malla triangular que, a su vez, define la geometría de una pieza. Una forma de pensar en la interacción entre el proceso de exportación y estos parámetros es que el software CAD intenta optimizar el tamaño del archivo STL, por lo que intentará crear la malla más rugosa y de menor resolución posible, pero los parámetros de exportación que usted especifique pueden requerir que el software utilice una malla de mayor resolución en diferentes morfologías y geometría. Por tanto, un modelo mental útil es considerar estos parámetros de exportación como una manera de «forzar» el proceso de exportación para generar una malla más fina y de mayor resolución.

En general, la mayoría de los programas de CAD modernos ofrecen a los usuarios la posibilidad de controlar al menos dos parámetros de exportación: uno con dimensiones lineales, denominado tolerancia cordal (o desviación cordal), y otro con dimensiones angulares, denominado tolerancia angular (o desviación angular). El STL resultante debe cumplir todas las condiciones especificadas por la configuración de exportación elegida. Según la geometría de una morfología específica de su modelo 3D, uno de estos ajustes será normalmente más restrictivo (es decir, requerirá una malla de mayor resolución) que el otro, y se considerará el parámetro dominante o limitante de esa morfología. Normalmente, el parámetro limitante variará a lo largo de la geometría de una pieza en respuesta a diferentes morfologías. Primero analizaremos estos parámetros y cómo afectan a la generación de STL, y luego desglosaremos cómo configurar estos ajustes en varios de los principales paquetes de software CAD.

Tolerancia cordal / desviación cordal

La tolerancia cordal (o desviación cordal) es un ajuste que controla la precisión dimensional global del archivo STL en comparación con el modelo 3D tal como está diseñado. La tolerancia cordal suele especificarse como la máxima desviación lineal normal (perpendicular) permitida desde la superficie del modelo 3D según el diseño y la cara triangular más cercana del STL resultante, como se ve en la siguiente imagen.

Considere la tolerancia cordal como el control del error máximo permitido entre el STL generado y el modelo diseñado, en toda la geometría de la pieza. Como la función de exportación STL del software CAD está construyendo una malla triangular alrededor de la geometría del modelo 3D, no puede crear triángulos cuya distancia máxima desde el modelo 3D excedería la tolerancia cordal que usted especifique. Suponiendo que la tolerancia cordal es el factor limitante en la resolución STL, un valor menor de tolerancia cordal resultará en un STL de mayor resolución, con más triángulos y un archivo de mayor tamaño.

Tolerancia angular / desviación angular / desviación normal

El ajuste de la tolerancia angular (también denominada «desviación angular» o «desviación normal») controla el ángulo máximo permitido entre los vectores normales de dos triángulos vecinos cualesquiera de la malla, y se puede considerar como un parámetro que «refina» la malla con mayor resolución más allá de lo que permitiría la tolerancia cordal. Un buen ejemplo de cuándo entra en juego la tolerancia angular suele ser con pequeñas superficies curvas, como filetes cuyos radios tienen un tamaño similar a la tolerancia cordal. Sin el ajuste de tolerancia angular, estos pequeños filetes podrían tener partes planas muy visibles, o convertirse en un chaflán en el caso extremo en el que el radio del filete fuera igual a la tolerancia cordal, como se muestra en el siguiente diagrama.

Si el valor de desviación angular (medido en grados) se establece lo suficientemente pequeño como para ser el parámetro dominante, obligará al proceso de generación STL a añadir más triángulos en las zonas de una pieza con curvaturas más pronunciadas, que suelen ser morfologías con radios pequeños. Esto, a su vez, «mejorará» la suavidad de estas morfologías en la pieza impresa en 3D resultante más allá de lo que proporcionaría la tolerancia cordal por sí sola.

Tenga en cuenta que, aunque la desviación angular suele medirse en grados (un valor inferior da como resultado un modelo de mayor resolución), algunos programas de CAD especifican la desviación angular como un parámetro adimensional de «control angular» que varía en valor de 0 a 1, con valores mayores que especifican una mayor resolución STL alrededor de las superficies curvas. Consulte la sección siguiente sobre la configuración STL en los principales paquetes de software CAD, o visite el sitio de soporte técnico o la base de conocimientos de su editor de software CAD para obtener más información.

Ajustes adicionales de exportación: Algunos programas CAD pueden ofrecer ajustes adicionales más allá de los dos controles principales de tolerancia cordal y angular, que pueden incluir opciones como la longitud mínima o máxima de la faceta del triángulo. En general, se suelen utilizar para resolver problemas de exportación STL en casos extremos, y recomendamos dejarlos en los valores predeterminados a menos que haya una razón concreta para querer ajustarlos.

