Các định dạng file in 3D và cách sử dụng phù hợp
Có nhiều định dạng file khác nhau để sử dụng trong công nghệ in 3D, nhưng phổ biến nhất là bốn định dạng file STL, AMF, 3MF và OBJ. Mỗi loại lại có những đặc trưng riêng, ưu nhược điểm khác nhau. Trong nội dung bài viết này, hãy cùng game đánh bài online tìm hiểu những đặc điểm của các định dạng file in 3D trên và biết được nên sử dụng chúng trong những trường hợp nào.
Quy trình in 3D cần những file và phần mềm nào?
Để hiểu rõ hơn về định dạng tệp in 3D, chúng ta sẽ tìm hiểu một chút về cách thức hoạt động của công nghệ in 3D. Máy in 3D tạo ra các vật thể bằng cách tạo dựng chúng theo từng lớp (Xem thêm bài viết Tìm hiểu về các công nghệ in 3D hiện nay). Do vậy, sau khi thiết kế một mô hình và lưu nó ở định dạng tệp in 3D, bước quan trọng tiếp theo là cắt lát mô hình ảo đó thành nhiều lớp mỏng nằm ngang. Đây là bước thường được thực hiện bởi những người trực tiếp vận hành máy in 3D.
Phần mềm cắt lát sau đó quét các lớp này và sử dụng thông tin để tạo ra G-Code, một tập hợp các hướng dẫn chi tiết chỉ định cách máy in 3D thực hiện các chuyển động để tạo ra vật thể mong muốn. Tệp G-Code này được gửi đến máy in để thực hiện quá trình in 3D. Phần mềm cắt lát cần thiết để chuẩn bị cho quá trình in nhưng không hoạt động với các định dạng file 3D tiêu chuẩn như STEP, IPT và SLDPRT. Các định dạng này trước hết phải được chuyển đổi sang định dạng tệp của sản xuất bồi đắp.
Một số máy in 3D được trang bị phần mềm cắt lát của riêng chúng, cho phép người dùng sử dụng trực tiếp mô hình ở định dạng tệp in 3D mà không cần phần mềm của bên thứ ba. Sự tích hợp này có thể giúp đơn giản hóa cho quá trình in và tăng cường khả năng tương thích giữa file mô hình 3D và khả năng của máy in.
Thông tin chứa trong tệp in 3D rất quan trọng để in thành công. Định dạng tệp xác định dữ liệu cụ thể mà chúng lưu trữ, được sử dụng để tạo mã máy cần thiết. Thông tin thiết yếu bao gồm hình học, kết cấu, màu sắc và vật liệu. Các định dạng tệp CAD 3D thông thường thường không mã hóa dữ liệu này dành riêng cho in 3D, do đó cần có các định dạng tệp in 3D chuyên dụng.
Trong các định dạng tệp in 3D hiện nay, phổ biến nhất là STL, AMF, 3MF và OBJ. Tiếp theo chúng ta sẽ so sánh sự khác nhau giữa chúng.
