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01/07/2015

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Stampa 3D: come cambiano i formati dei file

Alla ricerca di standard comuni per realizzare in pieno il potenziale della tecnologia

Come le stampanti 2D sono in grado di stampare documenti in vari formati elettronici, alcuni dei quali proprietari e altri standard, come il formato PDF, anche le stampanti 3D realizzano gli oggetti seguendo le istruzioni contenute nei file che contengono una descrizione puntuale degli oggetti stessi. Nel mondo del CAD 3D esistono molti formati per descrivere gli oggetti tridimensionali, come Iges, STP (detto anche STEP), Nurbs, OBJ e VRML. Molti di questi formati sono però nati per consentire il rendering su carta o su video e non per la fabbricazione degli oggetti e devono quindi essere convertiti per essere compresi dalle stampanti 3D e/o dai programmi di slicing che preparano i dati per comandare le stampanti. I più popolari formati dei file per la stampa 3D non contengono però tutte le informazioni necessarie. Se le informazioni contenute in questi file non sono sufficienti, è necessario aggiungere le informazioni mancanti nella fase di preparazione della stampa. Le funzionalità delle moderne stampanti 3D hanno superato le capacità dei formati di file di stampa 3D comunemente usati oggi. Infatti, le moderne stampanti 3D, comprese le stampanti a filamenti di plastica a basso costo, sono in grado di stampare oggetti che è difficile o impossibile descrivere usando i formati esistenti. Il processo di stampa in 3D richiede oggi agli utenti di eseguire manualmente numerose attività improduttive che impediscono di realizzare il pieno potenziale di stampa 3D.

A che punto siamo
Gli unici formati concepiti specificamente per la stampa 3D sono STL e AMF. Il formato STL (Standard Tessellation Language), attuale standard di fatto, progettato nel 1989 dall’inventore della stampa 3D Chuck Hull, descrive la geometria della superficie come una rete (mesh) di triangoli ‘vuoti’, e non descrive caratteristiche come texture, colore, materiale e densità. Lo stesso Chuck Hull, ha affermato recentemente che è molto stupito per il fatto che questo formato di file, da lui inventato oltre 25 ani fa, sia ancora usato. Nel 2011, l’ente di unificazione Astim che sviluppa e mantiene gli standard relativi alla manifattura additiva, ha sviluppato e rilasciato il formato AMF (Additive Manufacturing Format), basato su XML, per supportare le funzionalità delle stampanti 3D non supportate da STL. AMF, recepito anche dall’ISO nel 2013 (ISO/ASTM F52915- 13) costituisce lo standard ufficiale per i file di stampa 3D, ma non ha avuto successo per varie ragioni. La maggior parte dei fornitori di stampanti 3D e di programmi CAD non l’hanno supportato poiché non c’era sufficiente domanda da parte degli utenti, che a loro volta hanno preferito continuare a usare il più semplice STL. AMF descrive tutte le caratteristiche degli oggetti, anche le più sofisticate, ma è molto complesso e accettato solo da alcune stampanti di fascia molto alta.


Alla ricerca di maggiore interoperabilità
Per permettere agli utenti di massimizzare la produttività e sbloccare tutte le funzionalità di questa tecnologia, produttori e utenti sentono la necessità di un nuovo formato di file ricco di informazioni, specificamente progettato per supportare le esigenze della moderna stampa 3D e in grado di allineare software CAD, hardware e software di stampa 3D, supportando lo scambio di informazioni durante tutto il processo di stampa in 3D end-to-end da applicazione CAD a stampante. Il formato del file deve contenere una definizione completa del modello da stampare, per consentire l’elaborazione univoca e accurata del modello. Infine, il formato del file deve essere pratico, semplice da capire e facile da implementare. Queste caratteristiche assumono grande importanza nel momento in cui si passa dal mondo della prototipazione, in cui le stampanti sono utilizzate dagli stessi progettisti o da tecnici specializzati, in grado di impostare tutti i parametri richiesti dalle macchine, al mondo della produzione in fabbrica, in cui un operaio deve essere in grado di lanciare la produzione semplicemente caricando le materie e premendo un bottone.

Nasce il 3MF Consortium
Per raggiungere questo obiettivo è stato costituito e annunciato il 30 aprile 2015 il nuovo consorzio industriale per lo sviluppo congiunto, 3MF Consortium (www.3mf.io) costituito inizialmente da sette aziende, in cui sono ben rappresentati sia i colossi dell’informatica tradizionale (Autodesk, Dassault Systèmes, HP, Microsoft), sia alcuni protagonisti del nuovo ecosistema della produzione additiva (Netfabb, Shapeways e SLM Solutions). Il consorzio, che utilizzerà le metodologie e gli accordi legali per lo sviluppo congiunto di nuovi software e standard messi a disposizione dalla neonata Joint Development Foundation (www.jointdevelopment. org), si propone di diffondere l’uso di un formato file unificato denominato 3MF (3D Manufacturing Format) che racchiude tutto il ciclo di progettazione e produzione, nel senso che un unico file viene utilizzato dalla progettazione alla stampa. Il consorzio lavorerà per definire questo formato di file che permetterà ai modelli 3D di mantenere una piena fedeltà da inviare ad altre applicazioni, servizi, piattaforme e stampanti, eliminando i problemi con i formati di file attuali e permetterà alle società e ai progettisti di concentrarsi sull’innovazione piuttosto che sui problemi di interoperabilità. Il punto di partenza della specifica iniziale è il formato 3MF sviluppato da Microsoft, basato su XML come il formato AMF, supportato da Windows 8 e da Windows 10. I programmi per leggere e scrivere file in formato 3MF e convertire dai formati STL e OBJ a 3MF sono stati donati da Microsoft al consorzio, sono disponibili come open source e sono liberamente scaricabili dal sito di sviluppo software open source GitHub (www.github.com). I sorgenti per altre piattaforme diverse da Windows sono in fase di sviluppo.


Semplicità innanzitutto
Secondo il consorzio, il formato file 3MF è abbastanza ricco per descrivere completamente un modello, mantenendo al suo interno tutte le informazioni come geometria, colori e materiali, estensibile e in grado di supportare le innovazioni nel campo della stampa 3D, interoperabile e aperto, pratico, semplice da capire e facile da implementare. Il formato 3MF è nato come formato nativo dei file di spool per la stampa 3D nella pipeline di stampa di Windows. Sarà supportato dalla piattaforma di stampa 3D aperta Spark di Autodesk e dai prodotti hardware e software di tutti i membri del 3MF Consortium, comprese ovviamente le future stampanti 3D di HP. 3MF e AMF sono simili (essendo entrambi basati su XML) ma non uguali. Poiché 3MF supporta metadati personalizzati, è però possibile trasformare un file AMF in formato 3MF e viceversa. La rappresentazione della geometria utilizzata da 3MF è molto simile a quella di AMF, ma è più compatta e quindi i file sono più piccoli. 3MF ha alcune limitazioni rispetto ad AMF: per esempio non supporta i triangoli curvi e non ha un linguaggio di scripting, ma sono funzioni complesse da gestire e scarsamente utilizzate. 3MF dovrebbe quindi essere una via di mezzo tra STL e AMF e, nelle intenzioni dei promotori, dovrebbe diventare uno standard di fatto (come è successo per i protocolli di comunicazione TCP/IP nei confronti della pila ISO/ OSI).

 

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