STL 파일에 대한 종합 개요 가이드

'스테레오리소그래피'의 줄임말인 STL은 다음과 같은 용도로 널리 사용되는 파일 형식입니다. 3D 프린팅 및 CAD. 표면 모양을 정의하는 삼각형 또는 다각형의 모음으로 3D 개체를 나타냅니다. STL 파일 형식에는 다음과 같은 이니셜이 붙어 있습니다: 표준 테셀레이션 언어 또는 표준 트라이앵글 언어입니다.

STL은 복잡한 도형을 삼각형 면으로 단순화하여 3D 프린터에서 쉽게 이해할 수 있도록 합니다. 디자인이 복잡할수록 더 많은 삼각형이 사용되어 궁극적으로 해상도가 높아집니다.

STL 이미지의 특징은 .stl 파일 확장자와 색상 및 텍스처가 없다는 점입니다.

STL 파일 형식의 역사

1987년 3D Systems에 의해 설립되었습니다. STL 형식은 광조형 CAD 프로그램의 업계 표준으로 빠르게 주목을 받았습니다. STL은 3D 프린팅을 위해 만들어졌으며 그 단순성 덕분에 여전히 관련성을 유지하고 있습니다. 그렇기 때문에 3D 프린팅과 모델링에 주로 사용됩니다. 2009년에는 STL 파일 형식의 업데이트 버전인 STL 2.0이 출시되었습니다.

단순함에도 불구하고 3D 프린팅 및 모델링 업계에서 STL의 관련성은 꾸준히 유지되고 있습니다.

디지털 제조 및 CAD에서 STL 파일의 이점

디지털 제조업체는 디자이너가 프로토타입을 설계, 공유 및 인쇄할 수 있는 STL 파일에 크게 의존합니다. STL 파일은 CAD에서 3D 모델과 실제 오브젝트 사이의 가교 역할을 합니다. 이러한 단순성 덕분에 STL은 복잡한 부품이 필요한 항공우주 및 의료와 같은 산업에 없어서는 안 될 필수 요소입니다.

STL 파일 작동 방식

STL 파일은 주로 '테셀레이션'이라는 프로세스를 사용하여 3D 오브젝트의 표면 지오메트리를 인코딩합니다.

테셀레이션은 복잡한 표면을 더 단순하고 평평한 다각형으로 단순화하는 기술입니다. STL 파일에서 이러한 다각형은 삼각형 모양입니다. 1987년 척 헐l스테레오리소그래피의 발명가인 Albert는 3D CAD 모델을 3D 프린터로 전송할 방법이 필요했습니다. 알버트 컨설팅 그룹은 3D 모델 표면의 테셀레이션을 사용하여 정보를 인코딩함으로써 이 문제를 해결했습니다.

i) 표면 근사치

테셀레이션에서는 원통이나 구와 같은 곡면도 일련의 메시 삼각형으로 표시됩니다. 곡면 근사치가 부드러울수록 더 많은 트라이앵글이 필요합니다. 그러나 이로 인해 파일 크기와 계산 복잡성이 증가하여 성능과 해상도 간에 상충되는 문제가 발생합니다.

ii) 3D 공간의 트라이앵글

삼각형에는 세 개의 꼭지점이 있으며 각 꼭지점에는 3D 공간에서 x, y, z 좌표가 있습니다. 정점은 삼각형의 모서리를 형성하고 한 모서리에서 다른 모서리로 연결되며 객체의 전체 표면을 만듭니다.

iii) 메시 생성

STL 파일 구조는 물체의 디지털 표면 맵을 나타내는 삼각형 메시를 형성하는 삼각형으로 구성됩니다. 원래 모양을 정확하게 근사화할 수 있을 만큼 작지만 3D 프린터나 소프트웨어가 처리하기에는 간단합니다.

iv) 해상도 제어

모델 해상도는 테셀레이션에 사용된 트라이앵글의 수로 표시됩니다. 트라이앵글 수가 많을수록 모델은 더 정확하고 세밀해지지만 파일 크기와 프로세스 요구 사항이 증가합니다. 반대로 트라이앵글 수가 적으면 모델은 단순화되지만 커브가 블록처럼 보이거나 패싯이 생길 수 있습니다.

v) STL 표현

STL 파일에서 삼각형은 3D 프린팅을 위해 계산하고 작업하기 쉽기 때문에 유용합니다. 각 삼각형에는 표면이 향하는 방향을 나타내는 관련 법선 벡터가 있습니다. 이는 3D 프린터가 오브젝트를 레이어별로 제작하는 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다.

바이너리 및 ASCII STL 파일 형식 비교

STL 파일은 ASCII 인코딩과 바이너리 인코딩의 두 가지 주요 형식으로 제공됩니다.

ASCII STL 파일

ASCII STL 파일은 사람이 읽을 수 있으며 각 삼각형의 방향과 위치에 대한 일반 텍스트 설명을 제공합니다. 디버깅과 읽기가 더 쉽지만 바이너리 파일보다 크기가 더 큽니다.

