STL, abréviation de "Stereolithography" (stéréolithographie), est un format de fichier très répandu pour le traitement de l'information. Impression 3D et CAD. Il représente un objet 3D sous la forme d'une collection de triangles ou de polygones qui définissent la forme de sa surface. Le type de fichier STL est associé à des acronymes : Standard Tessellation Language (langage de tessellation standard) ou Standard Triangle Language (langage de triangle standard) : Standard Tessellation Language ou Standard Triangle Language.
STL simplifie les formes complexes en faces triangulaires, ce qui les rend facilement compréhensibles pour les imprimantes 3D. Plus la conception est complexe, plus le nombre de triangles utilisés augmente, ce qui accroît la résolution.
La caractéristique distinctive d'une image STL est son extension de fichier .stl et l'absence de couleur et de texture.
Histoire du format de fichier STL
Il a été créé en 1987 par 3D Systems. Le format STL a rapidement attiré l'attention en tant que norme industrielle pour leur programme de CAO stéréolithographique. Le format STL a été conçu pour l'impression 3D et est resté pertinent en raison de sa simplicité. C'est pourquoi il est principalement utilisé pour l'impression et la modélisation 3D. En 2009, une version actualisée du format de fichier STL, STL 2.0, a été introduite.
Malgré sa simplicité, la pertinence du STL dans l'industrie de l'impression 3D et de la modélisation a perduré.
Avantages des fichiers STL pour la fabrication numérique et la CAO
Les fabricants numériques s'appuient fortement sur les fichiers STL, qui permettent aux concepteurs de concevoir, de partager et d'imprimer des prototypes. Les fichiers STL servent de passerelle entre les modèles 3D et les objets physiques dans la CAO. Cette simplicité rend les fichiers STL indispensables pour les industries telles que l'aérospatiale et la médecine, qui ont souvent besoin de pièces complexes.
Fonctionnement des fichiers STL
Les fichiers STL codent principalement la géométrie de surface d'un objet 3D, en utilisant un processus connu sous le nom de "Tessellation".
La tessellation est une technique qui permet de simplifier les surfaces complexes en polygones plats plus simples. Dans les fichiers STL, ces polygones sont en forme de triangle. En 1987, Chuck HullL'inventeur de la stéréolithographie avait besoin d'un moyen pour envoyer des modèles CAO 3D à son imprimante 3D. Albert Consulting Group a résolu ce problème en utilisant des tessellations de la surface du modèle 3D pour coder l'information.
i) Approximation de la surface
Dans la tessellation, même les surfaces courbes, comme les cylindres et les sphères, sont représentées par une série de triangles maillés. Plus l'approximation de la surface courbe est lisse, plus le nombre de triangles nécessaires est important. Cependant, cela augmente également la taille du fichier et la complexité de calcul, ce qui entraîne des compromis entre les performances et la résolution.
ii) Triangles dans l'espace 3D
Un triangle a trois sommets, chaque sommet ayant une coordonnée x, y et z dans l'espace 3D. Les sommets forment les angles du triangle qui se rejoignent d'un bord à l'autre et créent la surface globale de l'objet.
iii) Création de maillage
La structure du fichier STL est constituée de triangles qui forment un maillage triangulaire représentant la carte de surface numérique de l'objet. Ces triangles sont suffisamment petits pour permettre une approximation précise de la forme originale, tout en étant simples à traiter par les imprimantes 3D ou les logiciels.
iv) Contrôle de la résolution
La résolution du modèle est indiquée par le nombre de triangles utilisés dans la tessellation. Un nombre élevé de triangles permet d'obtenir un modèle plus précis et plus détaillé, mais augmente la taille du fichier et les exigences du processus. Au contraire, un petit nombre de triangles simplifie le modèle mais peut donner aux courbes une apparence de bloc ou de facette.
v) Représentation STL
Dans les fichiers STL, les triangles sont utiles car ils sont plus faciles à calculer et à utiliser pour l'impression 3D. Chaque triangle est associé à un vecteur normal qui indique la direction dans laquelle la surface est orientée. Cela aide les imprimantes 3D à comprendre comment construire l'objet couche par couche.
Types de fichiers STL binaires et ASCII
Les fichiers STL se présentent sous deux formats principaux : le codage ASCII et le codage binaire.
Fichiers ASCII STL
Les fichiers STL ASCII sont lisibles par l'homme et fournissent une description en texte clair de l'orientation et de la position de chaque triangle. Bien qu'ils soient plus faciles à déboguer et à lire, ils sont plus volumineux que leurs équivalents binaires.
