Guida panoramica completa sul FILE STL

STL, abbreviazione di "Stereolitografia", è un formato di file popolare per Stampa 3D e CAD. Rappresenta un oggetto 3D come un insieme di triangoli o poligoni che ne definiscono la forma superficiale. Al tipo di file STL sono associati alcuni retro-nomi che sono: Standard Tessellation Language o Standard Triangle Language.

L'STL semplifica le forme complesse in facce triangolari, rendendole facilmente comprensibili per le stampanti 3D. Più complicato è il progetto, più triangoli vengono utilizzati, aumentando così la risoluzione.

La caratteristica distintiva di un'immagine STL è l'estensione del file stl e l'assenza di colori e texture.

Storia del formato di file STL

È stato fondato nel 1987 da 3D Systems. Il formato STL si è rapidamente imposto all'attenzione del settore come standard per il programma CAD stereolitografico. L'STL è stato creato per la stampa 3D ed è rimasto rilevante grazie alla sua semplicità. Per questo motivo viene utilizzato soprattutto per la stampa e la modellazione 3D. Nel 2009 è stata introdotta una versione aggiornata del formato di file STL, STL 2.0.

Nonostante la sua semplicità, l'importanza dell'STL nel settore della stampa e della modellazione 3D è rimasta inalterata.

Vantaggi dei file STL nella produzione digitale e nel CAD

I produttori digitali fanno grande affidamento sui file STL, che consentono ai progettisti di progettare, condividere e stampare prototipi. I file STL fungono da ponte tra i modelli 3D e gli oggetti fisici in CAD. Questa semplicità rende l'STL indispensabile per settori come l'aerospaziale e la medicina, che spesso necessitano di parti complesse.

Come funzionano i file STL

I file STL codificano principalmente la geometria della superficie di un oggetto 3D, utilizzando un processo noto come "Tessellation".

La tassellatura è una tecnica che semplifica le superfici complesse in poligoni più semplici e piatti. Nei file STL, questi poligoni sono a forma di triangolo. Nel 1987, Chuck HullL'inventore della stereolitografia aveva bisogno di un modo per inviare i modelli CAD 3D alla sua stampante 3D. Albert Consulting Group ha risolto il problema utilizzando le tassellazioni della superficie del modello 3D per codificare le informazioni.

i) Approssimazione della superficie

Nella tassellatura, anche le superfici curve, come i cilindri e le sfere, sono rappresentate da una serie di triangoli di maglia. Più liscia è l'approssimazione della superficie curva, più triangoli sono necessari. Tuttavia, ciò comporta un aumento delle dimensioni del file e della complessità computazionale, con conseguenti compromessi tra prestazioni e risoluzione.

ii) Triangoli nello spazio 3D

Un triangolo ha tre vertici e ogni vertice ha una coordinata x, y e z nello spazio 3D. I vertici formano gli angoli del triangolo che si uniscono da uno spigolo all'altro e creano la superficie complessiva dell'oggetto.

iii) Creazione della maglia

La struttura del file STL è costituita da triangoli che formano una maglia triangolare che rappresenta la mappa digitale della superficie dell'oggetto. Sono abbastanza piccoli da consentire un'approssimazione accurata della forma originale, ma semplici da elaborare per le stampanti 3D o i software.

iv) Controllo della risoluzione

La risoluzione del modello è indicata dal numero di triangoli utilizzati nella tassellatura. Un numero maggiore di triangoli produce un modello più accurato e dettagliato, ma aumenta le dimensioni del file e le richieste di processo. Al contrario, pochi triangoli semplificano il modello, ma possono far apparire le curve come blocchi o sfaccettature.

v) Rappresentazione STL

Nei file STL, i triangoli sono utili perché sono più facili da calcolare e lavorare per la stampa 3D. Ogni triangolo ha un vettore normale associato che indica la direzione in cui è rivolta la superficie. Questo aiuta le stampanti 3D a capire come costruire l'oggetto strato per strato.

Tipi di file STL binari e ASCII

I file STL sono disponibili in due formati principali: codifica ASCII e codifica binaria.

File STL ASCII

I file STL ASCII sono leggibili dall'uomo e forniscono una descrizione in testo semplice dell'orientamento e della posizione di ciascun triangolo. Sebbene siano più facili da debuggare e da leggere, sono più grandi delle controparti binarie.

