دليل نظرة عامة شاملة على ملف STL FILE

STL، وهو اختصار ل "الطباعة المجسمة"، هو تنسيق ملف شائع ل الطباعة ثلاثية الأبعاد و CAD. وهي تمثل جسمًا ثلاثي الأبعاد كمجموعة من المثلثات أو المضلعات التي تحدد شكل سطحه. هناك أسماء خلفية مرتبطة بنوع ملف STL وهي: لغة التغطية بالفسيفساء القياسية أو لغة المثلث القياسية.

تبسّط STL الأشكال المعقدة إلى أوجه مثلثة، مما يجعلها سهلة الفهم للطابعات ثلاثية الأبعاد. وكلما كان التصميم أكثر تعقيدًا، كلما زاد استخدام المثلثات كلما زادت الدقة في النهاية.

إن السمة المميزة لصورة STL هي امتداد ملف. stl وغياب اللون والملمس.

تاريخ تنسيق ملف STL

تم تأسيسها في عام 1987 بواسطة شركة 3D Systems. وسرعان ما استحوذ تنسيق STL على الاهتمام باعتباره معيار الصناعة لبرنامج التصميم الحاسوبي المجسم. صُممت STL للطباعة ثلاثية الأبعاد وظلت ملائمة بسبب بساطتها. لهذا السبب يتم استخدامه في الغالب في الطباعة والنمذجة ثلاثية الأبعاد. في عام 2009، تم تقديم نسخة محدثة من تنسيق ملف STL، STL 2.0.

على الرغم من بساطتها، إلا أن أهمية STL في صناعة الطباعة والنمذجة ثلاثية الأبعاد استمرت.

فوائد ملفات STL في التصنيع الرقمي والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)

يعتمد المصنعون الرقميون بشكل كبير على ملفات STL، والتي تسمح للمصممين بتصميم النماذج الأولية ومشاركتها وطباعتها. تعمل ملفات STL كجسر بين النماذج ثلاثية الأبعاد والأشياء المادية في التصميم بمساعدة الحاسوب. هذه البساطة تجعل STL لا غنى عنها في صناعات مثل الطيران والطب، والتي غالباً ما تحتاج إلى أجزاء معقدة.

كيفية عمل ملفات STL

تقوم ملفات STL في المقام الأول بترميز هندسة السطح لجسم ثلاثي الأبعاد، باستخدام عملية تعرف باسم "التغطية بالفسيفساء.

التغطية بالفسيفساء هي تقنية تبسط الأسطح المعقدة إلى مضلعات مسطحة أبسط. في ملفات STL، تكون هذه المضلعات على شكل مثلث. في عام 1987 تشاك هولlمخترع الطباعة الحجرية المجسمة، احتاج إلى طريقة لإرسال نماذج CAD ثلاثية الأبعاد إلى طابعته ثلاثية الأبعاد. حلت مجموعة ألبرت الاستشارية هذه المشكلة باستخدام تخطيطات سطح النموذج ثلاثي الأبعاد لترميز المعلومات.

ط) التقريب السطحي

في التغطية بالفسيفساء، حتى الأسطح المنحنية، مثل الأسطوانات والمجالات تظهر بسلسلة من المثلثات الشبكية. وكلما كان تقريب السطح المنحني أكثر سلاسةً، زادت الحاجة إلى المزيد من المثلثات. ومع ذلك، يؤدي هذا أيضًا إلى توسيع حجم الملف والتعقيد الحسابي مما يؤدي إلى مفاضلة بين الأداء والدقة.

ب) المثلثات في الفضاء ثلاثي الأبعاد

يحتوي المثلث على ثلاثة رءوس بحيث يكون لكل رأس إحداثيات س، ص، ض في الفضاء الثلاثي الأبعاد. تشكّل الرءوس زوايا المثلث التي تتصل من حافة إلى حافة أخرى وتكوّن السطح الكلي للجسم.

ج) إنشاء الشبكة

تتكون بنية ملف STL من مثلثات تشكل شبكة مثلثة تمثل خريطة السطح الرقمية للجسم. وهي صغيرة بما يكفي للسماح بتقريب دقيق للشكل الأصلي ولكن بسيطة في الوقت نفسه بالنسبة للطابعات ثلاثية الأبعاد أو البرامج لمعالجتها.

