Format *.step jest jednym z najczęściej stosowanych sposobów wymiany modeli 3D między środowiskami CAD/MCAD, EDA, a nawet nowszymi slicerami do druku 3D. W bibliotekach komponentów elektronicznych format ten pełni bardzo praktyczną funkcję: pozwala przypisać do footprintu dokładną bryłę obudowy, złącza, radiatora lub modułu, a następnie sprawdzić kolizje mechaniczne, wysokości elementów i dopasowanie PCB do obudowy. Problem zaczyna się wtedy, gdy generator modeli 3D, serwis z bibliotekami mechanicznymi albo sam program CAD pozwala wybrać kilka odmian STEP, np. AP203, AP214, AP224 czy AP242. Na pierwszy rzut oka różnica jest niewidoczna, bo wszystkie pliki mają zwykle rozszerzenie .step albo .stp. W praktyce wybór wersji formatu może decydować o tym, czy model w programie EDA zachowa kolory, warstwy i atrybuty, czy też zostanie potraktowany jako prosta, jednobarwna bryła.
Czym właściwie jest format STEP?
STEP, czyli Standard for the Exchange of Product Model Data, to międzynarodowy standard ISO 10303 przeznaczony do opisu danych detali trójwymiarowych. W kontekście elektroniki najczęściej interesuje nas zastosowanie go jako formatu wymiany geometrii 3D: brył, powierzchni, złożeń i podstawowych informacji opisujących wygląd oraz wymiary modelu. Przywołana powyżej norma ISO jest najlepszym dowodem na to, że plik *.STEP to nie natywny twór konkretnego programu CAD, lecz uniwersalny zbiór danych, który może zostać jednakowo odczytany przez różne systemy – trochę tak, jak plik PDF w przypadku dokumentów tekstowych.
Warto pamiętać, że w bibliotece komponentów EDA model *.STEP nie zastępuje footprintu – ten wciąż musi być bowiem zdefiniowany poprzez geometrię i rozstaw pól lutowniczych, obrys montażowy, warstwy dokumentacyjne czy wreszcie punkty odniesienia. STEP jest jedynie mechaniczną reprezentacją elementu, używaną w renderowaniu widoku 3D, kontroli kolizji oraz przy eksporcie kompletnej płytki do programu MCAD.
AP203, AP214, AP224, a może AP242? Najważniejsze informacje o Application Protocol
Różnice między AP203, AP214, AP224 i AP242 wynikają z koncepcji określanej mianem Application Protocol. STEP nie jest jednym, monolitycznym formatem opisującym wszystkie możliwe dane inżynierskie w identyczny sposób. Poszczególne protokoły aplikacyjne definiują zakres informacji istotny dla określonych zastosowań, np. projektowania mechanicznego czy też planowania procesu obróbki.
Dla konstruktora PCB najważniejsze pytanie brzmi więc nie: „który STEP jest najbardziej zaawansowany?”, lecz: „który STEP zawiera potrzebne dane i zostanie poprawnie odczytany zarówno przez moje narzędzie EDA, jak i program mechaniczny?”.
AP203, czyli bezpieczna geometria za cenę minimum atrybutów
AP203 to starszy (nic więc dziwnego, że bardzo rozpowszechniony) protokół przeznaczony przede wszystkim do wymiany modeli 3D części i złożeń mechanicznych. Wciąż dobrze nadaje się on do przenoszenia samej geometrii: bryły elementu, podstawowych relacji złożenia i informacji potrzebnych do odtworzenia kształtu.
W przypadku bibliotek komponentów elektronicznych AP203 ma jedną istotną wadę, która dochodzi do głosu zwłaszcza w nowocześniejszych programach EDA wspierających zaawansowany rendering 3D modelu PCB: nie przenosi kolorów detalu. Jeżeli model złącza, wyświetlacza, modułu radiowego czy też dużego elementu elektromechanicznego zostanie zapisany jako AP203, w programie EDA pojawi się jako jednolita bryła. Mechanicznie nadal będzie poprawny, ale straci część informacji wizualnych, które mogą być istotne dla projektanta.
