تنسيق ملف التصنيع الإضافي

الموسوعة الحرة

تنسيق ملفات التصنيع الإضافي ( AMF ) هو معيار مفتوح لوصف الأجسام في عمليات التصنيع الإضافي ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد . يُعدّ معيار ISO / ASTM 52915:2016 الرسمي [ 1 ] [ 2 ] تنسيقًا قائمًا على لغة XML ، مصممًا لتمكين أي برنامج تصميم بمساعدة الحاسوب من وصف شكل وتكوين أي جسم ثلاثي الأبعاد يُراد تصنيعه على أي طابعة ثلاثية الأبعاد . وعلى عكس تنسيق STL السابق ، يدعم AMF الألوان والمواد والشبكات والتكوينات بشكل أصلي.

بناء

يمكن لملف AMF تمثيل كائن واحد، أو عدة كائنات مرتبة في شكل مجموعة. يُوصف كل كائن بمجموعة من الأحجام غير المتداخلة. يُوصف كل حجم بشبكة مثلثية تُشير إلى مجموعة من النقاط (الرؤوس). يمكن مشاركة هذه الرؤوس بين الأحجام التابعة لنفس الكائن. كما يُمكن لملف AMF تحديد مادة ولون كل حجم، بالإضافة إلى لون كل مثلث في الشبكة. يُضغط ملف AMF باستخدام تنسيق ضغط ZIP، مع الاحتفاظ بامتداد الملف ".amf". يجب أن يكون تطبيق قارئ AMF الأساسي قادرًا على فك ضغط ملف AMF واستيراد معلومات الهندسة على الأقل (مع تجاهل الانحناء).

بنية الملف الأساسية

يبدأ ملف AMF بسطر تعريف XML الذي يحدد إصدار XML وتشفيره. ويُحاط باقي الملف بعنصر فتح وعنصر إغلاق . كما يمكن تحديد نظام الوحدات (مليمتر، بوصة، قدم، متر، أو ميكرومتر). وفي حال عدم تحديد الوحدات، يُفترض استخدام المليمترات.<amf></amf>

يحتوي ملف AMF على خمسة عناصر رئيسية. ولا يتطلب ملف AMF كامل الوظائف سوى عنصر كائن واحد.

  1. <object>يُعرّف عنصر الكائن حجمًا أو أحجامًا من المادة، ويرتبط كل منها بمعرّف مادة للطباعة. يجب أن يحتوي الملف على عنصر كائن واحد على الأقل. أما العناصر الإضافية فهي اختيارية.
  2. <material>يُحدد عنصر المادة الاختياري مادة واحدة أو أكثر للطباعة مع مُعرّف مادة مُرتبط بها. في حال عدم تضمين عنصر المادة، يتم افتراض مادة افتراضية واحدة.
  3. <texture>يحدد عنصر النسيج الاختياري صورة واحدة أو أكثر أو نسيجًا واحدًا لتعيين اللون أو النسيج، ولكل منها معرف نسيج مرتبط بها.
  4. <constellation>يجمع عنصر الكوكبة الاختياري بشكل هرمي بين الكائنات والكوكبات الأخرى في نمط نسبي للطباعة.
  5. <metadata>يحدد عنصر البيانات الوصفية الاختياري معلومات إضافية حول الكائن (الكائنات) والعناصر الموجودة في الملف.

