STL, OBJ oder 3MF: Welches 3D-Dateiformat passt?

STL entstand 1987 für die ersten Stereolithografie-Maschinen von 3D Systems, und das Design verrät diese Herkunft. Eine Datei ist eine flache Liste von Dreiecken, die jeweils durch eine Flächennormale und drei Eckpunkte beschrieben werden. Es gibt keine gemeinsame Vertex-Tabelle, sodass eine Ecke, an der sechs Dreiecke zusammenkommen, sechsmal geschrieben wird. Ein Feld für die Einheit fehlt ebenfalls: Eine Koordinate von 25 kann Millimeter, Zoll oder Meter bedeuten, und fast jeder Slicer nimmt Millimeter an. Farbe, Textur und Teilenamen haben im Kernformat keinen Platz – genau deshalb liest es noch heute jeder Slicer, jedes CAD-Programm und jeder Druckservice.

STL gibt es in zwei Kodierungen. ASCII-STL schreibt alles als Text aus, mit Zeilen wie facet normal, outer loop und vertex 12.5 0 3.2; Sie können die Datei im Texteditor öffnen und die Zahlen lesen. Binäres STL beginnt mit einem 80-Byte-Header und einer 4-Byte-Dreieckszahl und speichert dann jedes Dreieck als zwölf 4-Byte-Gleitkommazahlen plus ein 2-Byte-Attributfeld: genau 50 Byte pro Dreieck. Damit lässt sich die Größe leicht vorhersagen. Ein Modell mit einer Million Dreiecken hat binär etwa 50 MB, die ASCII-Version desselben Meshes ist meist vier- bis sechsmal größer, weil jede Ziffer zu einem Zeichen wird.

Die Einfachheit ist Stärke und Falle zugleich. Eine STL-Datei verrät nicht, ob sie ein Teil oder drei Teile sein sollte, ob sie in Zoll exportiert wurde oder ob ihre Dreiecke tatsächlich einen Körper umschließen. Der Slicer muss das aus den rohen Koordinaten ableiten, und wenn er falsch rät, entsteht ein Teil, das 25,4-mal zu klein ist, oder es fehlt eine Wand. Bei einem einfarbigen Teil, das Sie selbst konstruiert und in Millimetern exportiert haben, spielt das keine Rolle, und STL bleibt das Format, das am seltensten abgelehnt wird.

OBJ stammt von Wavefront Technologies, deren Software Advanced Visualizer es Ende der 1980er-Jahre nutzte, und verbreitete sich in den 1990ern als Textformat, das fast jedes 3D-Programm austauschen konnte. Anders als STL führt es eine Vertex-Liste und baut Flächen aus Indizes auf, sodass eine gemeinsame Ecke nur einmal gespeichert wird; Flächen können Dreiecke, Vierecke oder größere Polygone sein. Zeilen mit v enthalten Positionen, vt Texturkoordinaten (UVs), vn Normalen und f die Flächen. Gruppen (g) und Objekte (o) benennen die Teile, sodass OBJ einen Austausch über Blender, Maya oder ZBrush mit intakter Struktur übersteht.

Das Aussehen liegt außerhalb der .obj-Datei. Eine mtllib-Zeile nennt eine zugehörige .mtl-Datei, und usemtl-Zeilen weisen den Flächen Materialien zu. Die .mtl-Datei speichert Farben wie Kd (diffus) und verweist mit Einträgen wie map_Kd wood.png auf Texturbilder. Ein texturiertes OBJ besteht daher aus mindestens drei Dateien: der Geometrie, der Materialbibliothek und einem oder mehreren Bildern, alle über relative Pfade verknüpft. Schicken Sie nur die .obj-Datei, sieht der Empfänger ein graues Modell. Diese Trennung ist in Game- und VFX-Pipelines nützlich, wo Artists Texturen tauschen, ohne die Geometrie anzufassen – und sie ist der häufigste Grund, warum ein heruntergeladenes Modell falsch aussieht.

