Reparatur von defekten 3D-Daten (STL-Daten): Durch Digitalisierung und dem Industrietrend zum digitalen Zwilling stellt sich häufig die Frage, wie Daten verarbeitet und transformiert werden können. Diese Herausforderung wird auch beim Anbieten von 3D-Druckdienstleistungen spürbar, wenn der 3D-Druck mancher Modelle wegen fehlerhafter Modellvorlagen nicht ohne weiteres durchführbar ist.
Warum sind STL-Daten (3D Modellvorlagen) manchmal beschädigt?
Das im 3D Druckbereich bekannte STL-Format stellt 3D-Modelle anhand einer Oberfläche dar. Dabei wird das Modell anhand von zahlreichen Dreiecken angenähert, die durch eine umschließende Hülle das Modell bilden. Je komplexer und Detaillierter die Oberfläche, desto mehr Dreiecke werden für eine feine Auflösung benötigt.
In manchen Situationen kann es jedoch vorkommen, dass diese Oberfläche Lücken aufweist. Das ist häufig bei Architekturmodellen der Fall, deren STL-Datei auf einen CAD-Export (o.ä.) basiert. Während Konstruktionsprogramme unendlich dünne 2D-Flächen zulassen, führt dies beim STL-Format zu Problemen, da STL-Daten auf eine Volumendarstellung angewiesen sind.
Eine weitere Fehlerquelle können 3D-Scans sein. 3D-Scans werden aus einer Punktwolke generiert, welche anschließend zu einem Modell zusammengefügt werden. Bei zahlreichen Punkten in einem hochauflösenden Modell können immer wieder Lücken in der Oberfläche auftauchen.
Anhand des folgenden Beispiels soll der Fehler verdeutlicht werden. Ausgangsbasis ist eine Kugel aus Polygonen. Die unbeschädigte Kugel besteht aus einer Hülle, so dass diese als 3D-Objekt problemlos bearbeitet und gedruckt werden kann. Wird nun ein Loch in diese Hülle gerissen, ist die STL-Datei fehlerhaft, da es sich nicht um ein geschlossenes Modell handelt. Es ist eine unendlich dünne Hülle. Dieses Modell muss repariert werden.
Wie kann das 3D-Modell repariert werden?
Reparatur in Rhinoceros
Die Reparatur des Modells besteht in einer Interpolation. Dabei wird versucht, eine Fläche auf die offene Hülle zu spannen, so dass das Modell wieder geschlossen ist. Durch die Reparatur wird jedoch nicht mehr die ursprüngliche Form wiederhergestellt.
Polygonnetz ->Reparaturwerkzeuge ->Alle Öffnungen füllen
In Rhinoceros sieht das so aus:
Reparatur in 3D Builder
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den in Windows integrierten 3D-Builder zu verwenden. Dieser zeigt den Fehler beim Laden der STL-Datei in Form eines Popups an und repariert das Modell ebenfalls durch eine planare Fläche.
Reparatur in Meshmixer
Ein weiteres gutes Tool zur Reparatur ist mit der Software Meshmixer. Dabei gibt es neben der glatten Reparatur von Löchern noch die Möglichkeit, einen weicheren Übergang zu schaffen. In diesem Beispiel konnte der Fehler vor der Reparatur lokalisiert und die ursprüngliche Kugelform sogar rekonstruiert werden.
Analysis ->Inspector ->(Flat Fill oder Smooth Fill auswählen) ->Auto Repair All
Warum sind fehlerfreie STL-Daten wichtig?
Das folgende Beispiel zeigt die Kugel mit Loch im Slicer. Wird die normale Reparatur der defekten Datei angewendet, so ist ein 3D-Druck möglich. Jedoch ist wegen des defekten Modells nicht mehr die ursprüngliche Geometrie vorhanden. Das Loch in der Hülle wurde von der Software als flache Abdeckung interpretiert, um den 3D Druck möglich zu machen.
Eine weitere (nicht akzeptable) Variante wäre es, den 3D-Druck ohne Fehlerkorrektur der 3D Vorlage durchzuführen. Dabei kommt jedoch ein fehlerhaftes Ergebnis heraus. Der Bereich auf Höhe des Lochs in der Modellhülle wird ausgelassen. Heraus kommen eine Halbkugel und ein schwebender Kugelausschnitt. Das zeigt, dass die Lieferung von fehlerfreien Daten sehr wichtig ist.
Ein weiteres extremes Beispiel zeigt die Fehlerauswertung in Meshmixer. Die schier unzählbare Anzahl an fehlerhaften Modellpunkten lässt sich selbst nach einigen Stunden Rechenkapazität nicht lösen. Ein Hinweis dabei ist häufig, dass relativ kleine Modelle ungewöhnlich große 3D-Daten nutzen. Mitunter kann es hilfreich sein, bei der Modellerstellung erst die Modelle in ihrer Auflösung zu reduzieren, um anschließend eine Fehlerkorrektur durchzuführen.
Fazit
Zusammenfassend kann man sagen, dass die 3D-Vorlage vor dem Einreichen im einfachsten Fall im Windows 3D Builder geöffnet werden sollte. Ist die Vorlage fehlerhaft, so erscheint ein Hinweis zur notwendigen Reparatur. Dieser muss nur angeklickt werden und nach der Reparatur kann das Modell einfach neu gespeichert werden, so dass einen gelungenen 3D Druck nichts im Wege steht.