رابعا) التحكم في القرار

تظهر دقة النموذج من خلال عدد المثلثات المستخدمة في التغطية بالفسيفساء. يؤدي ارتفاع عدد المثلثات إلى الحصول على نموذج أكثر دقة وتفصيلاً ولكنه يزيد من حجم الملف ومتطلبات العملية. على العكس من ذلك، فإن عدد المثلثات القليلة يبسّط النموذج ولكن يمكن أن يجعل المنحنيات تبدو ممتلئة أو ذات أوجه.

ت) تمثيل STL

في ملفات STL، تعتبر المثلثات مفيدة لأنها أسهل في الحساب والعمل بها للطباعة ثلاثية الأبعاد. يحتوي كل مثلث على متجه عمودي مرتبط يوضح الاتجاه الذي يواجهه السطح. يساعد ذلك الطابعات ثلاثية الأبعاد في فهم كيفية بناء الكائن طبقة تلو الأخرى.

أنواع ملفات STL الثنائية مقابل أنواع ملفات STL ASCII

يأتي ملف STL بتنسيقين رئيسيين، ترميز ASCII والترميز الثنائي.

ملفات ASCII STL

ملفات ASCII STL قابلة للقراءة البشرية وتوفر وصفًا نصيًا عاديًا لاتجاه وموضع كل مثلث. في حين أنها أسهل في التصحيح والقراءة، إلا أنها أكبر من نظيراتها الثنائية.

على سبيل المثال، قد يصبح حجم الملف الأكبر غير عملي في حالة النماذج المعقدة. قد يحتوي النموذج ثلاثي الأبعاد البسيط على 1 ميغابايت بتنسيق ثنائي ولكن عند تحويله إلى ASCII يصل إلى 5-10 ميغابايت مما يجعل من الصعب نقل الملفات ومعالجتها. إذا كنت تعمل باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد أو برنامج CADيجب أن يقرأ ويفسر كل سطر. نظرًا لحجمه، يستغرق تحميل النماذج المعقدة بشكل خاص وقتًا أطول مما يؤخر الخطوات.

تبدأ ملفات ASCII STL بالكلمة الأساسية "مجسم" وتحتوي على سلسلة من تعريفات "الأوجه". يتكون كل وجه من ثلاثة رؤوس ومتجه عمودي.

ملفات STL الثنائية

ملفات STL الثنائية هي الخيار الأكثر تفضيلاً في مختلف التطبيقات لأنها مضغوطة وفعالة. فهي تسرّع المعالجة وتقلل من حجم ملف المعلومات المتشابهة. تتعامل الشركات مع مشاريع كبيرة الحجم مثل النماذج الأولية المعقدة أو الأنواع الصناعية، حيث تعمل الشركات مع مئات الملفات يومياً. تعكس الملفات الصغيرة من STL الثنائية STL سرعة التنزيل والتحميل مما يقلل من استهلاك النطاق الترددي. وبالإضافة إلى ذلك، تؤدي بعض العمليات مثل العرض والتقطيع للطباعة ثلاثية الأبعاد إلى وقت معالجة أسرع.

يمكن إدارة الملفات الثنائية بسهولة بواسطة البرامج ثلاثية الأبعاد الحديثة. يمكن لأدوات التحرير والتحقق من الأخطاء مثل MeshLab و Netfab التعامل مع هذه الملفات دون عناء.

تبدأ ملفات STL الثنائية برأس مكون من 80 بايت، ويتبع ذلك أعداد صحيحة غير موقعة 4 بايت تمثل عدد المثلثات في الملف. يحتوي كل مثلث على 12 بايت للعمودي و 36 بايت للرؤوس (3 رؤوس)

إنشاء ملفات STL وتصديرها

تسمح بعض برامج CAD الشائعة للمستخدمين بإنشاء وتصدير ملفات STL. وأشهرها هي:

سوليدووركس:: الأكثر استخداماً من قبل المهندسين والمهنيين في النمذجة ثلاثية الأبعاد. توفر إمكانيات متقدمة مثل المحاكاة والتحليل المدمج لاختبار التصميمات قبل الطباعة. يوفر خيارات تصدير STL شاملة مثل التحكم في التنسيق (ASCII أو ثنائي) والدقة.