Ad esempio, un file di dimensioni maggiori può diventare impraticabile nel caso di modelli complessi. Un semplice modello 3D potrebbe avere 1 MB in formato binario, ma quando viene convertito in ASCII arriva a 5-10 MB, rendendo difficile il trasferimento e l'elaborazione dei file. Se si lavora con una stampante 3D o Software CADdeve leggere e interpretare ogni riga. A causa delle sue dimensioni, il caricamento di modelli particolarmente complessi richiede più tempo, ritardando i passaggi.

I file STL ASCII iniziano con la parola chiave "solid" e contengono una serie di definizioni di "facet". Ogni sfaccettatura comprende tre vertici e un vettore normale.

File STL binari

I file STL binari sono la scelta preferita in varie applicazioni perché sono compatti ed efficienti. Velocizzano l'elaborazione e riducono le dimensioni dei file di informazioni simili. Nella gestione di progetti su larga scala, come prototipi complessi o tipi industriali, le aziende lavorano con centinaia di file al giorno. I file binari STL di dimensioni ridotte si traducono in download e upload veloci, riducendo il consumo di larghezza di banda. Inoltre, alcune operazioni come il rendering e lo slicing per la stampa 3D comportano tempi di elaborazione più rapidi.

I file binari sono facilmente gestibili dai moderni software 3D. Strumenti di editing e di controllo degli errori come MeshLab e Netfab possono gestire questi file senza problemi.

I file STL binari iniziano con un'intestazione di 80 byte, seguita da numeri interi senza segno di 4 byte che rappresentano il numero di triangoli nel file. Ogni triangolo ha 12 byte per la normale e 36 byte per i vertici (3 vertici).

Creazione ed esportazione di file STL

Alcuni popolari programmi CAD consentono agli utenti di creare ed esportare file STL. I più famosi sono:

Solidworks: il più usato da ingegneri e professionisti nella modellazione 3D. Offre funzionalità avanzate come simulazioni e analisi integrate per testare i progetti prima della stampa. Fornisce opzioni di esportazione STL complete, come il controllo del formato (ASCII o binario) e della risoluzione.

Tinkercad: Dispone di interfacce drag-and-drop per facilitare la creazione di modelli 3D. Adatto ai principianti e agli educatori che non hanno alcuna esperienza precedente nella progettazione. Offre l'esportazione diretta in formato STL.

Fusion 360: un popolare strumento per il CAD 3D, il CAM e il CAE, utile per la progettazione e l'ingegnerizzazione dei prodotti. Offre funzioni di modellazione avanzate, come la scultura e la progettazione parametrica.

Oltre a queste opzioni, diversi altri strumenti CAD, tra cui FreeCAD, SketchUp e Blender, sono in grado di esportare file STL.

Creazione ed esportazione di un file STL

1. Aprire Solidworks o Tinkercad, a seconda dell'applicazione CAD scelta.
2. Creare il modello o il progetto con gli strumenti del software.
3. Salvare ed esportare il progetto: una funzione di salvataggio automatico consente di salvare facilmente un file STL creato dal software e di esportarlo sul computer. Tuttavia, prima di esportare, è necessario controllare l'uniformità del modello, i fori nelle parti e le dimensioni. Controllare la risoluzione: in caso di bassa risoluzione, i triangoli appariranno sulla superficie del modello dopo la stampa. Regolare il livello di tolleranza in modo che i file STL possano essere stampati senza problemi. 

Parametri come l'angolo e l'altezza della corda indicano la distanza tra la stampa 3D e la superficie CAD. Idealmente, l'altezza della corda è di 1/20^th la dimensione della superficie di stampa. Lunghezza della corda inferiore a 1 micron ma non troppo bassa e tolleranza angolare del 15⁰.

• Scegliere un programma di slicer: Cura è lo slicer open-source di Ultimaker più utilizzato, perché è più facile e flessibile da usare.
• Caricare il file e convertirlo in un file Codice G (lingua della stampante) utilizzando il software di affettatura preferito.

File STL Regola speciale

1. Regola di orientamento

Questa regola definisce come la direzione di ogni triangolo (sfaccettatura) sia influenzata dal suo vettore nominale. Questo vettore indica la direzione in cui il triangolo è rivolto e aiuta a determinare l'interno e l'esterno dell'oggetto. Il vettore normale punta lontano dalla superficie e indica l'esterno della stampante 3D. L'orientamento errato della normale altera l'interpretazione delle caratteristiche, causando errori di stampa.

I vertici seguono la regola della mano destra, dove il pollice indica la direzione della normale e le dita la direzione dei vertici. Questo segue l'ordine antiorario.

2. Regola dei vertici

Questa regola stabilisce che ogni triangolo deve condividere due vertici con i triangoli. adiacenti. Questo assicura che i triangoli siano posizionati in modo preciso e fondamentale per il rendering bot e il funzionamento regolare della stampa 3D.

3. La regola dell'ottante tutto positivo

Secondo questa regola, le coordinate dei vertici dei triangoli devono essere tutte positive. Ciò limita l'intero modello 3D o il primo ottante del sistema di coordinate 3D all'area in cui tutte le coordinate sono positive. In questo modo si semplifica il disegno e si risparmia spazio. Questo approccio semplifica la modellazione in contesti specifici, ma non è un requisito per tutti i file STL.

4. La regola dell'ordinamento a triangolo

In base alla regola dell'ordinamento dei triangoli, la disposizione dei triangoli è in ordine crescente di coordinazione z. Questo formato semplifica il processo di slicing dei modelli 3D, consentendo una preparazione più rapida ed efficace per la stampa 3D.

Ottimizzazione dei file STL per la stampa 3D

Il formato di file STL ricrea parzialmente la superficie di un modello CAD producendo una mesh adatta alla stampa 3D. Tuttavia, l'ottimizzazione è essenziale per garantire risultati ottimali. La risoluzione del file STL influisce in modo significativo sulla qualità della stampa. Un numero maggiore di triangoli significa una risoluzione più elevata e superfici lisce, ma un aumento delle dimensioni del file. Ridurre il numero di poligoni unendo i vertici o riducendo i poligoni non necessari alleggerisce il carico. Il software di slicing lo trova più facile da elaborare e presenta pochi errori. Infine, per un processo senza intoppi, è necessario che il modello sia a tenuta stagna, senza spazi vuoti o collettori. L'equilibrio tra qualità e dimensioni è la chiave per ottimizzare i file STL.

Alternative ai file STL

Sebbene i file STL siano un'opzione comune per la stampa 3D, poche alternative offrono caratteristiche e funzionalità migliori.

STL vs OBJ

I file STL sono ampiamente utilizzati nella stampa 3D. Utilizzano il principio delle maglie triangolari per codificare la geometria. OBJ, invece, è utilizzato soprattutto per la scansione 3D. Combina diversi poligoni in un unico file per rappresentare la superficie.

 La tabella illustra i confronti.

STL vs STEP

In questo caso, i file STL memorizzano solo la geometria della superficie attraverso mesh triangolari, risultando leggeri e facili da elaborare. I file STEP sono molto più completi. Conservano l'intento progettuale e possono salvare i modelli come entità singole, ottenendo una maggiore precisione e curve più uniformi.

Di seguito è riportata una tabella di confronto:

STL vs 3MF

La stampa 3D preferisce i file STL per la loro semplicità e compatibilità. Il file 3MF (3D Manufacturing format) è basato su XML ed è più avanzato perché contiene tutte le informazioni necessarie per stampare un oggetto.

Di seguito è riportata una tabella di confronto;

STL vs codice G

Il file STL è destinato alla stampa 3D. Il software 3D slicer lo aiuta a comunicare con la stampante per la stampa. Il formato di file G-code, invece, è un insieme di istruzioni che guidano il processo della stampante. È comune nelle macchine da taglio come frese e torni.

Di seguito è riportato un confronto tra i due formati.

Conclusione

Il formato di file STL è stato come le cianografie digitali del mondo della stampa 3D. Nonostante la sua semplicità e la rapida traduzione dei modelli digitali in un formato stampabile, ha i suoi limiti. A prescindere dalle caratteristiche avanzate dei nuovi formati, l'STL rimane l'opzione preferita da molti progettisti. Tuttavia, è sempre importante scegliere il formato di file in base all'intento del file 3D.