Czym jest skanowanie 3D?

Skanowanie 3D to metoda przenoszenia rzeczywistego kształtu trójwymiarowego modelu do postaci cyfrowej. Skanowanie 3D w znaczący sposób przyspiesza proces projektowania i znalazło zastosowanie głównie w Inżynierii Odwrotnej (Revers Engineering) ale także w grafice komputerowej, archeologii, muzealnictwie czy też medycynie.

Dlaczego skanowanie 3D jest potrzebne?

Pierwsza koncepcja projektu często nie powstaje w postaci cyfrowej z wykorzystaniem programów graficznych zaś jest to model wykonany w modelarni przy użyciu pianki modelarskiej bądź gliny. Dopiero na podstawie tak stworzonego prototypu budowany jest model komputerowy. Niektóre kształty, których uzyskanie doświadczonemu modelarzowi zajmuje zaledwie kilka godzin są niezmiernie trudne do odtworzenia za pomocą narzędzi cyfrowych. W tym momencie z pomocą przychodzą nam nowoczesne metody takie jak skanowanie 3D.

Metody skanowania 3D

Wśród metod skanowania 3D można wyróżnić dwie główne grupy:

• Metody bezstykowe
• Metody stykowe

Omówmy je, by lepiej zrozumieć zasadę działania skanera.

Stykowe skanowanie 3D

W metodach stykowych wykorzystywane są takie narzędzia jak:

• współrzędnościowe maszyny pomiarowe wyposażone w głowice skanujące
• ramiona pomiarowe
• obrabiarki CNC wyposażone w odpowiednie oprogramowanie i głowice skanujące

Taki sposób pomiarowy wymaga bezpośredniego kontaktu głowicy pomiarowej z mierzonym modelem oraz jest dość trudny i czasochłonny a dodatkowo istnieje możliwość uszkodzenia czy zmiany geometrii powierzchni przedmiotu skanowanego (w przypadku materiałów w przypadku których istnieje zwiększone ryzyko uszkodzenia jest możliwość wykorzystania głowicy rezonansowej).

Bezstykowe skanowanie 3D

Wady wymienione wcześniej nie istnieją w przypadku metod bezstykowych, w których wykorzystywane są najczęściej pomiary optoelektroniczne:

• skanery laserowe
• skanery wykorzystujące różnego rodzaju metody wizyjne (przede wszystkim światło strukturalne).

Dodatkowo do grupy tej możemy zaliczyć:

• specjalizowane skanery ultradźwiękowe i radarowe oraz
• urządzenia wykorzystywane w medycynie takie jak tomograf komputerowy CT czy rezonans magnetyczny

Działanie skanera laserowego 3D

Wykorzystując skaner laserowy mamy możliwość w sposób automatyczny zarejestrować kształt oraz barwę skanowanego przedmiotu.

Układ pomiarowy skanera składa się z:

• Laser małej mocy emitujący światło pomarańczowoczerwone lub podczerwone
• Obrotowe lustro umożliwiające sterowanie kierunkiem wiązki lasera – dzięki temu uzyskujemy większą precyzję w kierowaniu laserem
• Przetwornik CCD wysokiej rozdzielczości.

Jak zeskanować coś w 3D?

Zastanawiasz się, jak się robi skanowanie 3D? W czasie skanowania miejsce podświetlone przez wiązkę lasera rejestrowane przez kamerę wyposażoną w filtr przepuszczający wyłącznie światło lasera. Dane o geometrii skanowanego obiektu otrzymywane poprzez obliczanie najintensywniej oświetlonych na matrycy CCD punktów i połączeniu ich z informacją o odchyleniu lustra. Aby umożliwić zeskanowanie obiektu z każdej strony umieszcza się go na sterowanym komputerowo stole obrotowym. Doskonałym przykładem tak działającego urządzenia jest skaner NextEngine HD.

Skaner NextEngine HD

Coraz większe zapotrzebowanie na nowoczesne techniki projektowania takie jak Inżynieria Odwrotna- Revers Engineering jak i Rapid Prototyping oraz większe wymagania potencjalnych klientów wymusza na firmach ciągły wzrost jakości ich usług i produktów. NextEngine aby sprostać tym potrzebom rynkowym umożliwia skanowanie obiektów w technologii HD.

Co daje skanowanie HD?

Dzięki wykorzystaniu technologii HD obiekt jest skanowany z dużo większą dokładnością. Mamy możliwość zebrania znacznie większej ilości punktów w czasie pomiaru dzięki czemu uzyskujemy większą dokładność powierzchni co nie było możliwe do osiągnięcia w tak krótkim czasie.

Porównanie wyników skanowania: Standardowo (po lewej) oraz HD (po prawej).

Firma NextEngine udostępnia również oprogramowanie służące do późniejszej obróbki wyników skanowania. W ofercie znajduje się:

• ScanStudio HD – aplikacja dołączana do każdego skanera HD, w której otrzymujemy pełny model siatkowy wraz z teksturą powierzchni w pełnej kolorystyce modelu

Istnieje możliwość eksportu wyników pracy do formatów STL, VRML, OBJ oraz U3D.

