STL vs OBJ vs 3MF: welk 3D-bestandsformaat kiest u?

STL is in 1987 geschreven voor de eerste stereolithografiemachines van 3D Systems, en dat zie je aan het ontwerp. Een bestand is een platte lijst driehoeken, elk beschreven door een facetnormaal en drie hoekpunten. Er is geen gedeelde vertextabel, dus een hoekpunt waar zes driehoeken samenkomen wordt zes keer weggeschreven. Er is ook geen eenheidsveld: een coördinaat van 25 kan millimeters, inches of meters betekenen, en vrijwel elke slicer gaat uit van millimeters. Kleur, textuur en onderdeelnamen horen niet bij het basisformaat, en juist daarom lezen alle slicers, CAD-pakketten en printdiensten het nog steeds.

STL kent twee codeervormen. ASCII-STL schrijft alles als tekst uit, met regels als facet normal, outer loop en vertex 12.5 0 3.2, zodat je het in een teksteditor kunt openen en de getallen kunt lezen. Binaire STL begint met een header van 80 bytes en een driehoekenteller van 4 bytes, en slaat daarna elke driehoek op als twaalf floats van 4 bytes plus een attribuutveld van 2 bytes: precies 50 bytes per driehoek. Zo is de grootte makkelijk te voorspellen. Een model van een miljoen driehoeken is als binair bestand ongeveer 50 MB; dezelfde mesh in ASCII is meestal vier tot zes keer groter, omdat elk cijfer een teken wordt.

De eenvoud is zowel de kracht als de valkuil. Een STL kan niet vertellen of het één onderdeel of drie moest zijn, of het in inches is geëxporteerd, of de driehoeken wel een massief lichaam omsluiten. De slicer leidt dat af uit ruwe coördinaten, en als die verkeerd gokt krijg je een onderdeel dat 25,4 keer te klein is of een ontbrekende wand. Voor een eigen ontwerp in één kleur, geëxporteerd in millimeters, maakt dat niets uit en wordt STL het minst snel geweigerd.

OBJ komt van Wavefront Technologies, wier software Advanced Visualizer het eind jaren tachtig gebruikte, en het verspreidde zich in de jaren negentig als het tekstformaat dat bijna elk 3D-programma kon uitwisselen. Anders dan STL bewaart het een vertexlijst en bouwt het vlakken op uit indices, zodat een gedeeld hoekpunt één keer wordt opgeslagen, en vlakken driehoeken, vierhoeken of grotere polygonen kunnen zijn. Regels met v bevatten posities, vt textuurcoördinaten (UV's), vn normalen en f de vlakken. Groepen (g) en objecten (o) geven onderdelen een naam, dus OBJ overleeft een heen-en-weerreis via Blender, Maya of ZBrush met behoud van de structuur.

Het uiterlijk staat buiten het .obj-bestand. Een mtllib-regel noemt een bijbehorend .mtl-bestand en usemtl-regels wijzen materialen aan vlakken toe. Het .mtl-bestand slaat kleuren op zoals Kd (diffuus) en verwijst naar textuurafbeeldingen met regels als map_Kd wood.png. Een OBJ met textuur bestaat dus uit minstens drie bestanden: de geometrie, de materiaalbibliotheek en een of meer afbeeldingen, allemaal via relatieve paden. Stuur je alleen het .obj, dan ziet de ontvanger een grijs model. Die scheiding is handig in game- en VFX-pipelines, waar artiesten texturen verwisselen zonder de geometrie aan te raken, en het is de meest voorkomende reden dat een gedownload model er verkeerd uitziet.

OBJ heeft dezelfde blinde vlek voor schaal als STL: het bewaart kale getallen zonder eenheid. De meeste modelleertools schrijven meters of centimeters, terwijl slicers millimeters lezen, dus een OBJ uit een game-assetstore kan 10 of 1.000 keer ernaast zitten. Voor printen voegt OBJ niets toe wat een slicer gebruikt, behalve kleur per vertex in enkele tools. Wil je een kunstasset printen, bewaar dan het liefst de texturen voor rendering en geef de slicer een schone mesh. Andersom is een STL omzetten naar OBJ de kortste weg van een printmodel naar een render- of gameworkflow.

3MF werd in 2015 gepubliceerd door het 3MF Consortium, een groep die Microsoft startte met bedrijven uit de print- en CAD-industrie. Een .3mf-bestand is een ZIP-archief, dezelfde containervorm als besproken in ZIP vs RAR vs 7z. Hernoem het naar .zip en je vindt een XML-bestand 3D/3dmodel.model met de mesh, een content-typesbestand, relatiebestanden en vaak miniaturen en slicerconfiguratie. Elk model geeft zijn eenheid aan (micron, millimeter, centimeter, inch, voet of meter), dus het schaalprobleem van STL en OBJ komt gewoon niet voor. Kleuren, basismaterialen, meerdere objecten en hun plaats op het printbed maken allemaal deel uit van de specificatie.

