3MF in OBJ umwandeln

In der Qualitätssicherung eines Automobilzulieferers landet gelegentlich eine 3MF-Datei statt der erwarteten CAD-Zeichnung — ein Prototypenteil, das der Lieferant direkt aus dem Slicer exportiert hat, weil er selbst nur mit gedruckten Teilen arbeitet. Die Prüfsoftware im eigenen Haus kennt CAD-Formate und STL, aber kein 3MF, und die Maße im Prüfbericht müssen trotzdem stimmen.

Genau dafür ist diese Umwandlung da: die Geometrie aus dem Druckauftrag herauslösen und in ein Format bringen, das praktisch jede Modellier- oder Prüfsoftware ohne Zusatzmodul öffnet. Was dabei mitkommt und was zurückbleibt, folgt einer klaren Regel.

3MF nennt in seiner Modelldefinition eine Einheit, als einziges Format in dieser Gruppe überhaupt. Die Umwandlung liest diese Angabe und skaliert die Geometrie nach Millimeter: Mikrometer mit 0,001, Zentimeter mit 10, Zoll mit 25,4, Fuß mit 304,8 und Meter mit 1000 — Millimeter bleibt unverändert.

Eine in Zoll konstruierte Halterung mit 2,5 Einheiten Breite kommt im OBJ als 63,5 Einheiten breit an. Das ist dasselbe Bauteil, nur in Millimeter beschrieben, und es ist die richtige Antwort, weil OBJ selbst keine Einheit kennt und sowohl die 3D-Druck- als auch die CAD-Welt unbeschriftete Zahlen als Millimeter lesen. Das ist zugleich der einzige Punkt in dieser Formatgruppe, an dem sich die Zahlen nach der Umwandlung von denen im Ausgangsdokument unterscheiden — beim Abgleich mit einer Zeichnung ist das der erste Punkt, den man prüft.

3MF trennt, was ein Objekt ist, von wo es liegt. Der Ressourcenbereich enthält die eigentlichen Netze, der Baubereich enthält Elemente, von denen jedes ein Objekt referenziert und optional eine Transformation trägt — zwölf Zahlen für eine vierzeilige Matrix, deren letzte Spalte implizit ist.

OBJ kennt kein Äquivalent, also wird die Transformation jedes Bauelements vor dem Schreiben auf eine Kopie der Objektecken angewendet. Teile landen dort, wo der Baubereich sie platziert hat. Wird dasselbe Objekt von mehreren Bauelementen referenziert — etwa dieselbe Distanzscheibe viermal auf einer Druckplatte —, entstehen vier Gruppen mit vier vollständigen Kopien der Geometrie, weil ein Format ohne Instanzierung keine andere Möglichkeit hat, das auszudrücken.

Ein Objekt mit einem Namensattribut behält ihn, und dieser Name wird zur o-Zeile seiner Gruppe im OBJ. Bei einem mehrteiligen Druckauftrag ist das der Unterschied zwischen sechs erkennbaren Bauteilen und sechs anonymen Formen — fast die einzige nicht-geometrische Angabe, die den Wechsel übersteht.

Farben, Basiswerkstoffe und Materialindizes werden dagegen nicht gelesen, und ein OBJ hat ohnehin keinen Platz dafür — es wird keine mtllib-Zeile geschrieben und keine .mtl-Datei erzeugt. Bei einem Mehrmaterial-Bauteil, dessen Einfärbung anschließend noch gebraucht wird, bleibt nur, die ursprüngliche 3MF-Datei parallel aufzuheben.

3MF ist ein OPC-Paket — ein ZIP mit einer Inhaltstypzuordnung und einer Beziehungsdatei, dieselbe Grundidee, die auch DOCX verwendet. Ein Slicer-Projekt legt darin einiges mehr ab als nur die Geometrie: Druckprofile, Filamentzuordnungen, Einstellungen je Objekt, Modifikatormeshes, Stützstrukturen, den Aufbau der Druckplatte, ein Vorschaubild.

