STL 格式（3D 打印模型）

STL（Stereolithography，光固化三维模型格式）是 3D Systems 公司 1987 年为 SLA 3D 打印机制定的一种模型格式，采用三角面片描述物体表面几何。文件以 ASCII 或二进制格式存储顶点坐标和法向量，不支持颜色、材质和层级结构，体积庞大但兼容性强，仍是 CAD 软件与 3D 打印机交互的通用格式。

格式简介

STL 是一种用于 3D 打印的模型文件格式，通过三角面片（三角形）来描述三维物体的表面。STL 格式简单、兼容性强，被所有 3D 打印机和 CAD 软件支持，是 3D 打印行业的标准格式。

STL 文件扩展名为 .stl，MIME 类型为 model/stl 或 application/sla。STL 格式支持 ASCII 和二进制两种编码方式。

技术特点

核心特性

• 三角面片：使用三角形网格描述表面
• 简单格式：结构简单，易于解析
• 广泛支持：所有 3D 打印机都支持
• 两种编码：支持 ASCII 和二进制格式

格式限制

• 无颜色信息：不支持颜色和纹理
• 无材质信息：不支持材质属性
• 无层级结构：不支持模型层级
• 仅表面：只描述表面，不包含内部结构

ASCII vs 二进制

• ASCII：人类可读，文件较大
• 二进制：文件较小，解析更快

文件结构

ASCII STL 格式

solid object_name
  facet normal nx ny nz
    outer loop
      vertex x1 y1 z1
      vertex x2 y2 z2
      vertex x3 y3 z3
    endloop
  endfacet
  ...
endsolid object_name

二进制 STL 格式

[文件头]                 # 80 字节头信息
[三角面片数量]           # 4 字节无符号整数
[三角面片 1]             # 50 字节
  - 法向量（12 字节）
  - 顶点1（12 字节）
  - 顶点2（12 字节）
  - 顶点3（12 字节）
  - 属性字节（2 字节）
[三角面片 2]
...

使用场景

适用场景

• 3D 打印：3D 打印机模型文件
• 快速原型：快速原型制作
• CAD 导出：CAD 软件导出格式
• 模型分享：3D 模型文件分享

优缺点

优点：

• 格式简单，易于解析
• 广泛支持，兼容性强
• 适合 3D 打印
• 文件结构清晰

缺点：

• 不支持颜色和材质
• 文件体积可能较大
• 精度有限
• 不支持复杂属性

代码示例

Python 读取 STL

from stl import mesh

# 读取 STL 文件
your_mesh = mesh.Mesh.from_file('model.stl')

# 获取信息
print(f"三角面片数: {len(your_mesh.vectors)}")
print(f"体积: {your_mesh.get_mass_properties()[0]}")

# 访问三角面片
for triangle in your_mesh.vectors:
    print(f"三角形顶点: {triangle}")

Python 创建 STL

from stl import mesh
import numpy as np

# 创建简单的立方体
vertices = np.array([
    [0, 0, 0], [1, 0, 0], [1, 1, 0], [0, 1, 0],  # 底面
    [0, 0, 1], [1, 0, 1], [1, 1, 1], [0, 1, 1]   # 顶面
])

# 定义三角面片
faces = np.array([
    [0, 1, 2], [0, 2, 3],  # 底面
    [4, 7, 6], [4, 6, 5],  # 顶面
    # ... 其他面
])

# 创建网格
cube = mesh.Mesh(np.zeros(faces.shape[0], dtype=mesh.Mesh.dtype))
for i, f in enumerate(faces):
    for j in range(3):
        cube.vectors[i][j] = vertices[f[j]]

# 保存
cube.save('cube.stl')

相关工具

• 3D 建模软件：
  • Blender：开源 3D 建模软件
  • AutoCAD：CAD 软件
  • SolidWorks：3D CAD 软件
• STL 处理工具：
  • MeshLab：网格处理工具
  • Netfabb：STL 修复工具
• 编程库：
  • Python: numpy-stl、pymeshlab
  • JavaScript: three.js（支持 STL 加载）
  • C/C++: Open3D

相关链接

• STL 格式说明
• numpy-stl 文档

参考

• STL - Wikipedia
• STL 文件格式详解