Формат 3MF

3MF (сокращение от англ. 3D Manufacturing Format) — это открытый формат файлов для передачи трёхмерных моделей, предназначенный для использования в аддитивных технологиях (3D-печати). Разработан консорциумом 3MF Consortium, основанным корпорацией Microsoft, и призван заменить устаревший формат STL, предоставляя более полную и точную информацию о модели, необходимую для производства.

История

Формат 3MF был анонсирован в 2015 году. Основной причиной его создания стали ограничения формата STL, который, несмотря на свою распространённость, не поддерживал цвета, текстуры, материалы, метаданные и информацию о внутренней структуре модели. STL описывал только геометрию поверхности в виде треугольников, что приводило к потере данных и необходимости использования дополнительных файлов (например, для указания цвета).

Консорциум 3MF Consortium, в который вошли такие компании, как Microsoft, HP, Autodesk, Stratasys, Dassault Systèmes, SLM Solutions Group AG и другие, поставил задачу создать единый, расширяемый и открытый формат, который мог бы стать стандартом для всей индустрии 3D-печати. Спецификация формата была опубликована под лицензией, позволяющей свободное использование и реализацию.

В 2018 году была выпущена версия 1.2 спецификации, которая добавила поддержку расширений, включая текстуры, цвета, материалы и информацию о сборках. В 2022 году вышла версия 1.3, которая ввела поддержку метаданных, улучшенную работу с цветами и текстурами, а также возможность хранения информации о производственных параметрах (например, о поддержках и настройках печати).

Структура и устройство

Файл 3MF представляет собой ZIP-архив, содержащий набор XML-файлов, описывающих трёхмерную модель и связанные с ней данные. Такая структура обеспечивает компактность, возможность сжатия и удобство расширения.

Основные компоненты файла 3MF:

• 3D модель (3D model): Основной XML-файл (обычно 3D/3dmodel.model), который содержит описание геометрии, материалов, цветов, текстур и других свойств модели. Геометрия описывается с помощью треугольников (сеток), но в отличие от STL, поддерживаются атрибуты для каждой вершины (например, цвет, нормаль, координаты текстуры).
• Метаданные (Metadata): XML-файлы, содержащие информацию о модели, такую как название, автор, дата создания, лицензия, производственные настройки (например, слой печати, температура, скорость).
• Ресурсы (Resources): Включают текстуры (изображения), материалы (свойства, такие как цвет, прозрачность, блеск) и другие ресурсы, на которые ссылается основная модель.
• Манифест (Manifest): Файл [Content_Types].xml, который описывает типы содержимого всех файлов в архиве, что позволяет программам правильно интерпретировать данные.

Ключевые особенности формата 3MF:

• Поддержка цветов и текстур: Каждая вершина треугольника может иметь цвет (RGB или CMYK), а также координаты текстуры, что позволяет создавать полноцветные модели.
• Поддержка материалов: Модель может содержать информацию о материале (например, пластик, металл, резина) и его свойствах (прочность, гибкость, цвет).
• Поддержка сборок: Формат позволяет описывать модель, состоящую из нескольких частей (объектов), каждая из которых может иметь свои материалы и свойства.
• Поддержка метаданных: Можно хранить любую дополнительную информацию, необходимую для производства (например, настройки слайсера, информацию о поддержках, ориентацию модели).
• Расширяемость: Формат спроектирован так, чтобы его можно было расширять с помощью дополнительных XML-схем, не нарушая совместимости с существующими реализациями.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Полнота данных: В отличие от STL, 3MF хранит всю информацию, необходимую для печати, в одном файле, что исключает потерю данных и упрощает обмен.
• Компактность: Благодаря использованию ZIP-сжатия, файлы 3MF обычно меньше по размеру, чем STL-файлы с аналогичной геометрией.
• Точность: Формат поддерживает произвольную точность координат, что позволяет избежать ошибок округления, характерных для STL.
• Открытость и стандартизация: Спецификация открыта и доступна для всех, что способствует её широкому внедрению и совместимости между различными программами и устройствами.
• Расширяемость: Возможность добавления новых типов данных без нарушения обратной совместимости.

Недостатки

• Меньшая распространённость: По сравнению с STL, формат 3MF ещё не получил такого же широкого распространения, особенно среди старых программ и устройств.
• Сложность реализации: Создание и чтение файлов 3MF требует более сложной программной логики, чем для STL, из-за использования XML и ZIP-архивов.
• Ограниченная поддержка в некоторых слайсерах: Не все слайсеры (программы для подготовки моделей к печати) полностью поддерживают все возможности формата 3MF, особенно расширения.

Применение

Формат 3MF используется в основном в профессиональной и любительской 3D-печати. Он поддерживается многими популярными программами для моделирования (например, Autodesk Fusion 360, Blender, SolidWorks), слайсерами (например, Cura, PrusaSlicer, Simplify3D) и операционными системами (например, Windows 10 и 11 имеют встроенную поддержку 3MF для печати).

Основные области применения:

• Прототипирование: Создание точных и полноцветных прототипов.
• Мелкосерийное производство: Передача моделей на 3D-принтеры с указанием всех необходимых параметров.
• Образование: Обмен моделями между студентами и преподавателями.
• Медицина: Создание моделей для хирургического планирования и протезирования.
• Ювелирное дело: Передача моделей для литья по выплавляемым моделям.

Сравнение с другими форматами

По сравнению с AMF, 3MF имеет более простую и эффективную структуру, а также лучшую поддержку со стороны крупных производителей ПО и оборудования. По сравнению с OBJ, 3MF является более компактным и целостным форматом, так как все данные хранятся в одном файле.

Перспективы

Формат 3MF рассматривается как будущий стандарт для 3D-печати, способный заменить STL. Его развитие продолжается: консорциум 3MF Consortium работает над добавлением новых возможностей, таких как поддержка анимации, объёмных текстур и более сложных производственных процессов. С ростом популярности 3D-печати и повышением требований к качеству и точности моделей, 3MF, вероятно, будет играть всё более важную роль в индустрии.

Источники

• Спецификация формата 3MF (версия 1.3) на сайте 3MF Consortium.
• Документация Microsoft по формату 3MF.
• Статьи и обзоры на сайтах All3DP, 3D Printing Industry, 3Dnatives.
• Документация слайсеров Cura и PrusaSlicer.