3MF

3MF (сокр. от англ. 3D Manufacturing Format) — это открытый формат файлов для передачи трёхмерных моделей и связанных с ними данных между программами для трёхмерного моделирования, слайсерами и 3D-принтерами. Разработан консорциумом 3MF Consortium, основанным компанией Microsoft в 2015 году, для замены устаревшего формата STL и устранения его ограничений. Формат основан на XML и поддерживает хранение геометрии, материалов, текстур, цветов, метаданных и информации о сборке в одном файле.

История

До появления 3MF основным форматом для 3D-печати был STL (стереолитография), созданный в 1987 году. STL описывает только геометрию поверхности модели в виде треугольной сетки, не сохраняя данные о цвете, текстуре, материале или масштабе. Это приводило к потере информации при передаче модели между программами, а также к ошибкам в печати, например, из-за неправильного масштабирования или отсутствия сведений о поддержках.

В 2015 году компания Microsoft объявила о создании формата 3MF, который должен был стать стандартом для Windows 10 и экосистемы 3D-печати. В том же году был основан 3MF Consortium, в который вошли Microsoft, Autodesk, HP, Stratasys, 3D Systems, SLM Solutions и другие ведущие компании отрасли. Целью консорциума было развитие открытого, расширяемого формата, свободного от лицензионных отчислений (royalty-free).

Первая версия спецификации (1.0) была опубликована в 2015 году. В 2016 году вышла версия 1.1, добавившая поддержку текстур и материалов. В 2018 году — версия 1.2 с улучшенной поддержкой метаданных и производственных атрибутов. В 2021 году спецификация была обновлена до версии 2.0, включившей поддержку многоматериальной печати, градиентов и сложных цветовых схем.

Архитектура и устройство

Файл 3MF представляет собой ZIP-архив, содержащий один или несколько XML-документов, а также связанные ресурсы (изображения текстур, шрифты, метаданные). Основной файл — 3D/3dmodel.model — содержит описание трёхмерной сцены в формате XML.

Ключевые компоненты

• Геометрия — описывается в виде треугольной сетки (mesh) с указанием вершин, рёбер и граней. Поддерживаются как треугольные, так и четырёхугольные полигоны, но для совместимости рекомендуется использовать треугольники.
• Материалы — определяются в отдельном разделе. Каждый материал может иметь цвет, прозрачность, физические свойства (например, плотность, прочность) и ссылку на текстуру.
• Текстуры — хранятся в виде растровых изображений (PNG, JPEG) внутри ZIP-архива. Текстуры могут накладываться на модель с помощью UV-координат.
• Цвета — поддерживаются как однотонные цвета (RGB, RGBA), так и градиенты, а также цветовые карты.
• Сборки — позволяют объединять несколько объектов в одну модель, задавая их взаимное расположение и иерархию.
• Метаданные — включают имя автора, дату создания, лицензию, описание, а также произвольные пользовательские поля (например, параметры печати, номер детали).
• Расширения — формат поддерживает механизм расширений (extensions), позволяющий добавлять новые типы данных без нарушения совместимости. Например, расширение Production добавляет информацию о поддержках, слоях и настройках принтера.

Преимущества перед STL и другими форматами

• Полнота данных — в одном файле хранится геометрия, цвет, текстура, материал и метаданные. STL хранит только геометрию.
• Точность — 3MF использует единицы измерения (миллиметры, дюймы) и масштаб, что исключает ошибки при переносе между программами. STL не содержит информации о масштабе.
• Сжатие — благодаря ZIP-архивации файлы 3MF обычно меньше, чем STL, при одинаковой геометрии.
• Расширяемость — открытая спецификация и механизм расширений позволяют адаптировать формат под конкретные задачи (например, для печати несколькими материалами или для медицинских моделей).
• Стандартизация — формат поддерживается всеми основными слайсерами (Cura, PrusaSlicer, Simplify3D, Slic3r) и программами 3D-моделирования (Blender, Autodesk Fusion 360, SolidWorks, Tinkercad).

Недостатки и ограничения

• Сложность — XML-структура и ZIP-архивация делают формат более сложным для ручного редактирования по сравнению с текстовым STL.
• Совместимость — хотя 3MF поддерживается многими программами, не все старые версии ПО и принтеров могут его читать. STL остаётся универсальным форматом для устаревшего оборудования.
• Размер — при большом количестве текстур и метаданных файл может быть больше, чем эквивалентный STL, хотя обычно он меньше.
• Отсутствие поддержки анимации — 3MF предназначен для статических моделей. Для анимации используются другие форматы, например, FBX или glTF.

Применение

3MF широко используется в следующих областях:

• 3D-печать — как основной формат для передачи моделей в слайсеры. Поддерживается большинством современных слайсеров, включая Cura, PrusaSlicer, Bambu Studio, Orca Slicer.
• Промышленный дизайн — для обмена данными между CAD-системами и производственными станками.
• Медицина — для хранения моделей органов, имплантатов и хирургических шаблонов, где важна точность и наличие метаданных (например, материал, плотность).
• Образование — в учебных курсах по 3D-моделированию и аддитивным технологиям.
• Архитектура — для создания макетов зданий и ландшафтов с текстурами и цветами.

Поддержка в программном обеспечении

• Слайсеры: Ultimaker Cura, PrusaSlicer, Simplify3D, Slic3r, Bambu Studio, Orca Slicer, IdeaMaker, Kiri:Moto.
• CAD-системы: Autodesk Fusion 360, SolidWorks, Onshape, Tinkercad, Blender, FreeCAD, Rhino 3D.
• Операционные системы: Windows (начиная с Windows 8.1), macOS, Linux.
• Онлайн-платформы: Thingiverse, MyMiniFactory, Printables, Cults3D.

Сравнение с другими форматами

Интересные факты

• Формат 3MF был включён в стандарт ISO 19793:2020 «Automation systems and integration — 3D manufacturing format».
• В 2023 году консорциум 3MF объявил о поддержке формата для 3D-печати металлом и керамикой.
• Файлы 3MF можно открывать в обычном архиваторе (например, 7-Zip) и просматривать XML-код вручную.
• Формат поддерживает до 16 миллионов цветов на модель, что значительно превосходит возможности STL.

Источники

• Спецификация 3MF 2.0, 3MF Consortium, 2021.
• ISO 19793:2020 «Automation systems and integration — 3D manufacturing format».
• Microsoft Corporation, «3D Manufacturing Format (3MF)», 2015.
• Ultimaker Cura Documentation, «Supported file formats», 2023.
• Prusa Research, «PrusaSlicer 2.6.0 release notes», 2023.