예를 들어 복잡한 모델의 경우 파일 크기가 크면 실용적이지 않을 수 있습니다. 간단한 3D 모델의 경우 바이너리 형식의 파일 용량은 1MB이지만 ASCII로 변환하면 5~10MB까지 늘어나 파일 전송 및 처리가 어려워집니다. 3D 프린터로 작업하거나 CAD 소프트웨어를 사용하면 각 줄을 읽고 해석해야 합니다. 크기 때문에 특히 복잡한 모델을 로드하는 데 시간이 오래 걸리므로 단계가 지연됩니다.

ASCII STL 파일은 키워드 "solid"로 시작하며 일련의 "패싯" 정의가 포함되어 있습니다. 모든 패싯은 세 개의 꼭지점과 하나의 정규 벡터로 구성됩니다.

바이너리 STL 파일

바이너리 STL 파일은 작고 효율적이기 때문에 다양한 애플리케이션에서 가장 선호되는 선택입니다. 처리 속도가 빨라지고 유사한 정보의 파일 크기가 줄어듭니다. 복잡한 프로토타입이나 산업 유형과 같은 대규모 프로젝트를 처리하는 기업들은 하루에 수백 개의 파일을 처리합니다. 바이너리 STL의 작은 파일은 빠른 다운로드와 업로드로 대역폭 소비를 줄여줍니다. 또한 3D 프린팅을 위한 렌더링 및 슬라이싱과 같은 일부 작업은 처리 시간이 더 빨라집니다.

바이너리 파일은 최신 3D 소프트웨어로 쉽게 관리할 수 있습니다. 메시랩, 넷팹과 같은 편집 및 오류 검사 툴을 사용하면 이러한 파일을 손쉽게 처리할 수 있습니다.

바이너리 STL 파일은 80바이트 헤더로 시작하며, 파일에 있는 삼각형의 수를 나타내는 4바이트 부호 없는 정수가 그 뒤에 이어집니다. 각 삼각형의 노멀은 12바이트, 버텍스는 36바이트(꼭지점 3개)입니다.

STL 파일 생성 및 내보내기

일부 인기 있는 CAD 프로그램에서는 STL 파일을 생성하고 내보낼 수 있습니다. 가장 유명한 것은 다음과 같습니다:

Solidworks엔지니어와 3D 모델링 전문가가 가장 많이 사용합니다. 내장된 시뮬레이션 및 분석과 같은 고급 기능을 제공하여 인쇄 전에 디자인을 테스트할 수 있습니다. 포맷(ASCII 또는 바이너리) 및 해상도 제어와 같은 포괄적인 STL 내보내기 옵션을 제공합니다.

팅커캐드: 드래그 앤 드롭 인터페이스로 3D 모델을 쉽게 만들 수 있습니다. 디자인 경험이 없는 초보자 및 교육자에게 적합합니다. STL 형식으로 직접 내보내기 기능을 제공합니다.

Fusion 360: 3D CAD, CAM, CAE에 널리 사용되는 도구로 제품 디자인 및 엔지니어링에 유용합니다. 스컬프팅 및 파라메트릭 디자인과 같은 강력한 모델링 기능을 제공합니다.

이러한 옵션 외에도 FreeCAD, SketchUp, Blender를 비롯한 여러 다른 CAD 도구에서도 STL 파일을 내보낼 수 있습니다.

STL 파일 생성 및 내보내기

1. 선택한 CAD 애플리케이션에 따라 Solidworks 또는 Tinkercad를 엽니다.
2. 소프트웨어의 도구를 사용하여 모델 또는 디자인을 만듭니다.
3. 디자인 저장 및 내보내기 - 자동 저장 기능을 사용하면 소프트웨어에서 생성한 STL 파일을 쉽게 저장하고 컴퓨터로 내보낼 수 있습니다. 그러나 내보내기 전에 모델의 균일성, 부품의 구멍 및 치수를 확인하십시오. 해상도가 낮은 경우 인쇄 후 모델 표면에 삼각형이 나타날 수 있으므로 해상도를 확인합니다. STL 파일이 원활하게 인쇄될 수 있도록 허용 오차 수준을 높게 조정합니다. 

코드의 각도 및 높이와 같은 매개 변수는 3D 프린트와 CAD 표면 사이의 거리를 나타냅니다. 이상적으로는 코드 높이가 1/20입니다.^th 인쇄 표면의 크기입니다. 코드 길이가 1미크론 미만이지만 너무 낮지 않아야 하며 각도 허용 오차 15%⁰.

• 슬라이서 프로그램 선택 - Cura는 사용하기 쉽고 유연하기 때문에 가장 널리 사용되는 Ultimaker의 오픈 소스 슬라이서입니다.
• 파일을 로드하고 G-코드 (프린터 언어) 파일을 원하는 슬라이싱 소프트웨어로 변환합니다.