• ScanStudio CAD Tools – aplikacja pomagająca w stworzeniu z wyników skanowania modelu CAD wykorzystując w tym celu automatyczne budowanie powierzchni bazując na krzywych typu Utworzony w ten sposób model możemy zapisać w formatach IGS lub STEP.
• RapidWorks – aplikacja bazująca na technologii RapidForm XOR co umożliwia transformację skanu 3D do pełni parametrycznego modelu SOLIDWORKS wraz z drzewem

Działanie skanera 3D wykorzystującego światło strukturalne

Zasada działania skanera wykorzystującego światło strukturalne jest podobna do skanera laserowego. Różnica polega na wykorzystaniu do podświetlenia badanego przedmiotu światła o zadanej strukturze a nie lasera jak we wcześniej opisanej metodzie. Zazwyczaj wykorzystywane są tu linie białego światła (rastr o znanych parametrach – zestaw linii o zadanej gęstości), które są projektowane na skanowany model. W dalszej kolejności zbierana jest informacja o zniekształceniu linii rzutowanej na mierzoną powierzchnię, które jest adekwatne do kształtu modelu. Obraz zarejestrowany przez kamerę jest następnie poddany analizie komputerowej.

Skaner peel 3 – alternatywne rozwiązanie

Peel 3d to firma oferująca zaawansowane skanery 3D, w tym model peel 3, który wyróżnia się swoją wszechstronnością i przystępną ceną w porównaniu do innych profesjonalnych rozwiązań. Skaner peel 3 jest przeznaczony do różnych zastosowań, takich jak:

• AR, VR i tworzenie treści cyfrowych
• Edukacja
• Ochrona dziedzictwa kulturowego i sztuki
• Projektowanie produktów
• Opieka zdrowotna

Urządzenie można zdefiniować jako ręczny skaner 3D. cechuje się ergonomicznym uchwytem, intuicyjnym ekranem LCD oraz innowacyjnym systemem, który umożliwia uzyskiwanie informacji zwrotnej podczas skanowania trudno dostępnych miejsc. Skaner wyposażony jest w oprogramowanie peel.OS, które ułatwia przechwytywanie, czyszczenie, wyrównywanie i eksportowanie danych skanowania 3D. Dzięki zintegrowanym funkcjom pomocy i prowadzącym workflow, użytkownicy mogą szybko opanować proces skanowania. Dowiedz się więcej pod linkiem: https://dps-software.pl/skanowanie-3d/

Często zadawane pytania – skanowanie 3D

W jakich sytuacjach należy wykorzystać skaner 3D?

Skaner 3D to zaawansowane narzędzie, które może znaleźć zastosowanie w wielu sytuacjach, zarówno w przemyśle, jak i w życiu codziennym. Oto kilka przykładów, kiedy warto sięgnąć po skaner 3D:

• Inżynieria i projektowanie – Gdy potrzebujemy precyzyjnie odwzorować istniejący obiekt do celów modyfikacji lub tworzenia nowego projektu, skaner 3D jest niezastąpiony. Umożliwia dokładne przechwycenie kształtu i wymiarów, co jest kluczowe przy tworzeniu prototypów czy modernizacji części maszyn.
• Architektura i budownictwo – Skanowanie 3D pozwala na szybkie i dokładne tworzenie modeli budynków, wnętrz czy terenów. Jest to szczególnie przydatne przy renowacjach, gdzie ważne jest zachowanie oryginalnych detali architektonicznych, a także w planowaniu nowych inwestycji.
• Medycyna – W medycynie skanery 3D wykorzystuje się do tworzenia spersonalizowanych implantów, protez czy aparatów ortodontycznych. Dzięki nim można idealnie dopasować te elementy do anatomii pacjenta, co znacznie poprawia komfort i skuteczność leczenia.
• Przemysł rozrywkowy i sztuka – Skanery 3D rewolucjonizują również przemysł filmowy, gry komputerowe oraz sztukę. Umożliwiają tworzenie realistycznych modeli postaci, rekwizytów czy scenografii. Artystom pozwalają z kolei na digitalizację rzeźb i innych dzieł, co ułatwia ich reprodukcję i konserwację.
• Kontrola jakości i produkcja – W procesie produkcji skanery 3D pomagają w monitorowaniu jakości wyrobów. Umożliwiają szybkie wykrycie i analizę ewentualnych defektów, co jest kluczowe dla utrzymania wysokich standardów produkcyjnych.
• Konserwacja zabytków – Skanowanie 3D jest nieocenione w konserwacji zabytków i archeologii. Umożliwia tworzenie dokładnych modeli artefaktów i struktur, co pozwala na ich szczegółowe badania bez ryzyka uszkodzenia oryginałów.

Skanery 3D otwierają przed nami nieskończone możliwości, ułatwiając pracę w wielu branżach i wspierając innowacje. Bez względu na to, czy potrzebujemy odwzorować skomplikowane obiekty, czy też zadbać o perfekcyjną jakość produkcji, skaner 3D jest narzędziem, które warto mieć pod ręką.

Czy skanery 3D mają możliwość rejestracji koloru skanowanych obiektów?

Tak, skanery 3D mogą rejestrować kolor skanowanych obiektów. Skanery 3D z możliwością rejestracji koloru znacznie rozszerzają zakres zastosowań technologii 3D, umożliwiając tworzenie bardziej realistycznych i kompletnych modeli, które są nie tylko funkcjonalne, ale również wierne oryginałom.