مواصفات الهندسة

يستخدم هذا التنسيق تخطيط شبكة مضلعات ذات رؤوس . يحدد كل عنصر من المستوى الأعلى معرّفًا فريدًا . يمكن للعنصر أيضًا تحديد مادة اختياريًا. يتم احتواء هندسة الشبكة بالكامل في عنصر واحد. تُعرَّف الشبكة باستخدام عنصر واحد وعنصر واحد أو أكثر . يسرد العنصر المطلوب جميع الرؤوس المستخدمة في هذا الكائن. يُعيَّن لكل رأس ضمنيًا رقم بالترتيب الذي تم تعريفه به، بدءًا من الصفر. يُعطي العنصر الفرعي المطلوب موضع النقطة في الفضاء ثلاثي الأبعاد باستخدام العناصر و و . بعد معلومات الرأس، يجب تضمين عنصر واحد على الأقل. يغلف كل حجم حجمًا مغلقًا من الكائن، ويمكن تحديد أحجام متعددة في كائن واحد. قد تشترك الأحجام في الرؤوس عند الواجهات ولكن لا يجوز أن يكون لها أي حجم متداخل. داخل كل حجم، يُستخدم العنصر الفرعي لتعريف المثلثات التي تُجزِّئ سطح الحجم. سيسرد كل عنصر ثلاثة رؤوس من مجموعة مؤشرات الرؤوس المُعرَّفة مسبقًا والمُعطاة في العنصر. تُحدد مؤشرات رؤوس المثلثات الثلاثة باستخدام العناصر و و . يجب أن يكون ترتيب الرؤوس وفقًا لقاعدة اليد اليمنى، بحيث تُدرج الرؤوس بترتيب عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليها من الخارج. يُخصص لكل مثلث رقم ضمنيًا بالترتيب الذي تم تعريفه به، بدءًا من الصفر.<object>id<object><mesh><vertices><volume><vertices><coordinates><x><y><z><volume><triangle><triangle><vertices><v1><v2><v3>

مواصفات اللون

تُضاف الألوان باستخدام هذا العنصر بتحديد قنوات الأحمر والأخضر والأزرق وقناة ألفا ( الشفافية ) في فضاء ألوان sRGB كأرقام تتراوح بين 0 و1. يمكن إدراج هذا العنصر على مستويات المادة أو الكائن أو الحجم أو الرأس أو المثلث، وتكون الأولوية بترتيب عكسي (لون المثلث له الأولوية القصوى). تحدد قناة الشفافية مدى مزج اللون من المستوى الأدنى. افتراضيًا، تُضبط جميع القيم على الصفر.<color><color>

يمكن أيضًا تحديد اللون بالرجوع إلى صيغة يمكنها استخدام مجموعة متنوعة من الدوال المعتمدة على الإحداثيات.

خرائط النسيج

تتيح خرائط النسيج إمكانية تعيين لون أو مادة لسطح أو حجم، مستوحاة من مفهوم رسم خرائط النسيج في الرسومات. يُستخدم العنصر أولًا لربط عنصر ببيانات نسيج محددة. يمكن تمثيل البيانات كمصفوفة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، حسب ما إذا كان اللون أو المادة مطلوب تعيينها لسطح أو حجم. تُمثل البيانات كسلسلة من البايتات بتشفير Base64 ، بايت واحد لكل بكسل يحدد مستوى تدرج الرمادي في النطاق من 0 إلى 255.<texture>texture-id

بمجرد تعيين معرف النسيج، يمكن الرجوع إلى بيانات النسيج في صيغة اللون، كما هو موضح في المثال أدناه.

لكن في العادة، لا تُستخدم الإحداثيات مباشرةً كما هو موضح أعلاه، بل تُحوّل أولاً من إحداثيات الكائن إلى إحداثيات النسيج. على سبيل المثال، tex(1,f1(x,y,z),f2(x,y,z),f3(x,y,z))حيث f1(), f2(), f3()توجد بعض الدوال، وعادةً ما تكون خطية.

مواصفات المواد

يتم إدخال المواد باستخدام عنصر <material>. يتم تعيين معرف فريد لكل مادة. يتم ربط الأحجام الهندسية بالمواد عن طريق تحديد معرف المادة داخل عنصر <volume>.