Par exemple, une taille de fichier plus importante peut s'avérer peu pratique dans le cas de modèles complexes. Un modèle 3D simple peut avoir une taille de 1 Mo en format binaire, mais lorsqu'il est converti en ASCII, il peut atteindre 5 à 10 Mo, ce qui complique le transfert et le traitement des fichiers. Si vous travaillez avec une imprimante 3D ou un Logiciel de CAOIl doit lire et interpréter chaque ligne. En raison de sa taille, il prend plus de temps pour charger les modèles particulièrement complexes, ce qui retarde les étapes.
Les fichiers STL ASCII commencent par le mot-clé "solid" et contiennent une série de définitions de "facettes". Chaque facette comprend trois sommets et un vecteur normal.
Fichiers STL binaires
Les fichiers STL binaires sont les plus utilisés dans diverses applications car ils sont compacts et efficaces. Ils accélèrent le traitement et réduisent la taille des fichiers contenant des informations similaires. Dans le cadre de projets à grande échelle, tels que des prototypes complexes ou des modèles industriels, les entreprises traitent des centaines de fichiers par jour. Les petits fichiers STL binaires permettent des téléchargements et des chargements rapides, ce qui réduit la consommation de bande passante. En outre, certaines opérations telles que le rendu et le découpage pour l'impression 3D permettent d'accélérer le temps de traitement.
Les fichiers binaires sont facilement gérables par les logiciels 3D modernes. Les outils d'édition et de vérification des erreurs tels que MeshLab et Netfab peuvent traiter ces fichiers sans effort.
Les fichiers STL binaires commencent par un en-tête de 80 octets. Suivent des entiers non signés de 4 octets représentant le nombre de triangles dans le fichier. Chaque triangle comporte 12 octets pour la normale et 36 octets pour les sommets (3 sommets).
Création et exportation de fichiers STL
Certains programmes de CAO populaires permettent aux utilisateurs de créer et d'exporter des fichiers STL. Les plus connus sont :
SolidworksLes logiciels de modélisation 3D : les plus utilisés par les ingénieurs et les professionnels de la modélisation 3D. Fournit des fonctionnalités avancées telles que des simulations et des analyses intégrées pour tester les conceptions avant l'impression. Fournit des options d'exportation STL complètes, comme le contrôle du format (ASCII ou binaire) et de la résolution.
Tinkercad: Interface "glisser-déposer" pour faciliter la création de modèles 3D. Convient aux débutants et aux enseignants qui n'ont pas d'expérience préalable en matière de conception. Exportation directe au format STL.
Fusion 360 : un outil populaire pour la CAO 3D, la FAO et l'IAO, est utile pour la conception de produits et l'ingénierie. Il offre de solides fonctions de modélisation, telles que la sculpture et la conception paramétrique.
Outre ces options, plusieurs autres outils de CAO, dont FreeCAD, SketchUp et Blender, sont également capables d'exporter des fichiers STL.
Création et exportation d'un fichier STL
- Ouvrez Solidworks ou Tinkercad, selon l'application de CAO de votre choix.
- Créer le modèle ou la conception à l'aide des outils du logiciel.
- Enregistrer et exporter la conception - une fonction d'enregistrement automatique permet d'enregistrer facilement un fichier STL créé par le logiciel et de l'exporter vers l'ordinateur. Cependant, avant d'exporter, vérifiez l'uniformité du modèle, les trous dans les pièces et les dimensions. Vérifiez la résolution, car en cas de faible résolution, les triangles apparaîtront sur la surface du modèle après l'impression. Ajustez le niveau de tolérance pour que les fichiers STL puissent être imprimés sans problème.
Des paramètres tels que l'angle et la hauteur de la corde donnent la distance entre l'impression 3D et la surface CAO. Idéalement, la hauteur de la corde est de 1/20th la taille de la surface d'impression. Longueur de corde inférieure à 1 micron mais pas trop faible et tolérance angulaire de 150.
- Choisir un programme de tranchage - Cura est le programme de tranchage open-source d'Ultimaker le plus utilisé, car il est plus facile et plus flexible à utiliser.
- Charger le fichier et le convertir en Code G (langue de l'imprimante) à l'aide de votre logiciel de découpe préféré.
