2024年4月12日发(作者：茂盼香)
快速原型技术中常用的文件格式
快速成形的前提条件之一是在计算机上构造三维数学模型，因此要求CAD 软件系统
具有较强的三维建模功能。
一般用于快速成形的CAD 模型可以是实体模型、曲面模型和线框模型，通常的应用
以实体模型为主。在CAD 系统中完成三维造型后，就要把数学模型转化成快速原型系统
能够识别的文件格式，常用的有面片模型文件(如STL 、CFL 文件等)或层片模型文件(如
HPGL 、LEAF 、CLI 文件等)。
1 . STL ( Stereo Lithography interface specification )格式
STL 最初是用于美国30Systems 公司生产的SLA 快速原型系统的一种文件格式，目
前是快速原型系统与CAD 系统之间的准行业数据交换标准。一个STL 模型如图8 一1 所
示。
STL 文件格式中每一个三角面片由四个数据项表示，即三个顶点坐标和面片的法矢，
而STL 文件就是所有三角面片的集合.STIJ 文件格式有ASCll 码和二进制码两种输出形式.
二进制码输出形式所占用的文件空间比ASCll 码输出形式的小得多，但是ASCll 码输出形
式直观明了、便于检查，其格式如下：
solid entity name
facot normaln : ni nj nk
outer loop
vertex vx1 vy1 vz1
vertex vx2 vy2 vz2
vertex vx3 vy3 vz3
endloop
endfacet
……
endsolid
其中solid entity name 一一实体名称，字符串类型;
facet normal ni nj nk ― 三角面片法向量在坐标轴的分量，双精度浮点型;Vertex vx1
vy1 vz1 一～三角面片顶点的x、y 、z 坐标值，双精度浮点型;
endfacet ― 平面信息结束标志;
endsolid ― 实体信息结束。
从STL 数据模型可以看出，它拟合实体表面的三角平面信息是散乱、无序存储的，平
面片与平面片之间没有体现几何拓扑关系的信息，因此就不能保证实体模型的有效性、封
闭性。在每一个三角平面的信息中都给出组成三角面片的3 个顶点坐标值。在相邻的三角
面片的信息中，这些顶点的坐标值被重复给出，如果一个顶点为多个三角面片所共有，则
同样的顶点坐标值将在每个三角面片中重复给出造成了大量的冗余数据。
2 . STL 文件格式的规则
STL 文件格式的规则如下：
1 )共顶点规则每一个小三角面片必须与每个相邻的小三角面片共用两个顶点，也就是
说，一个小三角面片的顶点不能落在相邻的任何一个三角面片的边上，否则不能顺利进行
切片处理。
2 )取向规则对于每一个小三角面片，其法矢必须向外，3 个顶点连成的矢量方向按右
手法则确定，而且，对于相邻的小三角面片，不能出现取向矛盾。
3 )取值规则每个小三角面片的顶点坐标值必须是正数，零和负数是错误的。
4 )充满规则在模型的所有表面上，必须布满小三角面片，不得有任何遗漏。
3 .STL 文件格式的缺陷
目前，典型的CAD 软件系统都有生成STL 文件的模块，只需调用这个模块，就能将
CAD 系统构造的三维模型转换成STIJ 格式文件，并在屏幕上显示出转换后的STL 格式模
型(即由一系列小三角面片组成的三维模型)。然而，由于CAD 软件和STL 文件格式本身
的问题，以及转换过程造成的问题，所产生的STL 格式文件难免有少量的缺陷，如图8 一