مواد مختلطة، متدرجة، شبكية، وعشوائية

يمكن تعريف المواد الجديدة على أنها تركيبات من مواد أخرى. يُستخدم هذا العنصر لتحديد نسب التركيب، إما كقيمة ثابتة أو كصيغة تعتمد على الإحداثيات س، ص، ع. تؤدي نسبة الخلط الثابتة إلى مادة متجانسة. بينما يؤدي التركيب المعتمد على الإحداثيات إلى مادة متدرجة. أما النسب الأكثر تعقيدًا المعتمدة على الإحداثيات، فتؤدي إلى تدرجات غير خطية في المادة، بالإضافة إلى بنى فرعية دورية وغير دورية. يمكن لصيغة النسبة أيضًا الإشارة إلى خريطة نسيج باستخدام الدالة . يُحفظ المرجع إلى معرّف المادة "0" (فارغ) ويمكن استخدامه لتحديد البنى المسامية. يمكن استخدام المرجع إلى الدالة لتحديد مواد شبه عشوائية. تُرجع الدالة رقمًا عشوائيًا بين 0 و1، ويكون هذا الرقم ثابتًا لتلك الإحداثية.<composite>tex(textureid,x,y,z)rand(x,y,z)rand(x,y,z)

يمكن ترتيب عدة عناصر معًا باستخدام هذا العنصر. تُحدد المجموعة الموضعية موقع واتجاه العناصر لزيادة كفاءة التعبئة ووصف مجموعات كبيرة من العناصر المتطابقة. يُحدد هذا العنصر الإزاحة والدوران اللازمين لعنصر موجود للوصول إلى موقعه في المجموعة الموضعية. تُحدد الإزاحة والدوران دائمًا بالنسبة إلى الموقع والاتجاه الأصليين اللذين تم تعريف العنصر بهما. يمكن لمجموعة موضعية أن تُشير إلى مجموعة موضعية أخرى طالما تم تجنب الإشارات الدائرية.<constellation><instance>

في حال تحديد عدة مجموعات نجمية رئيسية، أو في حال تحديد عدة كائنات بدون مجموعات نجمية، سيتم استيراد كل منها بدون بيانات الموقع النسبي. وبذلك، يستطيع برنامج الاستيراد تحديد الموقع النسبي بحرية.

البيانات الوصفية

يمكن استخدام هذا العنصر اختياريًا لتحديد معلومات إضافية حول الكائنات والأشكال الهندسية والمواد المُعرَّفة. على سبيل المثال، يمكن أن تتضمن هذه المعلومات اسمًا ووصفًا نصيًا واسم المؤلف ومعلومات حقوق النشر وتعليمات خاصة. يمكن تضمين هذا العنصر في المستوى الأعلى لتحديد سمات الملف بأكمله، أو داخل الكائنات والأحجام والمواد لتحديد سمات خاصة بكل كيان.<metadata><metadata>

مثلثات منحنية اختيارية

رقعة مثلثة منحنية. تُستخدم المتجهات العمودية عند الرؤوس لتقسيم المثلث بشكل متكرر إلى أربعة مثلثات فرعية.

لتحسين دقة الشكل الهندسي، يسمح هذا التنسيق بتقويس أجزاء المثلثات. افتراضيًا، تُفترض جميع المثلثات مسطحة، وتُفترض جميع حوافها خطوطًا مستقيمة تصل بين رأسيها. مع ذلك، يمكن تحديد مثلثات وحواف منحنية اختياريًا لتقليل عدد عناصر الشبكة اللازمة لوصف سطح منحني. وقد ثبت أن معلومات الانحناء تُقلل خطأ السطح الكروي بمقدار 1000 ضعف مقارنةً بسطح موصوف بنفس عدد المثلثات المستوية. [ 1 ] يجب ألا يُحدث الانحناء انحرافًا عن مستوى المثلث المسطح يتجاوز 50% من أكبر بُعد فيه.

لتحديد الانحناء، يمكن أن يحتوي رأس المثلث، اختياريًا، على عنصر فرعي لتحديد متجه السطح العمودي المطلوب عند موقع الرأس. يجب أن يكون طول المتجه العمودي وحدة واحدة وأن يشير إلى الخارج. إذا تم تحديد هذا المتجه العمودي، فإن جميع أضلاع المثلث التي تلتقي عند ذلك الرأس تكون منحنية بحيث تكون عمودية على هذا المتجه العمودي وفي المستوى المحدد بواسطة المتجه العمودي والحافة المستقيمة الأصلية. عندما يكون انحناء السطح عند رأس ما غير محدد (على سبيل المثال عند نقطة مدببة أو زاوية أو حافة)، يمكن استخدام عنصر لتحديد انحناء حافة غير خطية واحدة تربط رأسين. يتم تحديد الانحناء باستخدام متجهات اتجاه المماس عند بداية ونهاية تلك الحافة. ​​سيكون للعنصر الأولوية في حالة وجود تعارض مع الانحناء الذي يشير إليه عنصر آخر.<normal><edge><edge><normal>