Die Umwandlung sucht die Datei 3D/3dmodel.model oder, falls die fehlt, irgendeinen Eintrag mit der Endung .model, und liest daraus die Geometrie. Alles andere im Archiv bleibt unberücksichtigt — folgerichtig, denn keines dieser Dinge hat eine Entsprechung im OBJ. Die umgewandelte Datei enthält also die Form und sonst nichts, und der eigentliche Druckaufbau bleibt in der 3MF-Datei stehen, die man deshalb aufhebt.

3MF erlaubt, ein Objekt nicht durch ein eigenes Netz zu definieren, sondern durch ein components-Element, das andere Objekte mit jeweils eigener Transformation auflistet. Das ist der Weg, wie das Format Baugruppen aus wiederverwendbaren Teilen ausdrückt, und in der Praxis durchaus gebräuchlich.

Diese Umwandlung folgt solchen Verweisen und löst sie rekursiv auf: Jede referenzierte Komponente wird mit ihrer eigenen Transformation eingesetzt, verschachtelt bis zur tatsächlichen Netzgeometrie, mit einer Schutzabfrage gegen einen Verweiskreis, den die Spezifikation zwar verbietet, eine handbearbeitete Datei aber trotzdem enthalten kann. Ein Objekt, das ausschließlich aus components besteht, liefert deshalb dieselbe Geometrie wie eines mit einem eigenen mesh-Element.

Hat eine 3MF-Datei einen Baubereich, wird nur konvertiert, was dessen Elemente tatsächlich referenzieren. Ein Objekt, das im Ressourcenbereich liegt, aber von nichts gebaut wird, landet nicht im OBJ — das ist gewollt, denn der Baubereich ist die Erklärung der Datei, was tatsächlich auf der Platte liegt.

Eine Ausnahme gibt es: Eine 3MF-Datei mit Ressourcen und ganz ohne Baubereich — ungewöhnlich, aber lesbar — wird trotzdem vollständig übernommen, weil die Objekte dann offensichtlich der eigentliche Inhalt sind und schlicht keine deklarierte Platzierung haben. Zwischen diesen beiden Regeln enthält ein umgewandeltes OBJ genau das, was die 3MF-Datei als gefertigt erklärt hat, und ein verschwundenes Teil war ein Teil, das die Datei nicht beansprucht hat.

Die Datei öffnet in Blender, MeshLab, Maya und praktisch überall ohne weitere Einstellung. Sie enthält ausschließlich o-, v- und f-Zeilen, also mit flacher Schattierung — ohne vn-Zeilen werden Flächennormalen erst beim Import berechnet — und ohne Material.

Der erste Blick sollte der Größe gelten. Das OBJ ist konstruktionsbedingt in Millimeter, und Modellierprogramme sind sich nicht einig, was eine unbeschriftete Einheit bedeutet: Blender behandelt eine Einheit standardmäßig als einen Meter, sodass ein 63,5-mm-Teil ohne angepasste Importskalierung als 63,5-Meter-Objekt erscheint. Das ist eine Frage der Szenenskalierung, kein Umwandlungsfehler, und ein bekanntes Maß am Modell abzulesen klärt das in zehn Sekunden.

Für eine Maßprüfung zählt am Ende die reine Geometrie — Dreiecke, ihre Position, die Gesamtabmessung —, und genau das trägt die Umwandlung vollständig und ohne Rundungsschritt jenseits der ohnehin schon in der 3MF-Datei enthaltenen Auflösung. Was nicht verglichen werden kann, sind Toleranzangaben, Bemaßungen oder Anmerkungen aus einer CAD-Zeichnung, denn ein 3MF-Modell enthält so etwas grundsätzlich nicht — es ist bereits ein trianguliertes Netz und keine parametrische Konstruktion.

Für einen ersten Soll-Ist-Vergleich reicht das OBJ deshalb aus. Für eine förmliche Erstmusterprüfung bleibt die Originaldatei des Zulieferers, falls es eine CAD-Datei gibt, die genauere Quelle — die 3MF-Datei war ohnehin nur der Weg, wie das gedruckte Teil überhaupt in ein Format kam, das man öffnen konnte.