2 所示，其中最常见的问题有：
1 )在两个表面相交时，出现违反共顶点规则的三角形，造成间隙。
2 )出现错误的裂缝或孔洞。有时，在显示的STL 格式模型上，会有错误的裂缝或孔洞
(其中无三角形)、违反充满规则。此时，应在这些裂缝或孔洞中增补若干小三角面片.从而
消除错误。
3 )三角面片过多或过少。进行STL 格式转换时，若转换精度不当，会出现三角面片过
多或过少的现象。当转换精度选择过高时，使产生的三角面片过多、所占用的文件空间太
大，可能超出快速原型所能接受的范围，出现一些莫名其妙的错误，导致成形困难;当转换
精度选择过低时.使产生的三角面片过少，造成成形件的形状、尺寸精度不满足要求。遇有
上述情况时.应适当调整STL 格式的转换精度.一般把屯角面片与所逼近曲线的最大弦长误
差控制在0 . 01 ~0 . 05mm 范围之内。
4 )微小特征遗漏或出错。当三维CAD 模型上有非常微小的特征结构(如很窄的缝隙、
肋条或很小的凸起等)时可能难以在其上布置足够的数目的三角形，致使这些特征结构遗漏
或形状出错，或者在后续的切片处理时出现错误、混乱。对于这类问题，比较难以解决。
因为如果要想用更高的转换精度(即更小尺寸和更多数目的三角形)，以及更小的切片间隔
来克服这类缺陷，必然会使占用的文件空间更大，造成困难。多数快速原型系统都有STL 格
式文件缺陷的修补功能，其中有的是自动修补，有的是手工修补。
4 . HPGL ( HP Graphics Language )格式
HPGL 是HP 公司开发的一种用来控制自动绘图机的语言格式，它也被广泛地接受，
成为一项事实标准，这种表达格式的基本构成是描述图形矢量的，用x 和y 坐标来表示矢
量的起点与终点，以及绘图笔相应的抬起和放下。某些与绘图原理有关的快速原型系统采
用HPGL 来驱动它们的喷头。
5 . STEP ( Standard for Exchange of Product Model Data )格式STEP 是国际标准
组织提出的产品数据交换标准。目前，典型的CAD 系统都能输出STEP 格式文件，有些
快速原型技术的研究工作者正谋求借助STEP 格式文件，不经STL 格式的转换，直接对三
维CAD 模型进行切片处理，以便提高快速原型的精度。
作者：黄岩模具 p://
2024年4月12日发(作者：茂盼香)
快速原型技术中常用的文件格式
快速成形的前提条件之一是在计算机上构造三维数学模型，因此要求CAD 软件系统
具有较强的三维建模功能。
一般用于快速成形的CAD 模型可以是实体模型、曲面模型和线框模型，通常的应用
以实体模型为主。在CAD 系统中完成三维造型后，就要把数学模型转化成快速原型系统
能够识别的文件格式，常用的有面片模型文件(如STL 、CFL 文件等)或层片模型文件(如
HPGL 、LEAF 、CLI 文件等)。
1 . STL ( Stereo Lithography interface specification )格式
STL 最初是用于美国30Systems 公司生产的SLA 快速原型系统的一种文件格式，目
前是快速原型系统与CAD 系统之间的准行业数据交换标准。一个STL 模型如图8 一1 所
示。
STL 文件格式中每一个三角面片由四个数据项表示，即三个顶点坐标和面片的法矢，
而STL 文件就是所有三角面片的集合.STIJ 文件格式有ASCll 码和二进制码两种输出形式.