عند تحديد الانحناء، يُقسّم المثلث بشكل متكرر إلى أربعة مثلثات فرعية. يجب تنفيذ التكرار على عمق خمسة مستويات، بحيث يُستبدل المثلث المنحني الأصلي في النهاية بـ 1024 مثلثًا مسطحًا. تُولّد هذه المثلثات الـ 1024 "أثناء التشغيل" وتُخزّن مؤقتًا فقط أثناء معالجة الطبقات المتقاطعة مع هذا المثلث لأغراض التصنيع.

الصيغ

في كل من العنصرين ، يمكن استخدام الصيغ المعتمدة على الإحداثيات بدلاً من الثوابت. ويمكن لهذه الصيغ استخدام مختلف المعاملات والتعبيرات الجبرية والرياضية القياسية.<color><composite>

ضغط

يمكن تخزين ملف AMF إما كنص عادي أو كنص مضغوط. في حالة الضغط، يكون التنسيق هو تنسيق أرشيف ZIP . عادةً ما يكون حجم ملف AMF المضغوط نصف حجم ملف STL ثنائي مضغوط مماثل. [ 3 ] : 275 يمكن إجراء الضغط يدويًا باستخدام برامج الضغط ، أو تلقائيًا بواسطة برنامج التصدير أثناء الكتابة. يحمل كل من الملف المضغوط وغير المضغوط .amfالامتداد .، ويقع على عاتق برنامج التحليل تحديد ما إذا كان الملف مضغوطًا أم لا، وفي حالة الضغط، فك الضغط أثناء الاستيراد.

اعتبارات التصميم

عندما بدأت اللجنة الفرعية للتصميم التابعة لجمعية اختبار المواد الأمريكية (ASTM) بتطوير مواصفات AMF ، كشف استطلاع رأي أصحاب المصلحة [ 4 ] أن الأولوية الرئيسية للمعيار الجديد هي اشتراط صيغة غير احتكارية . كانت مشكلات الوحدات وقابلية الطباعة مصدر قلق متبقٍ من مشاكل صيغة STL. وشملت المتطلبات الرئيسية الأخرى القدرة على تحديد الهندسة بدقة عالية وأحجام ملفات صغيرة، بالإضافة إلى دعم مواد متعددة، وألوان، وبنى مجهرية. ولضمان نجاح هذه الصيغة في مجال التصنيع الإضافي، صُممت لمعالجة المخاوف التالية.

  1. استقلالية التقنية : يجب أن يصف تنسيق الملف الكائن بطريقة عامة تُمكّن أي جهاز من بنائه بأفضل ما لديه من إمكانيات. فهو مستقل عن الدقة وسُمك الطبقات، ولا يحتوي على معلومات خاصة بأي عملية أو تقنية تصنيع محددة. هذا لا ينفي إمكانية تضمين خصائص تدعمها بعض الأجهزة المتقدمة فقط (مثل اللون، والمواد المتعددة، وما إلى ذلك)، ولكن يتم تعريف هذه الخصائص بطريقة تضمن عدم احتكارها.
  2. البساطة : يجب أن يكون تنسيق الملف سهل التطبيق والفهم. ينبغي أن يكون التنسيق قابلاً للقراءة والتعديل في برنامج عرض نصوص بسيط، لتشجيع الفهم والاعتماد. لا ينبغي تخزين أي معلومات متطابقة في أماكن متعددة.
  3. قابلية التوسع : يجب أن يتناسب تنسيق الملف بشكل جيد مع زيادة تعقيد وحجم الأجزاء، ومع تحسن دقة ووضوح معدات التصنيع. ويشمل ذلك القدرة على التعامل مع مصفوفات كبيرة من العناصر المتطابقة، والخصائص الداخلية المعقدة والمتكررة (مثل الشبكات)، والأسطح المنحنية الملساء بدقة طباعة عالية، ومكونات متعددة مرتبة بشكل مثالي للطباعة.
  4. الأداء : يجب أن يسمح تنسيق الملف بمدة معقولة (وقت التفاعل) لعمليات القراءة والكتابة وأحجام ملفات معقولة لكائن كبير نموذجي.
  5. التوافق مع الإصدارات السابقة : يمكن تحويل أي ملف STL موجود مباشرةً إلى ملف AMF صالح دون فقدان أي معلومات ودون الحاجة إلى أي معلومات إضافية. كما يمكن تحويل ملفات AMF بسهولة إلى STL لاستخدامها على الأنظمة القديمة، مع العلم أن الميزات المتقدمة ستُفقد.
  6. التوافق المستقبلي : لكي يظل هذا التنسيق مفيدًا في صناعة سريعة التطور، يجب أن يكون قابلاً للتوسيع بسهولة مع الحفاظ على توافقه مع الإصدارات والتقنيات السابقة. وهذا يسمح بإضافة ميزات جديدة كلما اقتضت التطورات التقنية ذلك، مع ضمان عمله بسلاسة تامة مع الأشكال الهندسية المتجانسة البسيطة على أقدم الأجهزة.