So sánh các định dạng STL, 3MF, AMF và OBJ
| Định dạng tập tin | Lưu dưới dạng đuôi | Trường hợp sử dụng | Đặc trưng | Hạn chế | Kích thước tập tin |
| 3MF | .3mf | Các ứng dụng hiện đại, đa năng, ví dụ sản phẩm tiêu dùng có tính năng chi tiết, đồ vật làm từ nhiều vật liệu khác nhau | Nhỏ gọn và hiệu quả; hỗ trợ các tính năng nâng cao như màu sắc, vật liệu và hình học phức tạp | Hỗ trợ ngày càng nhiều nhưng chưa phổ biến như STL; có thể cần phần mềm hiện đại | 2-30 MB, nén hiệu quả giúp giữ kích thước nhỏ hơn |
| AMF | .amf | Các ứng dụng nâng cao cần các thuộc tính chi tiết, ví dụ nguyên mẫu đa vật liệu, mẫu màu phức tạp | Hỗ trợ nhiều vật liệu, màu sắc và kết cấu; lý tưởng cho các thiết kế phức tạp | Ít được hỗ trợ rộng rãi bởi máy in 3D và phần mềm; phức tạp hơn STL | Thông thường là 10-100 MB, có thể lớn hơn với dữ liệu phức tạp |
| OBJ | .obj | Các mô hình chi tiết yêu cầu kết cấu và màu sắc, ví dụ mô hình nhân vật trong trò chơi, thiết kế kiến trúc phức tạp | Hỗ trợ các đặc tính về kết cấu, màu sắc và vật liệu; cho phép hiển thị chi tiết cao | Có thể lớn và phức tạp do dữ liệu bổ sung; có thể yêu cầu quản lý nhiều tệp (hình học, kết cấu) | Không có kết cấu: 5-50 MB; có kết cấu: lên đến vài trăm MB |
| STL | .stl | Nguyên mẫu và các bộ phận đơn giản, ví dụ các chi tiết cơ khí cơ bản | Lưu trữ hình học dưới dạng tập hợp các hình tam giác; được hỗ trợ rộng rãi trên các nền tảng in 3D | Không hỗ trợ màu sắc, kết cấu hoặc các đặc tính vật liệu chi tiết | Thông thường là 1-25 MB, có thể được tối ưu hóa xuống 100 KB với chi tiết giảm bớt |
Đặc điểm tập tin STL
STL (STereoLithography) là định dạng tệp được sử dụng rộng rãi nhất trong in 3D. Tính đơn giản và khả năng tương thích với nhiều loại máy in 3D của nó khiến STL trở thành lựa chọn phù hợp cho nhiều phần mềm CAD 3D và ứng dụng in 3D.
Một đặc điểm chính của STL là nó lưu trữ hình dạng ba chiều của một vật thể bằng cách sử dụng các phép ghép hình. Ghép hình là quá trình phủ một bề mặt bằng một loạt các mảnh hình học nhỏ theo cách không có khoảng trống hoặc chồng chéo nhau, có thể hiểu nó giống như lát gạch cho một bề mặt. Trong các tệp STL, dạng hình học của mô hình 3D được mã hóa bằng nhiều hình tam giác phủ lên bề mặt của mô hình.
Do đó, với các bề mặt cong, cần một số lượng lớn các hình tam giác nhỏ tùy ý để bảo phủ lên bề mặt đó, nhằm đạt được độ chính xác bề mặt cao nhất. Tuy nhiên, số lượng hình tam giác được sử dụng trong mô hình càng nhiều thì kích thước tệp càng lớn.
Một đặc điểm phân biệt khác của định dạng STL là nó chỉ lưu trữ dữ liệu hình học. Những dữ liệu khác như màu sắc, kết cấu và vật liệu bị bỏ qua. Đối với các nguyên mẫu đơn giản thì tệp STL vẫn phù hợp với các máy in 3D chỉ có thể in một màu và một vật liệu tại một thời điểm. Tuy nhiên, với những tiến bộ trong in 3D thì các mẫu in hiện nay thường đòi hỏi nhiều màu và nhiều loại vật liệu hơn, cũng như kết cấu phức tạp hơn, đồng thời in 3D cũng đã được sử dụng phổ biến hơn để sản xuất các sản phẩm nhiều chức năng, có thể sẵn sàng sử dụng thì định dạng tệp STL đang có phần nhiều hạn chế.
| Ưu điểm | Nhược điểm |
| – Tương thích với hầu hết các phần cứng và phần mềm trong in 3D.
– Định dạng tệp in 3D được sử dụng và chia sẻ rộng rãi nhất, dễ dàng tìm các file in 3D STL trên các website chia sẻ trực tuyến. |
– Chỉ có thể lưu trữ dữ liệu hình học, các dữ liệu màu sắc, kết cấu và vật liệu không hữu dụng.
