Reparatur von defekten 3D-Daten (STL-Daten)

/// 3D Druck News am 19. September 2021///

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.

STL Datei extrem fehlerhaft

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.

3D Kugel als Gitternetz ohne Beschädigung

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.

3D Kugelhülle mit Loch

 

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:

3D Gitternetzkugel mit Abflachung durch Modellreparatur

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.

3D Kugel repariert in Windows 3D Builder

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

3D Kugel Anzeige des fehlerhaften Modellbereichs in Meshmixer

 

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.

Slicer Fehlerkorrektur einer Kugel mit Abflachung

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.

Slicer ohne Fehlerkorrektur. Defekter Bereich wurde ausgelassen. Kugel ist in zwei Bereiche geteilt.

 

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.

Zahlreiche Fehlermarkierungen eines 3D-Modells in Meshmixer

 

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.

3D Builder Reparaturhinweis

Klicken & bewerten
[Gesamt: 4 Schnitt: 5]

Starte jetzt dein Projekt

Jedes großartige Projekt beginnt irgendwann mit einer Idee. Worauf noch länger warten? Lass uns unkompliziert über dein Vorhaben sprechen. Bei uns als 3D Druckservice kannst du dein Funktionsbauteil unkompliziert und günstig in 3D drucken lassen:

3D-Druck im Sanitärbereich
5 (2)

3D-Druck findet immer mehr im Sanitärbereich Anwendung. Zwei Beispiele der additiven Fertigung zeigen die Möglichkeiten im Bereich SHK (Sanitär, Heizung, Klima). Metalldruck-Wasserhahn von DXV Der mit Designpreisen ausgezeichnete 3D-gedruckte Wasserhahn aus Metall...