تاريخ

منذ منتصف ثمانينيات القرن الماضي، أصبح تنسيق ملفات STL المعيار الصناعي الفعلي لنقل المعلومات بين برامج التصميم ومعدات التصنيع بالإضافة. كان تنسيق STL يحتوي فقط على معلومات حول شبكة السطح، ولم يكن يتضمن أي إمكانيات لتمثيل اللون أو الملمس أو المادة أو البنية التحتية أو غيرها من خصائص الجسم المصنّع. ومع تطور تقنية التصنيع بالإضافة من إنتاج أشكال متجانسة أحادية المادة في المقام الأول إلى إنتاج أشكال هندسية متعددة المواد بألوان كاملة مع مواد متدرجة وظيفيًا وبنى دقيقة، برزت الحاجة المتزايدة إلى تنسيق ملفات تبادل قياسي يدعم هذه الميزات. وكان من العوامل الأخرى التي ساهمت في تطوير هذا المعيار تحسن دقة تقنيات التصنيع بالإضافة. فمع اقتراب دقة عمليات الطباعة من مستوى الميكرون، أدى عدد المثلثات اللازمة لوصف الأسطح المنحنية الملساء إلى أحجام ملفات كبيرة بشكل غير مقبول. [ 4 ]

خلال تسعينيات القرن الماضي والعقد الأول من الألفية الجديدة، استخدمت شركاتٌ عديدةٌ صيغَ ملفاتٍ احتكاريةً لدعم خصائصَ مُحدَّدةٍ في مُعداتِ التصنيع، إلا أنَّ غيابَ اتفاقٍ على مستوى الصناعة حالَ دونَ اعتمادِ أيِّ صيغةٍ على نطاقٍ واسع. في عام ٢٠٠٦، قدَّم جوناثان د. هيلر وهود ليبسون نسخةً أوليةً من صيغة AMF أُطلق عليها اسم "STL 2.0". [ ٣ ] في يناير ٢٠٠٩، أُنشئت لجنة ASTM F42 الجديدة المعنية بتقنيات التصنيع الإضافي، وشُكِّلت لجنةٌ فرعيةٌ للتصميم لوضع معيارٍ جديد. أُجريَ استطلاعٌ في أواخر عام ٢٠٠٩ [ ٤ ]، ما أدَّى إلى أكثر من عامٍ من المداولات حول المعيار الجديد. وأصبحت النسخةُ الأولى من معيار AMF رسميةً في ٢ مايو ٢٠١١. [ ٥ ]

خلال اجتماعات يوليو 2013 للجنة F42 التابعة للجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) واللجنة الفنية TC261 التابعة للمنظمة الدولية للمقاييس (ISO) في نوتنغهام (المملكة المتحدة)، تمت الموافقة على الخطة المشتركة لتطوير معايير التصنيع الإضافي. ومنذ ذلك الحين، تتولى المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) والجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) إدارة معيار التصنيع الإضافي بشكل مشترك.