Calidad de malla y tamaño de archivo: nuestras recomendaciones

Dado que una malla STL de mayor resolución produce un modelo más suave y preciso, uno puede sentirse tentado a aumentar la resolución del programa CAD al máximo posible. Sin embargo, aumentar la resolución de la exportación STL también implica aumentar el tamaño del archivo STL, lo que normalmente ralentiza el procesamiento al generar el archivo STL, cargarlo en Eiger, y luego laminar el STL y prepararlo para la impresión 3D. A partir de cierto punto, la resolución del archivo STL puede superar con creces la precisión de la impresora 3D, lo que significa que el coste de tiempo dedicado a la resolución STL puede que no se acabe reflejando en las piezas impresas.

Nuestra recomendación es elegir los ajustes de exportación STL para conseguir un equilibrio entre una resolución de alta calidad que satisfaga los requisitos funcionales y un tamaño de archivo que pueda procesarse rápidamente en Eiger. La experiencia nos demuestra que los siguientes ajustes son un punto de partida útil:

• -Formato STL binario (menor tamaño de archivo que ASCII)
• -Tolerancia/desviación cordal de 0,1 mm
• -Tolerancia/desviación angular de 1 grado
• -Longitud lateral mínima de 0,1 mm

Si el tamaño del archivo resultante es muy superior a 20 MB, recomendamos encarecidamente reducir el tamaño del archivo aumentando los valores de la tolerancia cordal y/o angular hasta que el tamaño del archivo STL se haya reducido a menos de 20 MB, ya que si es demasiado grande puede ralentizar las operaciones de procesamiento al preparar el STL para la impresión 3D. No obstante, vale la pena hacer pruebas con distintos tamaños de archivo, ya que cada uno tiene sus propias preferencias en cuanto a los distintos niveles de resolución STL y tiempos de procesamiento del software.

Ajustes de exportación STL de varios programas CAD

Hemos intentado obtener una muestra representativa de los principales paquetes de software CAD, pero no siempre ha sido fácil encontrar capturas de pantalla en línea. Si es representante de un proveedor de CAD que no hemos incluido y le gustaría aparecer en esta lista, o cree que hemos representado incorrectamente cómo deben configurarse estos parámetros, envíenos una nota a través de nuestra página de contacto y lo corregiremos.

Creo (PTC)

Con Creo es importante tener en cuenta que el parámetro «Control del ángulo» que se muestra a continuación no ajusta la desviación angular máxima en grados, sino que es una medida sin unidad del refinamiento de la desviación angular más allá del radio que se crearía con el parámetro «Altura cordal» (tolerancia cordal). El valor del parámetro «Control del ángulo» puede oscilar entre 0,0 y 1,0. Puede obtener más información sobre el parámetro «Control del ángulo» aquí. Recomendamos los siguientes ajustes como punto de partida:

• - Formato STL: Binario
• - Altura cordal: 0,1 mm (nota: esta es la tolerancia cordal)
• - Control del ángulo: 0,25
• - Deje los valores predeterminados de «Longitud máxima de borde» y «Relación de aspecto»

Fusion 360 (Autodesk)

Fusion 360. Recomendamos los siguientes ajustes como punto de partida:

• - Formato STL: Binario
• - Desviación de la superficie: 0,1 mm (nota: esta es la tolerancia cordal)
• - Desviación normal: 1 grado (nota: esta es la desviación angular)
• - Deje los valores predeterminados de «Longitud máxima de borde» y «Relación de aspecto»

NX (Siemens)

Recomendamos los siguientes ajustes como punto de partida:

• - Tipo de archivo de salida: Binario
• - Tolerancia cordal: 0,1 mm (nota: las unidades vienen determinadas por las unidades del documento)
• - Tolerancia angular: 1 grado

Onshape (PTC)

Recomendamos los siguientes ajustes como punto de partida:

• - Formato STL: Binario
• - Desviación angular: 1 grado
• - Tolerancia cordal: 0,1 mm
• - Anchura mínima de las facetas: 0,1 mm

SOLIDWORKS (Dassault Systèmes)

Recomendamos los siguientes ajustes como punto de partida:

• - Formato STL: Binario
• - Resolución: Personalizada
• - Desviación: 0.1 mm (nota: este parámetro es la tolerancia/desviación cordal)
• - Ángulo: 1 grado
• - Deje sin marcar la opción «Definir tamaño máximo de las facetas»