تنكركاد: يحتوي على واجهات سحب وإفلات لتسهيل إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد. مناسبة للمبتدئين والمعلمين الذين ليس لديهم خبرة سابقة في التصميم. تقدم تصدير مباشر إلى تنسيق STL.

فيوجن 360: أداة شائعة للتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAM) والتصميم بمساعدة الحاسوب (CAE)، وهي أداة شائعة للتصميم بمساعدة الحاسوب ثلاثي الأبعاد، والتصميم بمساعدة الحاسوب، و CAE، مفيدة في تصميم المنتجات والهندسة. توفر ميزات نمذجة قوية مثل النحت والتصميم البارامترى.

بالإضافة إلى هذه الخيارات، فإن العديد من أدوات CAD الأخرى، بما في ذلك FreeCAD و SketchUp و Blender، قادرة أيضًا على تصدير ملفات STL.

إنشاء وتصدير ملف STL وتصديره

1. افتح Solidworks أو Tinkercad، اعتمادًا على تطبيق CAD الذي تختاره.
2. إنشاء النموذج أو التصميم باستخدام أدوات من البرنامج.
3. حفظ التصميم وتصديره- يمكن لخاصية الحفظ التلقائي حفظ ملف STL الذي تم إنشاؤه بواسطة البرنامج وتصديره إلى الكمبيوتر بسهولة. ومع ذلك، قبل التصدير تحقق من توحيد النموذج والثقوب في الأجزاء والأبعاد. تحقق من الدقة، في حالة الدقة المنخفضة، ستظهر المثلثات على سطح النموذج بعد الطباعة. اضبط مستوى التفاوت ليكون عاليًا بحيث يمكن طباعة ملفات STL بسلاسة. 

معلمات مثل الزاوية وارتفاع الوتر تعطي المسافة بين الطباعة ثلاثية الأبعاد وسطح التصميم بمساعدة الحاسوب. من الناحية المثالية، ارتفاع الوتر هو 1/20^ال حجم سطح الطباعة. طول الوتر أقل من 1 ميكرون ولكن ليس منخفضًا جدًا والتفاوت الزاوي 15⁰.

• اختر برنامج تقطيع إلى شرائح - Cura هو برنامج التقطيع إلى شرائح الأكثر استخدامًا والمفتوح المصدر من Ultimaker لأنه أسهل وأكثر مرونة في الاستخدام.
• تحميل الملف، وتحويله إلى كود G ملف (لغة الطابعة) باستخدام برنامج التقطيع المفضل لديك.

قاعدة خاصة لملف STL

1. قاعدة التوجهات

تحدد هذه القاعدة كيفية تأثر اتجاه كل مثلث (وجه) بمتجهه الاسمي. يُظهر هذا المتجه الاتجاه الذي يواجهه المثلث ويساعد في تحديد داخل وخارج الجسم. يُشير المتجه العمودي بعيدًا عن السطح الذي يُظهر "الخارج" الذي يُظهر الجزء الخارجي للطابعة ثلاثية الأبعاد. يغير الاتجاه الخاطئ للعمودي تفسير الملامح مما يؤدي إلى أخطاء في الطباعة.

وتتبع الرءوس قاعدة اليد اليمنى، حيث يشير الإبهام إلى اتجاه العمودي واتجاه الأصابع للرؤوس. وهذا يتبع الترتيب عكس اتجاه عقارب الساعة.

2. قاعدة الرأس

تنص هذه القاعدة على أن كل مثلث يجب أن يشترك برأسين مع المثلثات متجاورتين. وهذا يضمن وضع المثلثات في موضعها بدقة وهو أمر أساسي لعرض الروبوتات والتشغيل السلس في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

3. قاعدة الثمانيات الموجبة كلها

وفقًا لهذه القاعدة، يجب أن تكون جميع إحداثيات رءوس المثلثات موجبة. وهذا يقصر النموذج الثلاثي الأبعاد بأكمله أو الثماني الأول من نظام الإحداثيات الثلاثي الأبعاد على المنطقة التي تكون فيها جميع الإحداثيات موجبة. هذا يبسط التصميم ويوفر في المساحة. هذا النهج يبسط النمذجة في سياقات محددة ولكنه ليس شرطًا لجميع ملفات STL.

4. قاعدة الفرز المثلث

استنادًا إلى قاعدة فرز المثلثات، يكون ترتيب المثلثات بترتيب تصاعدي لإحداثيات z الخاصة بها. يعمل هذا التنسيق على تبسيط عملية التقطيع للنماذج ثلاثية الأبعاد، مما يؤدي إلى إعداد أسرع وأكثر فعالية للطباعة ثلاثية الأبعاد.

تحسين ملفات STL للطباعة ثلاثية الأبعاد STL

يعيد تنسيق ملف STL إنشاء سطح نموذج CAD جزئيًا عن طريق إنتاج شبكة مناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، فإن التحسين ضروري لضمان الحصول على أفضل النتائج. تؤثر دقة ملف STL بشكل كبير على جودة الطباعة. يعني المزيد من المثلثات دقة أعلى وأسطحًا ناعمة ولكن أحجام الملفات تزداد. يؤدي تقليل عدد المضلعات عن طريق دمج الرؤوس أو تقليل المضلعات غير الضرورية إلى تخفيف الحمل. يجد برنامج التقطيع سهولة في المعالجة ويواجه أخطاء قليلة. وأخيرًا، يجب التأكد من وجود نموذج محكم بدون ثغرات أو تشعبات من أجل عملية سلسة. إن تحقيق التوازن بين الجودة والحجم هو مفتاح تحسين ملفات STL.

بدائل ملفات STL

على الرغم من أن ملفات STL هي خيار شائع للطباعة ثلاثية الأبعاد، إلا أن بعض البدائل تقدم ميزات ووظائف أفضل.

STL ضد OBJ

تُستخدم ملفات STL على نطاق واسع في الطباعة ثلاثية الأبعاد. وهي تستخدم مبدأ الشبكات المثلثية لترميز الأشكال الهندسية. OBJ من ناحية أخرى يستخدم في الغالب للمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد. فهو يجمع بين مضلعات مختلفة في ملف واحد لتمثيل السطح.

 يوضح الجدول التالي المقارنات.

STL مقابل STEP

تخزّن ملفات STL في هذه الحالة هندسة السطح فقط من خلال شبكات مثلثة، مما يجعلها خفيفة الوزن وسهلة المعالجة. ملفات STEP أكثر شمولاً. فهي تحتفظ بقصد التصميم ويمكنها حفظ النماذج ككيانات مفردة، مما يؤدي إلى دقة أعلى ومنحنيات أكثر سلاسة

فيما يلي جدول المقارنة:

STL مقابل 3MF

تفضل الطباعة ثلاثية الأبعاد ملفات STL بسبب بساطتها وتوافقها. يستند ملف 3MF (تنسيق التصنيع ثلاثي الأبعاد) إلى XML وهو أكثر تقدمًا لأنه يحتوي على جميع المعلومات المطلوبة لطباعة كائن ما.

فيما يلي جدول المقارنة;

STL مقابل G-code

ملف STL مخصص للطباعة ثلاثية الأبعاد. يساعد برنامج التقطيع ثلاثي الأبعاد على التواصل مع الطابعة للطباعة. وبالمقارنة، فإن تنسيق ملف G-code هو مجموعة من التعليمات التي توجه عملية الطابعة. شائع في آلات القطع مثل الطواحين والمخارط.

فيما يلي مقارنة بين التنسيقين.

الخاتمة

يشبه تنسيق ملف STL المخططات الرقمية في عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد. على الرغم من بساطته وترجمته السريعة للنماذج الرقمية إلى تنسيق قابل للطباعة، إلا أن له حدوده. بغض النظر عن الميزات المتقدمة للتنسيقات الأحدث، تظل STL خياراً مفضلاً للعديد من المصممين. ومع ذلك، من المهم دائماً اختيار تنسيق الملف وفقاً للغرض من الملف ثلاثي الأبعاد.