二进制码输出形式所占用的文件空间比ASCll 码输出形式的小得多，但是ASCll 码输出形
式直观明了、便于检查，其格式如下：
solid entity name
facot normaln : ni nj nk
outer loop
vertex vx1 vy1 vz1
vertex vx2 vy2 vz2
vertex vx3 vy3 vz3
endloop
endfacet
……
endsolid
其中solid entity name 一一实体名称，字符串类型;
facet normal ni nj nk ― 三角面片法向量在坐标轴的分量，双精度浮点型;Vertex vx1
vy1 vz1 一～三角面片顶点的x、y 、z 坐标值，双精度浮点型;
endfacet ― 平面信息结束标志;
endsolid ― 实体信息结束。
从STL 数据模型可以看出，它拟合实体表面的三角平面信息是散乱、无序存储的，平
面片与平面片之间没有体现几何拓扑关系的信息，因此就不能保证实体模型的有效性、封
闭性。在每一个三角平面的信息中都给出组成三角面片的3 个顶点坐标值。在相邻的三角
面片的信息中，这些顶点的坐标值被重复给出，如果一个顶点为多个三角面片所共有，则
同样的顶点坐标值将在每个三角面片中重复给出造成了大量的冗余数据。
2 . STL 文件格式的规则
STL 文件格式的规则如下：
1 )共顶点规则每一个小三角面片必须与每个相邻的小三角面片共用两个顶点，也就是
说，一个小三角面片的顶点不能落在相邻的任何一个三角面片的边上，否则不能顺利进行
切片处理。
2 )取向规则对于每一个小三角面片，其法矢必须向外，3 个顶点连成的矢量方向按右
手法则确定，而且，对于相邻的小三角面片，不能出现取向矛盾。
3 )取值规则每个小三角面片的顶点坐标值必须是正数，零和负数是错误的。
4 )充满规则在模型的所有表面上，必须布满小三角面片，不得有任何遗漏。
3 .STL 文件格式的缺陷
目前，典型的CAD 软件系统都有生成STL 文件的模块，只需调用这个模块，就能将
CAD 系统构造的三维模型转换成STIJ 格式文件，并在屏幕上显示出转换后的STL 格式模
型(即由一系列小三角面片组成的三维模型)。然而，由于CAD 软件和STL 文件格式本身
的问题，以及转换过程造成的问题，所产生的STL 格式文件难免有少量的缺陷，如图8 一
2 所示，其中最常见的问题有：
1 )在两个表面相交时，出现违反共顶点规则的三角形，造成间隙。
2 )出现错误的裂缝或孔洞。有时，在显示的STL 格式模型上，会有错误的裂缝或孔洞
(其中无三角形)、违反充满规则。此时，应在这些裂缝或孔洞中增补若干小三角面片.从而
消除错误。
3 )三角面片过多或过少。进行STL 格式转换时，若转换精度不当，会出现三角面片过
多或过少的现象。当转换精度选择过高时，使产生的三角面片过多、所占用的文件空间太
大，可能超出快速原型所能接受的范围，出现一些莫名其妙的错误，导致成形困难;当转换
精度选择过低时.使产生的三角面片过少，造成成形件的形状、尺寸精度不满足要求。遇有
上述情况时.应适当调整STL 格式的转换精度.一般把屯角面片与所逼近曲线的最大弦长误
差控制在0 . 01 ~0 . 05mm 范围之内。
4 )微小特征遗漏或出错。当三维CAD 模型上有非常微小的特征结构(如很窄的缝隙、
肋条或很小的凸起等)时可能难以在其上布置足够的数目的三角形，致使这些特征结构遗漏
或形状出错，或者在后续的切片处理时出现错误、混乱。对于这类问题，比较难以解决。
因为如果要想用更高的转换精度(即更小尺寸和更多数目的三角形)，以及更小的切片间隔
来克服这类缺陷，必然会使占用的文件空间更大，造成困难。多数快速原型系统都有STL 格
式文件缺陷的修补功能，其中有的是自动修补，有的是手工修补。
4 . HPGL ( HP Graphics Language )格式
HPGL 是HP 公司开发的一种用来控制自动绘图机的语言格式，它也被广泛地接受，
成为一项事实标准，这种表达格式的基本构成是描述图形矢量的，用x 和y 坐标来表示矢
量的起点与终点，以及绘图笔相应的抬起和放下。某些与绘图原理有关的快速原型系统采
用HPGL 来驱动它们的喷头。
5 . STEP ( Standard for Exchange of Product Model Data )格式STEP 是国际标准
组织提出的产品数据交换标准。目前，典型的CAD 系统都能输出STEP 格式文件，有些
快速原型技术的研究工作者正谋求借助STEP 格式文件，不经STL 格式的转换，直接对三
维CAD 模型进行切片处理，以便提高快速原型的精度。
作者：黄岩模具 p://