– Mức độ thể hiện chi tiết bị hạn chế, ví dụ các bề mặt cong thường thiếu độ mềm mại. – Độ chính xác của tập tin càng cao thì kích thước dung lượng của nó sẽ càng lớn. – Có thể bị lỗi chồng chéo các hình tam giác hoặc xuất hiện lỗ trống trên mô hình 3D. Những khuyết điểm này có thể được phát hiện và sửa chữa, tuy nhiên sẽ tốn nhiều thời gian. – Tính năng scale và units không được thiết lập. |
Đặc điểm tập tin AMF
Định dạng file in 3D AMF được coi là phiên bản cập nhật của STL, nó giải quyết được những hạn chế của tệp tin STL, được Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) phát triển dành riêng cho sản xuất bồi đắp vào năm 2013.
Giống với STL, định dạng AMF cũng sử dụng phép chia tam giác để lưu trữ dữ liệu hình học của vật thể. Nhưng khác ở chỗ, các tam giác trong AMF có thể uốn cong, giúp cho việc biểu diễn dữ liệu bề mặt vật thể được chính xác hơn. Điều này cũng mang đến kích thước tệp tin nhỏ hơn vì sẽ cần ít hình tam giác hơn để biểu diễn chính xác các bề mặt cong.
Hơn nữa, các tệp AMF có thể lưu trữ dữ liệu màu sắc, kết cấu, vật liệu, bản sao, hướng và lưới, cũng như siêu dữ liệu. Điều này khiến nó vượt trội hơn nhiều về mặt kỹ thuật so với các tệp tin STL.
| Ưu điểm | Nhược điểm |
| – Có thể lưu trữ tất cả các dữ liệu và siêu dữ liệu về một mô hình vật thể.
– Tỷ lệ có thể được chỉ định theo nhiều đơn vị khác nhau. – Khả năng xảy ra lỗi rất thấp. – Kích thước tập tin nhỏ. |
– Hỗ trợ vẫn còn hạn chế.
– Quá trình được các bên chấp nhận ứng dụng diễn ra chậm. – Không được hỗ trợ bởi tất cả các nền tảng và phần mềm in 3D. |
Đặc điểm tập tin 3MF
Sau khi phân tích những hạn chế và việc định dạng tệp AMF được ứng dụng chậm chạp trong ngành, một số tên tuổi lớn nhất trong lĩnh vực in 3D bao gồm Autodesk, 3D Systems, Stratasys, HP, Microsoft đã cùng nhau thành lập một tổ chức được gọi là Liên minh 3MF. Tổ chức này đã phát triển định dạng tệp in 3D 3MF rất giống với AMF nhưng được chấp nhận rộng rãi hơn nhiều.
Sự ảnh hưởng tới ngành công nghiệp và lượng khách hàng rộng lớn của liên minh 3MF, cũng như chức năng của định dạng tệp in 3D 3MF là những lý do khiến định dạng này được nhanh chóng phổ biến hơn.
Định dạng 3MF có tất cả các đặc tính kỹ thuật của AMF, hơn hết nó còn sử dụng các đường lưới mô tả độ cong và độ bo tròn cho bề mặt vật thể. Nó cũng có thể lưu trữ dữ liệu về màu sắc, kết cấu, vật liệu in và hướng, đặc biệt nó có độ chính xác cao đáng tin cậy.
Dữ liệu 3MF được lưu trữ ở định dạng XML, giúp người dùng có thể đọc được để dễ dàng phát triển và sửa đổi. Các tệp 3MF hầu như không có lỗi và sẵn sàng để in, một ưu điểm được đánh giá cao trong in 3D.
| Ưu điểm | Nhược điểm |
| – Tương đối phổ biến và tương thích với rất nhiều phần mềm.
– Lưu trữ dữ liệu hình học một cách chính xác. – Có thể lưu trữ tất cả các dữ liệu liên quan đến một mô hình. – Lưu trữ tất cả dữ liệu, siêu dữ liệu và thuộc tính trong một kho lưu trữ duy nhất. |
– Không tương thích trên tất cả các nền tảng.
– Quá phức tạp cho các ứng dụng đơn giản. – Có khả năng trở thành định dạng tệp độc quyền bị tính phí. |
Đặc điểm tập tin OBJ
Định dạng OBJ được phát triển bởi WaveFront Technologies, ban đầu được sử dụng trong thiết kế đồ họa như một định dạng tệp trao đổi trung tính. Với sự phát triển của máy in nhiều màu và nhiều vật liệu, định dạng tệp này sau đó đã được ngành công nghiệp in 3D sử dụng.