De specificatie eist ook dat meshes manifold en consistent georiënteerd zijn: elke rand gedeeld door precies twee driehoeken, allemaal naar buiten gericht. Exporters die zich aan de regels houden kunnen de open, zichzelf snijdende geometrie die een STL gewoon bevat niet wegschrijven. De ondersteuning is breed bij huidige tools. PrusaSlicer, Bambu Studio, OrcaSlicer en UltiMaker Cura lezen 3MF, PrusaSlicer en Bambu Studio slaan hun hele project op als .3mf met printinstellingen en geschilderde kleuren erin, en de app 3D Builder van Microsoft op Windows opent het direct. De zwakke plek is oudere firmware, portalen van printfarms en CAD-importers die nog STL verwachten; zet de 3MF daarvoor om naar STL en accepteer dat de extra's achterblijven.

Het juiste formaat hangt af van waar het bestand heen gaat, niet van welk formaat nieuwer is. Is de volgende stop een slicer en is het onderdeel eenkleurig, dan is STL prima, en het is nog steeds het formaat dat elk forum, elke modelbibliotheek en elke printdienst begrijpt. Is de volgende stop een renderer, een game-engine of de modelleertool van een andere artiest, dan behoudt OBJ de UV's, normalen en benoemde groepen die STL weggooit, en de tekstvorm maakt problemen makkelijk te inspecteren.

3MF verdient zijn plek als het bestand meer bevat dan geometrie. Een meerkleurige print geschilderd in Bambu Studio, een plaat met twaalf onderdelen voor één klus, een onderdeel ontworpen in inches of een project dat je wilt heropenen met dezelfde laaghoogte en vulling: ze vragen allemaal om 3MF, want geen ander formaat hier kan die informatie bewaren. Heb je meerdere bestemmingen, bewaar dan de rijkste versie als hoofdkopie en exporteer eenvoudiger versies daarvan met een 3D-modelconverter in plaats van conversies te ketenen.

De meeste mislukte prints en kapotte imports die aan het formaat worden toegeschreven, zijn in werkelijkheid problemen in de mesh of in wat het ontvangende programma erover aannam. STL is het kwetsbaarst omdat het geen metadata bevat om fouten op te vangen; OBJ deelt de schaalproblemen en het probleem van ontbrekende bestanden; 3MF voorkomt de meeste door zijn ontwerp, al kan een slordige exporter nog steeds een slechte mesh schrijven. Open de rijen hieronder om te zien hoe elk probleem eruitziet en waar het meestal vandaan komt.

De grootte volgt uit de structuur. Binaire STL ligt vast op 50 bytes per driehoek, dus je kunt hem vóór het exporteren uitrekenen. ASCII-STL herhaalt elk hoekpunt als tekst en komt meestal vier tot zes keer boven binair uit. OBJ slaat elk gedeeld vertex één keer op en verwijst er via een index naar, dus voor een typische gesloten mesh is het kleiner dan ASCII-STL en ongeveer in de buurt van binaire STL, groter als er ook UV's en normalen in zitten. 3MF slaat geïndexeerde XML op en comprimeert die in de ZIP, waardoor het voor dezelfde geometrie meestal de kleinste van de drie is.

De cijfers hieronder gelden voor een typische gesloten mesh van ongeveer 500.000 driehoeken, zoals een gedetailleerd beeldje. Echte bestanden variëren met de precisie van coördinaten en de exporter, dus zie ze als ordes van grootte, handig als een printdienst uploads begrenst of een STL uit een 3MF meerdere keren groter uitvalt.

Een conversie leest de driehoeken uit de ene container en schrijft ze in een andere. Alles wat het doelformaat kan uitdrukken gaat mee; wat niet kan, valt weg. Daarom is STL naar OBJ verliesvrij voor geometrie, verliest 3MF naar STL kleuren, eenheden en plaatindeling, en verliest OBJ naar STL texturen en onderdeelnamen. In de 3D-tools van UltKit zijn de extra keuzes expliciet: Eenheden van het model vertelt de converter welke schaal de bron gebruikt, Verticale as regelt het verschil tussen Y-omhoog en Z-omhoog tussen game-engines en slicers, en Samenvoegen tot één mesh bepaalt of losse onderdelen gescheiden blijven.

Wat geen enkele conversie doet, is een mesh repareren. Heeft een STL een gat, dan heeft de OBJ die je ervan maakt hetzelfde gat, en een 3MF-exporter weigert hem of schrijft hem toch weg. Reparatie is een aparte stap in een meshtool of de ingebouwde reparatiefunctie van de slicer, en doe je het best één keer, in je hoofdbestand, voordat je iets anders exporteert. Hetzelfde geldt voor schaal: converteren kan niet weten dat een onderdeel in inches bedoeld was, tenzij je het zegt. Detail werkt net zo: een STL met weinig polygonen wordt een OBJ of 3MF met weinig polygonen, dus exporteer opnieuw vanuit het bronmodel als kwaliteit telt.

Twee andere formaten komen steeds ter sprake bij deze vraag. STEP (ISO 10303) slaat exacte lichamen en oppervlakken op in plaats van driehoeken, en is dus het formaat voor als een onderdeel terug moet naar Fusion 360, SolidWorks of FreeCAD om te bewerken. GLB, de binaire vorm van glTF 2.0 van de Khronos Group, verpakt een mesh met materialen en texturen in één bestand in meters en is het formaat om een model op het web of in Android-AR te tonen.

Voor de drie formaten die dit artikel behandelt, vat de tabel hieronder de keuze per bestemming samen. Passen twee rijen, kies dan het formaat met meer informatie en exporteer het eenvoudigere later; van 3MF naar STL gaan is makkelijk, verloren kleuren of eenheden herstellen is handwerk.