Dla typowego rezystora SMD, kondensatora czy prostego układu scalonego w obudowie QFN nie musi to mieć większego znaczenia. W przypadku biblioteki używanej także do dokumentacji, renderów, wymiany danych z mechanikiem czy też kontroli montażu lepiej jednak unikać niepotrzebnej utraty danych.
AP214 – najlepszy wybór dla modeli komponentów EDA
Wersja STEP AP214 powstała z myślą o bardziej rozbudowanej wymianie danych projektowych, szczególnie w aplikacjach kosmicznych czy motoryzacyjnych. W praktyce CAD/EDA jego zaleta jest prosta: rozszerza zakres informacji względem AP203, m.in. o kolory, warstwy, wiązania złożeń i dodatkowe atrybuty modelu. Właśnie dlatego AP214 jest zwykle najrozsądniejszym wyborem dla bibliotek komponentów PCB. Pozwala zachować realistyczny kolor obudowy, wygląd pozłacanych pinów, metalowych ekranów RFI, plastikowych elementów złącza itp. Te informacje nie są zwykle potrzebne do samej kontroli obrysu mechanicznego, ale bardzo pomagają przy weryfikacji poprawności biblioteki, przy tworzeniu dokumentacji czy też podczas komunikacji między zespołami. W praktyce, gdy serwis internetowy z modelami 3D lub program MCAD daje wybór między AP203 i AP214, do biblioteki komponentu zdecydowanie warto eksportować AP214. Model zwykle będzie równie dobrze obsługiwany przez narzędzia EDA, a jednocześnie zachowa więcej informacji wizualnych.
Co ważne, modele AP214 z oczywistych względów są nieco większe niż AP204, ale w przypadku typowych, prostszych komponentów ta różnica nie jest szczególnie istotna (na poziomie kB, a nie MB) – porównanie rozmiarów dwóch plików *.step wyeksportowanych z tego samego modelu, przygotowanego pierwotnie w programie SolidWorks, można zobaczyć na poniższym rysunku.
Kompatybilność z programami EDA
W programach EDA obsługa STEP jest zwykle opisywana ogólnie jako import modeli .step lub .stp. Nie zawsze dokumentacja rozróżnia AP203, AP214 czy AP242, ale praktyka oraz dokumentacja wybranych narzędzi prowadzą do kilku wniosków.
Altium Designer i CircuitStudio obsługują modele STEP w obiektach 3D Body. W dokumentacji Altium można znaleźć bezpośrednie wskazanie obsługi AP203 i AP214, a także zalecenie użycia AP214 jako preferowanego wariantu przy imporcie i eksporcie ze względu na obsługę kolorów. AP214 będzie zatem bezpiecznym wyborem, zaś starszy AP203 pozostanie wariantem awaryjnym.
Darmowy KiCad także obsługuje modele STEP jako pliki przypisywane do footprintów i używane m.in. przy eksporcie modelu 3D płytki. Dokumentacja KiCada mówi o obsłudze STEP, ale zwykle nie eksponuje odniesień do konkretnego protokołu AP. W praktyce najlepiej jest więc stosować AP214 – szczególnie wtedy, gdy model ma zachować realistyczne kolory. AP203 warto traktować jako format kompatybilny geometrycznie, ale uboższy wizualnie.
Podsumowanie
Wybór odmiany STEP nie powinien być przypadkowy. AP203 jest dobrym, konserwatywnym wariantem dla samej geometrii, ale nie umożliwia zapisu informacji o kolorach i warstwach. AP214 jest zwykle najlepszym formatem dla bibliotek komponentów EDA, ponieważ łączy wysoką kompatybilność z bogatszym opisem modelu 3D. Rzadko spotykany format AP224 należy zostawić aplikacjom związanym z planowaniem obróbki mechanicznej, a nie z reprezentacją elementów na PCB. Co ciekawe, najnowszy format AP242 – choć został stworzony z myślą o zastąpieniu AP203 i AP214 – wciąż nie jest jeszcze zbyt popularny, stąd w wielu przypadkach (np. w bazach darmowych modeli 3D czy też w pakietach MCAD i ECAD) pozostaje jeszcze niedostępny i ustępuje pola swoim poprzednikom.
