El formato de Fichero .STL

El formato de archivo estándar del prototipado rápido es el Archivo .STL. Este tipo de archivo utiliza una malla de pequeños triángulos sobre las superficies para definir la forma del objeto. Para que un objeto definido en un archivo STL se construya correctamente los triángulos deben encajar perfectamente entre ellos sin huecos ni superposiciones. El .STL es un formato de salida estándar para la mayor parte de los programas CAD (Diseño Asistido por Ordenador) y el número de triángulos a utilizar puede ser definido por el usuario. Normalmente, se establece una pugna entre detalle y tamaño del archivo. Por ejemplo, para representar cualquier superficie curvada se necesita gran cantidad de triángulos planos (facetas), especialmente si se quiere conseguir una curva suave. Sin embargo, esto genera archivos muy grandes, que pueden resultar difíciles de manejar.

Los programas de modelado 3D rara vez trabajan sobre archivos STL y, habitualmente , es necesario hacer una exportación de los modelos a éste formato antes de comenzar la "impresión" 3D. Dadas las diferencias entre el formato STL y los formatos 3D de origen, las conversiones suelen dejar fallos estructurales en el modelo. Por lo tanto, los archivos STL deben ser comprobados usando un software especial antes de utilizarse para fabricar un modelo. Los pequeños errores pueden repararse de manera automática por el software, pero los errores graves o ambiguedades pueden requerir "reparación" por parte de un ingeniero.

Una breve historia del formato .STL

Los archivos de estereolitografía (.stl) se concibieron como una manera sencilla de guardar información sobre objetos 3D. El uso principal de los archivos .stl es la creación de prototipos físicos desde diseños generados en un ordenador o desde datos 3D procesados. Casi todos los paquetes de software 3D modernos soportan la exportación directa a STL con distintos grados de control. Algunos permiten seleccionar la densidad del archivo .stl exportado (el número de polígonos que definen el sólido), mientras que otros sólo te ofrecen la opción de seleccionar el nombre del archivo y opciones ASCII/BINARY. Los paquetes que no ofrecen exportación directa a STL probablemente exportarán a otros formatos comunes (DXF, 3DS, etc.) que pueden convertirse con facilidad a STL.

Especificaciones de formato

El formato STL puede ser de dos tipos: Binario y ASCII. Los dos contienen la misma información pero uno de ellos puede ser leído (y editado) con un simple editor de texto y el otro debe ser escrito byte a byte por software. Los tres puntos que conforman una faceta 3D más el vector que que describe su dirección normal define cada faceta en un STL. El .stl es la representación basada en facetas que aproxima la superficie y cuerpo de objetos sólidos. Las entidades como puntos, líneas, curvas y atributos como capas y colores (en la mayoría de los exportadores) serán ignorados durante el proceso de salida. La especificación original de los archivos .stl especificaba que todas las coordenadas de los vértices del objeto debían ser positivas. Sin embagro, con excasas excepciones, la mayor parte del software que se utiliza hoy en día permite colocar las facetas en localizaciones arbitrarias.

El formato .stl permite mucho y garantiza muy poco: simplemente exportar a .stl no garantiza en ningún modo que el modelo pueda imprimirse. Es posible representar múltiples cuerpos en un único archivo .stl y algunas variantes permiten incluso incluir información de color.

Problemas comunes y soluciones

La siguiente sección describe algunos problemas comunes que surgen durante la preparación de un archivo .stl para su impresión.

1. Regla Vértice-a-Vértice

El error más común en un archivo .stl es que no respete la regla Vértice-a-Vértice. Las especificaciones .stl requieren que todos los triángulos adyacentes compartan dos vértices en común. Para que esto sea válido bajo la regla Vértice-a-Vértice, el triángulo inferior debe ser subdividido. Ésta es la causa típicade que queden agujeros.

Solución

Los programas de reparación automática de .stl son capaces de diagnosticar y reparar este problema en la mayoría de las circunstancias pero la reparación manual es prácticamente inevitable para objetos o proyectos amplios y complejos. La reparación básica es como sigue: borra algunas caras y las reconstruye utilizando los vértices colindantes. Qué caras borrar y cuál es el número apropiado de caras adicionales a construir depende del contexto del error. Con un poco de práctica, puedes reparar fácilmente este error cuando tu herramienta de reparación automática no puede o falla.

2. Normales invertidas

Otro error común de los archivos .stl es que las normales de superficie (polígonos) estén incorrectamente orientadas. El signo visible de una normal invertida se confunde fácilmente con un hueco o agujero en el objeto. Este error es causado por una construcción manual incorrecta de cara, o la aplicación inadecuada de la reparación automática (i.e. unificar o recalcular normales). La operaciones booleanas también pueden causar errores bajo algunas circunstancias; muy habitualmente a causa de malos operandos.

Solución

Todos los paquetes 3D modernos ofrecen herramientas para corregir normales manualmente así como automáticamente utilizando el comando "unificar normales". En la mayoría de los objetos, estas herramientas automáticas son capaces de cumplir con la tarea perfectamente. Pero algunos objetos pueden causar problemas, como por ejemplo objetos con autointerseciones, huecos o agujeros. Cuando se construyen caras manualmente uno necesita adherirse a "la-regla-de-la-mano-derecha" (listar los vértices de las facetas en el sentido contrario a las agujas del reloj cuando se observa el objeto desde el exterior) Si hay sólo unas pocas normales invertidas, es sencillo y rápido repararlas manualmente. Sin embargo, con muchos errores puede ser un proceso lento y tedioso.