Fichier STL Règle spéciale
1. Règle d'orientation
Cette règle définit comment la direction de chaque triangle (facette) est influencée par son vecteur nominal. Ce vecteur indique la direction dans laquelle le triangle est orienté et aide à déterminer l'intérieur et l'extérieur de l'objet. Le vecteur normal pointe à l'opposé de la surface en indiquant "extérieur", ce qui montre l'extérieur de l'imprimante 3D. Une mauvaise orientation de la normale modifie l'interprétation des caractéristiques, ce qui entraîne des erreurs d'impression.
Les sommets suivent la règle de la main droite, où le pouce pointe dans la direction de la normale et les doigts dans la direction des sommets. L'ordre suit le sens inverse des aiguilles d'une montre.
2. Règle du sommet
Cette règle stipule que chaque triangle doit partager deux sommets avec les triangles. adjacents. Cette règle garantit que les triangles sont positionnés avec précision, ce qui est essentiel pour un rendu optimal et un fonctionnement sans heurts de l'impression 3D.
3. La règle de l'octant entièrement positif
Selon cette règle, toutes les coordonnées des sommets des triangles doivent être positives. Cela limite l'ensemble du modèle 3D ou le premier octant du système de coordonnées 3D à la zone où toutes les coordonnées sont positives. Cela simplifie la conception et permet d'économiser de l'espace. Cette approche simplifie la modélisation dans des contextes spécifiques, mais n'est pas obligatoire pour tous les fichiers STL.
4. La règle de tri des triangles
Sur la base de la règle de tri des triangles, la disposition des triangles se fait dans l'ordre croissant de leurs coordonnées z. Ce format rationalise le processus de découpage des modèles 3D, ce qui permet une préparation plus rapide et plus efficace pour l'impression 3D.
Optimisation des fichiers STL pour l'impression 3D
Le format de fichier STL recrée partiellement la surface d'un modèle CAO en produisant un maillage adapté à l'impression 3D. Cependant, l'optimisation est essentielle pour garantir des résultats optimaux. La résolution du fichier STL influe considérablement sur la qualité de l'impression. Plus il y a de triangles, plus la résolution est élevée et plus les surfaces sont lisses, mais plus la taille des fichiers est importante. Réduire le nombre de polygones en fusionnant les sommets ou en réduisant les polygones inutiles permet d'alléger la charge. Le logiciel de découpage est plus facile à traiter et il y a peu d'erreurs. Enfin, il faut s'assurer que le modèle est étanche, sans lacunes ni collecteurs, pour que le processus se déroule sans heurts. L'équilibre entre la qualité et la taille est la clé de l'optimisation des fichiers STL.
Alternatives aux fichiers STL
Si les fichiers STL sont une option courante pour l'impression 3D, peu d'alternatives offrent de meilleures caractéristiques et fonctionnalités.
STL vs OBJ
Les fichiers STL sont largement utilisés dans l'impression 3D. Ils utilisent le principe des mailles triangulaires pour coder la géométrie. Le fichier OBJ, quant à lui, est principalement utilisé pour la numérisation 3D. Il combine différents polygones en un seul fichier pour représenter la surface.
Le tableau illustre les comparaisons.
| STL | OBJ |
| Maille triangulaire simple | Basé sur les polygones, avec prise en charge des quadrats |
| Pas de support de couleur ou de texture | Prise en charge des couleurs, du mappage des textures et des coordonnées UV |
| Généralement plus petites, mais elles peuvent évoluer avec la résolution | Plus grande en raison de données supplémentaires (textures, couleurs) |
| Limité à la géométrie de la surface (pas de détails sur les matériaux ou l'apparence) | Gestion de géométries, de matériaux et de détails visuels complexes |
| Idéal pour l'impression 3D et les conceptions CAO de base | Idéal pour les modèles détaillés dans les jeux, les films et les projets visuels |
| Simple, facile à traiter | Plus complexe avec les bibliothèques de matériaux |
STL vs STEP
Dans ce cas, les fichiers STL ne stockent que la géométrie de surface par le biais de maillages triangulaires, ce qui les rend légers et faciles à traiter. Les fichiers STEP sont beaucoup plus complets. Ils conservent l'intention de la conception et peuvent enregistrer les modèles en tant qu'entités uniques, ce qui permet d'obtenir une plus grande précision et des courbes plus douces.