OBJ teilt den blinden Fleck von STL beim Maßstab: Es speichert nackte Zahlen ohne Einheit. Die meisten Modellierprogramme schreiben Meter oder Zentimeter, Slicer lesen Millimeter, sodass ein OBJ aus einem Game-Asset-Shop um den Faktor 10 oder 1.000 daneben liegen kann. Für den Druck bringt OBJ nichts, was ein Slicer nutzt, außer Vertex-Farben in einigen Programmen; wenn Sie ein Art-Asset drucken wollen, behalten Sie meist am einfachsten die Texturen fürs Rendering und geben dem Slicer ein sauberes Mesh. In der Gegenrichtung ist STL in OBJ umwandeln der kürzeste Weg vom Druckmodell in einen Rendering- oder Game-Workflow.

3MF wurde 2015 vom 3MF Consortium veröffentlicht, einer von Microsoft gegründeten Gruppe mit Unternehmen aus Druck- und CAD-Branche. Eine .3mf-Datei ist ein ZIP-Archiv, dasselbe Containerformat wie in ZIP vs. RAR vs. 7z beschrieben. Benennen Sie sie in .zip um, finden Sie eine XML-Datei 3D/3dmodel.model mit dem Mesh, eine Content-Types-Datei, Beziehungsdateien und oft Vorschaubilder und Slicer-Konfiguration. Jedes Modell deklariert seine Einheit (Mikrometer, Millimeter, Zentimeter, Zoll, Fuß oder Meter), sodass das Maßstabsproblem von STL und OBJ schlicht nicht auftritt. Farben, Basismaterialien, mehrere Objekte und ihre Platzierung auf dem Druckbett gehören zur Spezifikation.

Die Spezifikation verlangt außerdem, dass Meshes manifold und einheitlich ausgerichtet sind: Jede Kante gehört genau zwei Dreiecken, alle zeigen nach außen. Exporter, die sich daran halten, können die offene, selbstdurchdringende Geometrie nicht schreiben, die ein STL bereitwillig enthält. Die Unterstützung ist bei aktuellen Programmen breit. PrusaSlicer, Bambu Studio, OrcaSlicer und UltiMaker Cura lesen 3MF, PrusaSlicer und Bambu Studio speichern ihr ganzes Projekt mit Druckeinstellungen und bemalten Farben als .3mf, und Microsofts App 3D Builder unter Windows öffnet es direkt. Schwach ist die Unterstützung bei älterer Firmware, Print-Farm-Portalen und CAD-Importern, die weiter STL erwarten; dafür können Sie 3MF in STL umwandeln und in Kauf nehmen, dass die Zusatzdaten fehlen.

Das richtige Format hängt davon ab, wohin die Datei als Nächstes geht, nicht davon, welches neuer ist. Ist die nächste Station ein Slicer und das Teil einfarbig, genügt STL, das nach wie vor jedes Forum, jede Modellbibliothek und jeder Druckservice versteht. Ist die nächste Station ein Renderer, eine Game-Engine oder das Modellierprogramm eines anderen Artists, behält OBJ die UVs, Normalen und benannten Gruppen, die STL verwirft, und seine Textform macht Probleme leicht prüfbar.

3MF lohnt sich, wenn die Datei mehr als Geometrie enthält. Ein in Bambu Studio bemalter Mehrfarbdruck, ein Druckbett mit zwölf Teilen für einen Auftrag, ein in Zoll konstruiertes Teil oder ein Projekt, das Sie mit gleicher Schichthöhe und gleichem Infill wieder öffnen wollen – all das braucht 3MF, weil kein anderes Format hier diese Informationen speichern kann. Bei mehreren Zielen behalten Sie die reichhaltigste Version als Masterkopie und exportieren daraus einfachere Versionen mit einem 3D-Modell-Konverter, statt Konvertierungen zu verketten.