3. Dobles caras y bordes múltiples

Las dobles caras y bordes múltiples son lo que su nombre sugiere. Estos errores .stl ocurren donde, por diversos motivos, las caras y los bordes duplicados pertenecen a un objeto. Si hay duplicados de objetos completos, el arreglo es simple: encuentra los duplicados y borralos para dejar una copia intacta .stl del objeto que se está manipulando. La otra posible causa de este error es que los fragmentos de objetos cercanos fueran agrupados de manera inadvertida en la misma malla y el programa los reconozca como duplicados.

Solución:

Estos problemas se remedian habitualmente mediante el uso de software de reparación de .stl (Magics RP, el comprobador de .stl de 3D Studio MAX, etc.). La diagnosis manual es tediosa y tendente al error. Suele ser mejor intentar re-exportar el archivo original después de cierta limpieza en la aplicación de origen. Si la reparación manual es la única opción posible, localiza y borra los duplicados y resuelda los elementos apropiados (p. e.: caras, vértices y aristas). Si olvidas resoldar, tendrás que hacer frente al menos a uno de los errores descritos en esta sección (abrir aristas, puntas, agujeros, huecos, etc.).

4. Huecos, Agujeros, Puntas y Aristas Abiertas

Agrupamos estos errores porque tienen una misma razón de ser.

Los huecos son errores comunes debidos a una triangulación inapropiada de las superficies de B-spline (NURBS, parches Bezier, etc.). Cualquier proceso (construcción automática de facetas o parametrización automática) que no asegure un objeto sólido hermético tiende a producir huecos.

Los agujeros son similares a los huecos, excepto que son normalmente más visibles y habitualmente consecuencia de booleanos inapropiados y soldado inapropiado de una capa superficial (o perdiendo capas accidentalmente). Los agujeros son también comunes en el escaneado 3D y en los sistemas de proceso de nube de puntos, como los que se utilizan en aplicaciones de inegniería inversa. Los agujeros son exactamente lo que su nombre sugiere: son caras perdidas en superficies que de otra manera serían contiguas.

Las puntas son rasgos del estilo de una península que tienen aristas abiertas a lo largo de sus costas (extremos). Habitualmente son la consecuencia de que los objeo

Las aristas abiertas son normalmente los bordes de un hueco o un agujero, o los límites de una punta. En los casos, en los que no hay ni un hueco ni un agujero ni una punta presentes, las aristas abiertas son el resultado de un soldado inapropiado o incompleto.

Solución:

Casi todos estos errores pueden ser reparados (con distintos grados de precisión) a través de una operación básica de tapado. Una operación de tapado localiza cualquier arista abierta (cualquier localización que que cause que el objeto no sea hermético) y la sella. Con el tapado, es común que se conecten las aristas de manera incorrecta   y que que surjan caras aleatorias en los objetos, así que debe usarse con la mayor de las precauciones. Las herramientas de tapado son "estúpidas" y no les importa qué transición se produce entre la superficie original y las nuevas capas. Algunos programas automatizados de reparación de .stl (como Magics RP) tienen la capacidad de realizar un tapado de manera que intente mantener la curvatura a lo largo superficies recién tapadas.

Puesto que hay literalmente cientos de de situaciones que llevan a errores como los discutidos en esta sub-sección, a continuación explicamos algunos tratamientos genéricos. Todos estos errores tienen aristas abiertas en común. Aunque el tapado "aleatorio" puede cambiar la apariencia de tu objeto, parácticamente siempre lo vuelve hermético. Desde ahí, se pueden reconstruir ciertas porciones y cubrir   los errores producidos por el tapado. Este proceso suele ser mejor que una reconstrucción.

Es posible corregir manualmente estos errores verificando que los elementos no duplicados están apropiadamente soldados. La complejidad de esta tarea crece rápidamente   con el tamaño del modelo (número de polígonos), así que es adecuado hacer comprobaciones tempranas (y frecuentes) en la fase de diseño del modelo para evitar largos procesos de detección de errores .stl en tu modelo terminado.

5. Caras degeneradas

Aunque el problema de las facetas degeneradas no es crítico, eso no significa que puedan ser ignoradas. Primero, los datos de facetas incrementan el tamaño del archivo. En segundo lugar, y más importante aún, esas facetas pueden confundir a los algoritmos de análisis de la aplicación de preprocesado RP y hacer la actividad de edición de soporte mucho más tediosa. Estos errores son usualmente un síntoma de una configuración erronea de importación/exportación, de las limitaciones de la exportación .stl de tu paquete 3D, o el resultado de una variedad de booleanos inapropiados, optimización   y otras operaciones de malla.

Los tipos de caras degeneradas incluyen: los tres vértices de la faceta son co-lineales o se transforman en co-lineales cuando el algoritmo de la aplicación importadora trunca las coordenadas previamente no co-lineares.

Los tres vértices de la faceta son coincidentes o se transforman en coincidentes cuando el algoritmo de de la aplicación importadora trunca las cordenadas no coincidentes previamente.

Solución:

No hay arreglos automatizados para estos tipos de errores. Algunos programas pueden detectar automáticamente estos errores como vértices, caras y aristas huérfanos/as, y algunos pueden detectar superficies largas y delgadas como problemáticas. El único arreglo auténtico es diagnosticar   la cola de importación/exportación y asegurarse de que no se pierde información en la transición. Habitualmente basta con cambiar las tolerancias de construcción, la configuración de unidad y la de soldado para remediar estos erores.

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