Un tableau comparatif est présenté ci-dessous :
| STL | STEP |
| Maillage triangulaire basé sur la surface | Représentation des frontières (B-rep) et modélisation des solides |
| Pas de support de couleur ou de texture | Prise en charge des couleurs, des propriétés des matériaux et des textures |
| Généralement plus petite, en fonction de la résolution du maillage | Plus grande grâce à des informations géométriques plus détaillées |
| Géométrie de surface simplifiée (pas de structure interne) | Contient des données de conception complètes, y compris des assemblages et des géométries complexes. |
| Principalement pour l'impression 3D et les modèles CAO simples | Idéal pour l'ingénierie, la fabrication et l'interopérabilité CAO |
| Simple, facile à traiter | Plus complexe, il stocke à la fois la géométrie et les métadonnées (intention de conception, dimensions). |
| Approximative, basée sur les triangles de surface | Haute précision, géométrie exacte pour les applications de fabrication et d'ingénierie |
| Limité, nécessite souvent une conversion pour les logiciels de CAO | Grande interopérabilité entre les différents systèmes de CAO |
STL vs 3MF
L'impression 3D privilégie les fichiers STL en raison de leur simplicité et de leur compatibilité. Le fichier 3MF (3D Manufacturing format) est basé sur XML et plus avancé car il contient toutes les informations nécessaires à l'impression d'un objet.
Un tableau comparatif est présenté ci-dessous ;
| STL | 3MF |
| Géométrie de surface basée sur un maillage triangulaire | Le format XML prend en charge à la fois le maillage et les détails du modèle complet. |
| Pas de support de couleur ou de texture Complètement | soutient la couleur, les textures et les matériaux. |
| Généralement plus petite, en fonction de la résolution du maillage | Compression plus efficace, taille des fichiers réduite par rapport à STL pour un même niveau de détail |
| Géométrie simplifiée de la surface | Gestion de géométries complexes, de modèles multi-matériaux et de propriétés plus détaillées |
| Principalement pour l'impression 3D et les conceptions CAO de base | Bon pour l'impression 3D moderne, en particulier lorsque le multi-matériau et la couleur sont utiles. |
| Simple et léger, facile à utiliser | Structuré avec des métadonnées (matériaux, couleurs, paramètres d'impression) |
| Approximatif, basé sur des facettes triangulaires | Une plus grande précision permet d'obtenir des détails de conception et des métadonnées plus riches pour une impression précise. |
| Applicable aux logiciels d'impression 3D. | Utilisable par les imprimantes 3D et les logiciels modernes grâce à ses caractéristiques avancées. |
STL vs G-code
Le fichier STL est destiné à l'impression 3D. Le logiciel 3D slicer l'aide à communiquer avec l'imprimante pour l'impression. Le format de fichier G-code est un ensemble d'instructions guidant le processus d'impression. Il est courant dans les machines de découpe telles que les fraiseuses et les tours.
Une comparaison entre les deux formats est présentée ci-dessous.
| STL | Code G |
| Données du modèle 3D, maillage triangulaire | Instructions de machine, commandes de parcours d'outils pour les imprimantes 3D |
| Représente la forme et la géométrie d'un modèle 3D | Fournit des instructions précises à une imprimante 3D pour qu'elle les exécute |
| Pas de support de couleur ou de texture | Peut inclure des instructions pour l'impression multi-matériaux (si l'imprimante le permet). |
| Peut inclure des instructions pour l'impression multi-matériaux (si l'imprimante le permet). | Large en fonction de la complexité de l'impression et du nombre de couches |
| Géométrie simplifiée de la surface | Contient des commandes détaillées spécifiques à la machine (par exemple, mouvement de la buse, réglages de la température). |
| Utilisé pour représenter des modèles 3D pour la conception et la visualisation | Utilisé pour contrôler le processus d'impression, en spécifiant comment créer physiquement le modèle. |
| Données simples basées sur le maillage | Instructions ligne par ligne pour chaque mouvement, température, vitesse et extrusion |
| Doit être converti en code G à l'aide d'un logiciel de découpage. | Directement lisibles par les imprimantes 3D en tant qu'instructions de fabrication |
| Triangles approximatifs basés sur la surface | Exactitude, jusqu'aux mouvements spécifiques de la machine et aux paramètres d'impression |
Conclusion
Le format de fichier STL est en quelque sorte le plan numérique du monde de l'impression 3D. Malgré sa simplicité et la rapidité avec laquelle il traduit les modèles numériques en un format imprimable, il a ses limites. Indépendamment des fonctionnalités avancées des nouveaux formats, le format STL reste une option de choix pour de nombreux concepteurs. Néanmoins, il est toujours important de choisir le format de fichier en fonction de l'intention du fichier 3D.
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