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STL文件格式详述

1、STL文件格式概述

STL文件格式是由美国3D Systems公司于1988年制定的一个接口协议,目前已成为快速成型(3D打印)领域的一种标准数据格式。

STL文件是通过三维模型表面的三角化获得的,即用小三角形面片去逼近自由曲面。STL文件是若干空间小三角形面片的集合,每个三角形面片用三角形的三个顶点和指向模型外部的三角形面片的法向量组成。

stl格式

STL文件必须遵循一定的规范才能正确地描述三维实体模:

1)共顶点规则。每一个三角面片必须与其相邻的每一个面片共两个顶点,即一个三角面片的顶点不能落在相邻的任何三角面片的边上。

stl文件

2)取向规则。单个面片法向量符合右手法则且其法向量必须指向实体外面。

stl格式

3)充满规则。小三角面片必须布满三维模型的所有表面,不得有任何遗漏。

4)取值规则。每个顶点的坐标值必须为非负,即STL文件的实体应该位于坐标系的第一象限。

STL文件有两种数据格式,一种是ASCII格式,一种是二进制格式。二进制格式文件要小得多,大约是ASCII格式的1/6,但ASCII格式的文件可读,便于测试。

2、STL格式文件特点

STL文件在3D打印领域中有广泛的应用,主要因为有以下优点:

1)STL文件生成的简单性。几乎所有的CAD软件均具有输出STL文件的功能,同时还可以控制输出的STL模型的精度。

2)输出文件广泛。几乎任何三维几何模型都可以通过表面的三角化生成STL文件。

3)具有简单的分层算法。由于STL文件数据简单,所以分层算法要相对简单的多。

4)模型易于分割。当成型的零件很大而很难在成型机上一次成型时,这时候应该将模型分割为多个小的部分分别制造,模型分割对STL文件来说要相对简单的多。

STL文件形成的这些有利因素都是由于用三角形网格来描述三维几何形体,但同时也带来了许多缺点:

1)近似性。STL模型只是三维曲面的近似描述,造成了一定的精度损失。

2)数据的冗余。STL文件有大量的冗余数据,因为三角形的每个顶点都分属于不同的三角形,所以同样一个顶点在STL文件中重复存储多次。同时,三角形面片的法向量也是一个不必要的信息,因为它可以通过顶点坐标得到。

3)信息的缺乏。STL文件缺乏三角面片之间的拓扑信息,这经常造成信息处理和分层的低效。同时,经过CAD模型到STL模型的转换之后,丢失了公差、零件颜色和材料等的信息。

4)精度损失。在STL文件中,顶点坐标都是单精度浮点型。而在原来的CAD模型中,顶点坐标一般都是双精度浮点型。STL文件中的顶点坐标必须为正值,这样,当坐标值较大时,可能会造成较大的误差。

5)错误和缺陷。在STL文件中还经常出现许多错误和缺陷,例如重叠面、孔洞、法向量错误等。

3、STL文件导出

由STL文件的特点可知,导出STL模型的精度与三角形面片的尺寸直接相关。三角形面片尺寸越小、数量越多,则模型越接近原始CAD曲面。当模型存在复杂曲面时,导出精度过低会使模型偏离较大,有时会产生STL模型的错误与缺陷。在导出STL文件时,尽量提高导出模型的精度,过密集的三角面片很方便在Magics软件中简化。

实体造型得到的CAD模型导出STL文件一般错误较少,曲面造型方式则容易出现各种问题。建模时优先考虑实体建模方式,或者曲面建模后再转实体。导出实体前要尽量布尔运算,以减小模型修复工作量。

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