STL 파일 특별 규칙

1. 오리엔테이션 규칙

이 규칙은 각 삼각형(면)의 방향이 명목 벡터의 영향을 받는 방식을 정의합니다. 이 벡터는 삼각형이 향하는 방향을 나타내며 오브젝트의 내부와 외부를 결정하는 데 도움이 됩니다. 법선 벡터는 3D 프린터에 외부를 나타내는 '외부'를 나타내는 표면에서 멀어지는 방향을 가리킵니다. 노멀의 방향이 잘못되면 피처의 해석이 변경되어 인쇄 오류가 발생합니다.

정점은 오른쪽 규칙을 따르며, 엄지손가락은 정점의 노멀 방향과 손가락 방향을 가리킵니다. 이는 시계 반대 방향 순서를 따릅니다.

2. 버텍스 규칙

이 규칙에 따르면 모든 삼각형은 두 개의 꼭지점을 삼각형과 공유해야 합니다. 인접합니다. 이렇게 하면 삼각형이 정확하게 배치되고 3D 프린팅에서 봇 렌더링과 원활한 작동을 위한 기본이 됩니다.

3. 모든 포지티브 옥탄트 규칙

이 규칙에 따르면 삼각형 꼭지점의 모든 좌표는 모두 양수여야 합니다. 이렇게 하면 전체 3D 모델 또는 3D 좌표계의 첫 번째 옥탄트가 모든 좌표가 양수인 영역으로 제한됩니다. 이렇게 하면 설계가 단순화되고 공간이 절약됩니다. 이 접근 방식은 특정 상황에서 모델링을 간소화하지만 모든 STL 파일에 반드시 필요한 것은 아닙니다.

4. 삼각형 정렬 규칙

삼각형 정렬 규칙에 따라 삼각형의 배열은 z 좌표의 오름차순으로 정렬됩니다. 이 형식은 3D 모델의 슬라이싱 프로세스를 간소화하여 3D 프린팅을 더 빠르고 효과적으로 준비할 수 있습니다.

3D 프린팅을 위한 STL 파일 최적화

STL 파일 형식은 3D 프린팅에 적합한 메시를 생성하여 CAD 모델의 표면을 부분적으로 재현합니다. 그러나 최적의 결과를 얻으려면 최적화가 필수적입니다. STL 파일의 해상도는 인쇄 품질에 큰 영향을 미칩니다. 삼각형이 많을수록 해상도가 높아지고 표면이 매끄러워지지만 파일 크기가 커집니다. 정점을 병합하거나 불필요한 폴리곤을 줄여 폴리곤 수를 줄이면 부하가 줄어듭니다. 슬라이싱 소프트웨어는 처리하기가 더 쉬워지고 오류가 거의 발생하지 않습니다. 마지막으로, 원활한 프로세스를 위해서는 틈이나 매니폴드가 없는 수밀 모델이 확실해야 합니다. 품질과 크기 사이의 균형을 유지하는 것이 STL 파일 최적화의 핵심입니다.

STL 파일의 대체 파일

STL 파일은 3D 프린팅을 위한 일반적인 옵션이지만, 더 나은 기능을 제공하는 대안은 거의 없습니다.

STL 대 오브젝트

STL 파일은 3D 프린팅에 널리 사용됩니다. 삼각형 메쉬 원리를 사용하여 지오메트리를 인코딩합니다.반면에 OBJ는 주로 3D 스캐닝에 사용됩니다. 서로 다른 다각형을 단일 파일로 결합하여 표면을 표현합니다.

 표에 비교 내용이 나와 있습니다.

STL vs STEP

이 경우 STL 파일은 삼각형 메시를 통해 표면 지오메트리만 저장하므로 가볍고 처리하기 쉽습니다. STEP 파일은 훨씬 더 포괄적입니다. 디자인 의도를 유지하고 모델을 단일 엔티티로 저장할 수 있어 정확도가 높고 곡선이 부드러워집니다.

비교 표는 다음과 같습니다:

STL vs 3MF

3D 프린팅은 단순성과 호환성 때문에 STL 파일을 선호합니다. 3MF(3D 제조 형식) 파일은 객체를 인쇄하는 데 필요한 모든 정보가 포함되어 있기 때문에 XML 기반이며 더 고급입니다.

아래에 비교 표가 나와 있습니다;

STL과 G코드

STL 파일은 3D 프린팅용입니다. 3D 슬라이서 소프트웨어는 인쇄를 위해 프린터와 통신하는 데 도움이 됩니다. 이에 비해 G코드 파일 형식은 프린터 프로세스를 안내하는 일련의 지침입니다. 밀링 및 선반과 같은 절삭 기계에서 흔히 사용됩니다.

두 형식의 비교는 아래와 같습니다.

결론

STL 파일 형식은 3D 프린팅 세계의 디지털 청사진과 같은 역할을 해왔습니다. 디지털 모델을 인쇄 가능한 포맷으로 신속하게 변환할 수 있는 단순성에도 불구하고 한계가 있습니다. 최신 포맷의 고급 기능에도 불구하고 STL은 여전히 많은 디자이너가 선호하는 옵션입니다. 그럼에도 불구하고 3D 파일의 의도에 따라 파일 형식을 선택하는 것이 항상 중요합니다.