OBJ được ứng dụng khá phổ biến, chỉ kém định dạng STL. Tuy nhiên, khác với STL chỉ lưu trữ dữ liệu hình học, OBJ có thể lưu trữ cả dữ liệu hình học và màu sắc, kết cấu, vật liệu. Dữ liệu màu được lưu trữ trong một tệp MTL (Mẫu vật liệu) đi kèm riêng biệt. Mỗi tệp OBJ phải được chia sẻ với tệp MTL tương ứng để có thể in màu.
Một đặc điểm quan trọng khác của định dạng OBJ là nó cho phép mã hóa hình học của một mô hình bằng nhiều loại hình học khác nhau như tứ giác, đa giác, chứ không chỉ là hình tam giác. Bạn cũng có thẻ sử dụng các phép mã hóa tiên tiến và chính xác hơn như đường cong và bề mặt dạng tự do. Những điều này cho phép các tệp OBJ lưu trữ các mô hình với độ chính xác rất cao.
| Ưu điểm | Nhược điểm |
| – Lưu trữ dữ liệu hình học, màu sắc, kết cấu và vật liệu một cách rất chính xác.
– Định dạng tệp chuẩn trung lập, mã nguồn mở được nhiều phần mềm hỗ trợ. |
– Chứa lượng lớn các dữ liệu phức tạp, điều này khiến cho việc chia sẻ hoặc chỉnh sửa tốn thời gian.
– Dữ liệu màu sắc và kết cấu được lưu trữ trong một tệp riêng biệt khác. |
Đặc điểm tập tin STEP
Tệp tin STEP (STP) là định dạng chuẩn được sử dụng trong CAD và kỹ thuật. Chúng lưu trữ các mô hình 3D chi tiết với hình học chính xác và lý tưởng cho các thiết kế và lắp ráp kỹ thuật phức tạp.
Tệp STEP không thể sử dụng trực tiếp để in 3D và cần được chuyển đổi sang các định dạng khác có hỗ trợ in 3D. Việc chuyển đổi này có thể được thực hiện bằng nhiều công cụ phần mềm CAD khác nhau như SolidWorks hoặc các phần mềm được phát triển và tích hợp sẵn trên máy in từ các nhà sản xuất máy in 3D.
Cách giảm dung lượng cho tệp in 3D
- Sử dụng các công cụ điều chỉnh kích thước: Nhập mô hình vào CAD hoặc phần mềm mô hình hóa 3D (ví dụ Blender, Tinkercad hoặc Fusion 360) và sử dụng công cụ Scaling để điều chỉnh kích thước theo tỷ lệ.
- Điều chỉnh độ phân giải tệp: Áp dụng chức năng “Reduce” hoặc “Simplify” của Meshmixer hoặc các công cụ tương tự để giảm chi tiết trong khi vẫn duy trì hình học (bằng cách giảm số lượng các hình tam giác trong tệp STL).
- Nén tệp: Chuyển đổi mô hình sang các định dạng như 3MF để nén tích hợp. Điều này giúp giảm dung lượng tệp mà không thay đổi kích thước.
Khi thay đổi dung lượng tệp in 3D, điều quan trọng là phải duy trì tỷ lệ của mô hình để tránh bị biến dạng. Luôn kiểm tra xem mô hình đã thay đổi kích thước dung lượng tệp có phù hợp với khối lượng xây dựng của máy in và đáp ứng các yêu cầu thiết kế của bạn hay không. Đối với các bộ phận chức năng, hãy đảm bảo rằng việc thay đổi kích thước không ảnh hưởng đến khả năng lắp ráp hoặc hoạt động chính xác của chúng. Ngoài ra, cần lưu ý đến độ chi tiết và độ phân giải của mô hình, đặc biệt là khi giảm dung lượng tệp, để bảo toàn các tính năng quan trọng và chất lượng tổng thể.
Nguồn:
