STL FILE総合ガイド

STLは「Stereolithography」の略で、次のような一般的なファイル形式です。 3Dプリンティング そして CAD.3Dオブジェクトを、その表面形状を定義する三角形または多角形の集まりとして表現します。STLファイルタイプには、次のような略語があります：Standard Tessellation Language（標準テセレーション言語）またはStandard Triangle Language（標準三角形言語）。

STLは、複雑な形状を三角形の面に単純化し、3Dプリンターで簡単に理解できるようにします。デザインが複雑になればなるほど、より多くの三角形が使用され、最終的に解像度が上がります。

STL画像の特徴は、拡張子がstlであることと、色とテクスチャがないことです。

STLファイルフォーマットの歴史

1987年に3Dシステムズ社によって設立された。STLフォーマットは、同社のステレオリソグラフィCADプログラムの業界標準として急速に注目を集めた。STLは3Dプリントのために作られたもので、そのシンプルさゆえに現在に至っている。そのため、3Dプリントやモデリングで主に使用されている。2009年、STLファイルフォーマットの更新版であるSTL 2.0が発表された。

そのシンプルさにもかかわらず、3Dプリントとモデリング業界におけるSTLの関連性は続いている。

デジタル製造とCADにおけるSTLファイルの利点

デジタル・メーカーは、設計者がプロトタイプを設計、共有、印刷できるようにするSTLファイルに大きく依存しています。STLファイルは、CADの3Dモデルと物理オブジェクトの間の橋渡しの役割を果たします。このシンプルさが、複雑な部品を必要とすることが多い航空宇宙や医療などの業界にとって、STLを不可欠なものにしています。

STLファイルの仕組み

STLファイルは、主に「テッセレーション」として知られるプロセスを使用して、3Dオブジェクトの表面形状をエンコードします。

テッセレーションは、複雑なサーフェスをより単純で平らなポリゴンに単純化する技術です。STLファイルでは、これらのポリゴンは三角形の形をしている。1987年 チャック・ハルlステレオリソグラフィの発明者であるアルバート・コンサルティング・グループは、3D CADモデルを3Dプリンターに送る方法を必要としていました。アルバート・コンサルティング・グループは、3Dモデルの表面のテッセレーションを使って情報をエンコードすることで、この問題を解決した。

i) 表面近似

テッセレーションでは、円柱や球のような曲面も、一連のメッシュ三角形で示される。曲面の近似が滑らかであればあるほど、より多くの三角形が必要となります。しかし、これはファイルサイズと計算の複雑さを拡大し、パフォーマンスと解像度のトレードオフをもたらします。

ii) 3次元空間の三角形

三角形は3つの頂点を持ち、各頂点は3D空間におけるx、y、z座標を持つ。頂点は三角形の角を形成し、ある辺から別の辺へと結合し、オブジェクトの全体的な表面を作る。

iii) メッシュの作成

STLファイル構造は、オブジェクトのデジタルサーフェスマップを表す三角メッシュを形成する三角形で構成されています。この三角形メッシュは、元の形状を正確に近似するのに十分な大きさでありながら、3Dプリンターやソフトウェアの処理が簡単です。

iv) 解像度コントロール

モデルの解像度は、テッセレーションに使用される三角形の数で示されます。三角形の数が多いほど、より正確で詳細なモデルになりますが、ファイルサイズが大きくなり、処理量も増えます。逆に、三角形の数が少ないと、モデルは単純化されますが、曲線がブロック状やファセット状に見えてしまいます。

v) STL表現

STLファイルでは、三角形は3Dプリントの計算や作業がしやすいので便利です。各三角形には、表面がどの方向を向いているかを示す法線ベクトルが関連付けられています。これは、3Dプリンターがレイヤーごとにオブジェクトを構築する方法を理解するのに役立ちます。

バイナリとASCIIのSTLファイルタイプ

STLファイルには、主にASCIIエンコードとバイナリエンコードの2つの形式があります。

ASCII STLファイル

ASCII STLファイルは人間が読むことができ、各三角形の方向と位置をプレーンテキストで記述します。デバッグや読み取りが容易な反面、バイナリファイルよりもサイズが大きくなります。

例えば、複雑なモデルの場合、ファイルサイズが大きくなると実用的ではなくなります。単純な3Dモデルはバイナリ形式で1MBかもしれませんが、ASCIIに変換すると5～10MBになり、ファイルの転送や処理が困難になります。3Dプリンターや CADソフトウェアそのため、各行を読み込んで解釈する必要がある。サイズが大きいため、特に複雑なモデルの読み込みに時間がかかり、ステップが遅れる。

ASCII STLファイルは、キーワード "solid "で始まり、一連の "facet "定義を含む。各ファセットは3つの頂点と法線ベクトルで構成される。

バイナリSTLファイル

バイナリSTLファイルは、コンパクトで効率的であるため、さまざまなアプリケーションで最も好まれています。処理を高速化し、類似した情報のファイルサイズを縮小します。複雑なプロトタイプや工業タイプのような大規模プロジェクトを扱う企業は、1日に何百ものファイルを扱います。バイナリSTLの小さなファイルは、高速なダウンロードとアップロードを反映し、帯域幅の消費を抑えます。さらに、3Dプリント用のレンダリングやスライスのような一部の操作は、処理時間の短縮につながります。

バイナリファイルは、最新の3Dソフトウェアで簡単に管理できます。MeshLabやNetfabのような編集ツールやエラーチェックツールは、これらのファイルを難なく扱うことができます。

バイナリSTLファイルは80バイトのヘッダで始まり、ファイル内の三角形の数を表す4バイトの符号なし整数が続く。各三角形は12バイトの法線と36バイトの頂点（3頂点）を持つ。

STLファイルの作成とエクスポート

いくつかの一般的なCADプログラムでは、STLファイルの作成とエクスポートが可能です。最も有名なものは以下の通りです：

ソリッドワークス3Dモデリングにおいて、エンジニアや専門家に最も使用されています。印刷前に設計をテストするためのビルトインシミュレーションや解析のような高度な機能を提供。フォーマット（ASCIIまたはバイナリ）や解像度の制御など、包括的なSTLエクスポートオプションを提供します。

ティンカーキャド:ドラッグ＆ドロップで簡単に3Dモデルを作成できます。デザインの経験がない初心者や教育者に適しています。STLフォーマットへの直接エクスポートが可能。

フュージョン360 3次元CAD、CAM、CAE用の一般的なツールで、製品設計やエンジニアリングに役立ちます。スカルプトやパラメトリックデザインなどの強力なモデリング機能を提供します。

これらのオプション以外にも、FreeCAD、SketchUp、Blenderなど、いくつかのCADツールがSTLファイルのエクスポートに対応しています。

STLファイルの作成とエクスポート

1. お使いのCADアプリケーションに応じて、SolidworksまたはTinkercadを開きます。
2. ソフトウェアのツールを使用してモデルまたはデザインを作成します。
3. デザインの保存とエクスポート-自動保存機能により、ソフトウェアで作成したSTLファイルを簡単に保存し、コンピュータにエクスポートすることができます。ただし、エクスポートする前に、モデルの均一性、部品の穴、寸法をチェックしてください。解像度をチェックします。解像度が低い場合、印刷後にモデルの表面に三角形が現れます。STLファイルをシームレスに印刷できるように、トレランスレベルを高く調整してください。 

和弦の角度や高さなどのパラメータは、3DプリントとCADサーフェス間の距離を与えます。理想的なコードの高さは1/20です。^th 印刷面の大きさ。コード長は1ミクロン以下、ただし低すぎず、角度公差は15⁰.

• スライサープログラムの選択- Curaは、使いやすく柔軟性があるため、Ultimakerのオープンソーススライサーの中で最も広く使用されています。
• ファイルを読み込み、それを Gコード (プリンター言語)ファイルを、お好みのスライスソフトを使って作成します。

STLファイル 特別ルール

1.オリエンテーション・ルール

このルールは、各三角形（ファセット）の方向がその公称ベクトルによってどのように影響されるかを定義している。このベクトルは、三角形が向いている方向を示し、オブジェクトの内側と外側を決定するのに役立ちます。法線ベクトルは、3Dプリンターの外側を示す「外側」を示す表面から離れた方向を指します。法線の向きを間違えると、特徴の解釈が変わり、印刷エラーが発生します。

頂点は右手の法則に従う。親指は法線の方向、指は頂点の方向を指す。これは反時計回りの順序に従う。

2.頂点ルール

このルールは、すべての三角形は、三角形と2つの頂点を共有しなければならないというものである。隣接している。これにより、三角形が正確に配置され、ボットのレンダリングと3Dプリントでのスムーズな操作の基本となります。

3.全正八分則

この規則によれば、三角形の頂点の座標はすべて正でなければならない。これにより、3Dモデル全体、あるいは3D座標系の第1オクタントは、すべての座標が正となる領域に制限される。これにより、設計が単純化され、スペースが節約される。このアプローチは、特定のコンテキストでのモデリングを簡素化しますが、すべてのSTLファイルに対する要件ではありません。

4.三角形の並べ替えルール

三角形のソートルールに基づき、三角形の配置はz座標の昇順になります。このフォーマットにより、3Dモデルのスライスプロセスが効率化され、3Dプリントの準備がより迅速かつ効果的になります。

3Dプリント用STLファイルの最適化

STLファイル形式は、3Dプリントに適したメッシュを作成することで、CADモデルのサーフェスを部分的に再現します。ただし、最適な結果を得るためには最適化が不可欠です。STLファイルの解像度はプリントの品質に大きく影響します。三角形が多いほど解像度が高く滑らかなサーフェスになりますが、ファイルサイズは大きくなります。頂点を統合したり、不要なポリゴンを減らしたりしてポリゴン数を減らすと、負荷が軽くなります。スライスソフトも処理しやすくなり、エラーも少なくなります。最後に、スムーズな処理のためには、隙間やマニホールドのない水密性の高いモデルでなければならない。品質とサイズのバランスを保つことが、STLファイルを最適化する鍵です。

STLファイルの代替

STLファイルは3Dプリントの一般的なオプションですが、より優れた特徴と機能を提供する代替案はほとんどありません。

STL対OBJ

STLファイルは、3Dプリントで広く使用されています。一方、OBJは主に3Dスキャンに使用される。一方、OBJは主に3Dスキャンに使用されます。異なるポリゴンを1つのファイルにまとめ、サーフェスを表現します。

 表はその比較を示している。

STL vs STEP

この場合のSTLファイルは、三角メッシュを通してサーフェス形状のみを保存するため、軽量で処理が簡単です。STEPファイルはより包括的です。設計意図を保持し、単一エンティティとしてモデルを保存できるため、より高い精度と滑らかな曲線が得られます。

比較表は以下の通り：

STL vs 3MF

3Dプリントでは、シンプルで互換性が高いSTLファイルが好まれます。3MF（3Dマニュファクチャリングフォーマット）ファイルはXMLベースで、オブジェクトの印刷に必要なすべての情報が含まれているため、より高度です。

比較表を以下に示す；

STLとGコードの比較

STLファイルは3Dプリント用です。3Dスライサーソフトウェアは、印刷のためにプリンターと通信するのに役立ちます。比較的、Gコードファイル形式は、プリンタのプロセスをガイドする命令のセットです。フライスや旋盤のような切削機械で一般的。

2つのフォーマットの比較を以下に示す。

結論

STLファイル形式は、3Dプリントの世界におけるデジタル設計図のようなものです。シンプルで、デジタルモデルを印刷可能なフォーマットに迅速に変換できるにもかかわらず、これには限界があります。新しいフォーマットの高度な機能にかかわらず、STLは多くのデザイナーにとって最も適した選択肢であり続けています。とはいえ、3Dファイルの意図に応じてファイル形式を選択することは常に重要です。