ملف عينة

الكائن الناتج عن نموذج كود AMF

فيما يلي ملف AMF بسيط يصف هرمًا مصنوعًا من مادتين، مُقتبس من دليل AMF التعليمي [ 6 ] (548 بايت مضغوط). لإنشاء هذا الملف، انسخ النص أدناه والصقه في محرر نصوص أو محرر XML، ثم احفظ الملف باسم "pyramid.amf". بعد ذلك، اضغط الملف باستخدام ZIP، وغيّر امتداده من ".zip" إلى ".zip.amf".

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <amf unit= "inch" version= "1.1" > <metadata type= "name" > هرم منقسم </metadata> <metadata type= "author" > جون سميث </metadata> <object id= "1" > <mesh> <vertices> <vertex><coordinates><x> 0 </x><y> 0 </y><z> 0 </z></coordinates></vertex> <vertex><coordinates><x> 1 </x><y> 0 </y><z> 0 </z></coordinates></vertex> <vertex><coordinates><x> 0 </x><y> 1 </y><z> 0 </z></coordinates></vertex> <vertex><coordinates><x> 1 </x><y> 1 </y><z> 0 </z></coordinates></vertex> <vertex><coordinates><x> 0.5 </x><y> 0.5 </y><z> 1 </z></coordinates></vertex> </vertices> <volume materialid= "2" > <metadata type= "name" > الجانب الصلب </metadata> <triangle> <v1> 2 </v1><v2> 1 </v2><v3> 0 </v3></triangle> <triangle><v1> 0 </v1><v2> 1 </v2><v3> 4 </v3></triangle> <triangle><v1> 4 </v1><v2> 1 </v2><v3> 2 </v3></triangle> <triangle><v1> 0 </v1><v2> 4 </v2><v3> 2 </v3></triangle> </volume> <volume materialid= "3" > <metadata type= "name" > الجانب الناعم </metadata> <triangle><v1> 2 </v1><v2> 3 </v2><v3> 1 </v3></triangle> <triangle><v1> 1 </v1><v2> 3 </v2><v3> 4 </v3></triangle> <triangle><v1> 4 </v1><v2> 3 </v2><v3> 2 </v3></triangle> <triangle><v1> 4 </v1><v2> 2 </v2><v3> 1 </v3></triangle> </volume> </mesh> </object>i=144></object>i=144></object><material id= "2" > <metadata type= "name" > مادة صلبة </metadata> <color><r> 0.1 </r><g> 0.1 </g><b> 0.1 </b></color> </material> <material id= "3" > <metadata type= "name" > مادة لينة </metadata> <color><r> 0 </r><g> 0.9 </g><b> 0.9 </b><a> 0.5 </a></color> </material> </amf>

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. 1 2 3 مواصفات تنسيق تبادل البيانات للتصنيع الإضافي
  2. ↑ مواصفات AMF على صفحة الويب الخاصة بـ ISO
  3. 1 2 هيلر، جوناثان د.؛ ليبسون، هود (2009). STL 2.0: مقترح لتنسيق ملف عالمي متعدد المواد للتصنيع الإضافي (PDF) . ندوة التصنيع الحر للأشكال الصلبة (SFF'09). أوستن، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية: جامعة كورنيل. مؤرشف من الأصل (PDF) بتاريخ 11 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 مايو 2017 .
  4. ١ ٢ ٣ قد يحل STL 2.0 محل تنسيق الملف القديم والمحدود. مؤرشف بتاريخ ٢٩ ديسمبر ٢٠١١ في Wayback Machine. Rapid Today، أكتوبر ٢٠٠٩
  5. ↑ مواصفات التصنيع الإضافي الجديدة الصادرة عن الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) تلبي الحاجة إلى تنسيق ملف تبادل قياسي. مؤرشفة بتاريخ 4 مارس 2016 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine). الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM)، 20 يوليو 2011
  6. ↑ برنامج تعليمي حول AMF: الأساسيات (الجزء 1)