Die meisten fehlgeschlagenen Drucke und defekten Importe, die dem Format angelastet werden, sind eigentlich Probleme im Mesh oder in dem, was das empfangende Programm darüber annahm. STL ist am anfälligsten, weil es keine Metadaten zum Abfangen von Fehlern enthält; OBJ teilt die Probleme mit Maßstab und fehlenden Dateien; 3MF vermeidet die meisten per Design, doch ein nachlässiger Exporter kann trotzdem ein fehlerhaftes Mesh schreiben. Öffnen Sie die Zeilen unten, um zu sehen, wie sich jeder Fehler äußert und woher er meist kommt.

Die Größe ergibt sich aus der Struktur. Binäres STL ist auf 50 Byte pro Dreieck festgelegt, sodass Sie sie vor dem Export berechnen können. ASCII-STL wiederholt jede Ecke als Text und liegt meist vier- bis sechsmal über der binären Variante. OBJ speichert jeden gemeinsamen Vertex einmal und verweist per Index darauf; bei einem typischen geschlossenen Mesh ist es daher kleiner als ASCII-STL und etwa im Bereich von binärem STL, größer, wenn zusätzlich UVs und Normalen enthalten sind. 3MF speichert indizierte XML-Daten und komprimiert sie im ZIP, wodurch es bei gleicher Geometrie meist das kleinste der drei Formate ist.

Die folgenden Werte sind typisch für ein geschlossenes Mesh mit etwa 500.000 Dreiecken, etwa eine detaillierte Figur. Echte Dateien variieren je nach Koordinatengenauigkeit und Exporter; verstehen Sie die Werte als Größenordnungen, nützlich, wenn ein Druckservice Uploads begrenzt oder ein aus 3MF exportiertes STL um ein Vielfaches größer ausfällt.

Eine Konvertierung liest die Dreiecke aus einem Container und schreibt sie in einen anderen. Alles, was das Zielformat ausdrücken kann, wird übernommen; alles andere geht verloren. Deshalb ist STL zu OBJ für die Geometrie verlustfrei, 3MF zu STL verliert Farben, Einheiten und Druckbett-Layout, und OBJ zu STL verliert Texturen und Teilenamen. In den 3D-Tools von UltKit sind die zusätzlichen Entscheidungen explizit: Modelleinheiten sagt dem Konverter, welchen Maßstab die Quelle nutzt, Hochachse gleicht den Unterschied zwischen Y-oben und Z-oben bei Game-Engines und Slicern aus, und Zu einem Mesh zusammenführen legt fest, ob getrennte Teile getrennt bleiben.

Was keine Konvertierung leistet, ist die Reparatur eines Meshes. Hat ein STL ein Loch, hat das daraus erzeugte OBJ dasselbe Loch, und ein 3MF-Exporter lehnt es entweder ab oder schreibt es trotzdem. Die Reparatur ist ein eigener Schritt in einem Mesh-Programm oder im integrierten Reparaturwerkzeug des Slicers und erfolgt am besten einmal in Ihrer Masterdatei, bevor Sie etwas anderes exportieren. Dasselbe gilt für den Maßstab: Eine Konvertierung kann nicht wissen, dass ein Teil in Zoll gedacht war, wenn Sie es ihr nicht sagen. Auch beim Detailgrad ist es so: Ein STL mit wenigen Polygonen wird ein OBJ oder 3MF mit wenigen Polygonen, exportieren Sie daher bei Qualitätsansprüchen erneut aus dem Quellmodell.

Zwei weitere Formate kommen bei dieser Frage immer wieder auf. STEP (ISO 10303) speichert exakte Körper und Flächen statt Dreiecken und ist daher das Format, wenn ein Teil zur Bearbeitung zurück in Fusion 360, SolidWorks oder FreeCAD soll. GLB, die binäre Form von glTF 2.0 der Khronos Group, packt ein Mesh samt Materialien und Texturen in eine Datei in Metern und ist das Format, um ein Modell im Web oder in Android-AR zu zeigen.

Für die drei Formate dieses Artikels fasst die folgende Tabelle die Wahl nach Ziel zusammen. Passen zwei Zeilen, wählen Sie das Format mit mehr Informationen und exportieren das einfachere später; von 3MF zu STL zu gehen ist leicht, verlorene Farben oder Einheiten wiederherzustellen ist Handarbeit.