3D сканер

Типы 3D-сканеров

3D-сканер – это инструмент, который захватывает физический мир и создает цифровую 3D-модель. Он делает это, измеряя форму объекта и собирая данные о его размере, форме и внешнем виде. 3D-сканеры используют лазерные лучи, камеры или другие датчики, чтобы производить точные измерения со всех сторон и создавать детальную 3D-репрезентацию, которую можно просматривать и манипулировать на компьютере. Существует несколько типов 3D-сканеров, в том числе:

• Сканеры со структурированным светом: Эти сканеры проецируют на сканируемый объект серию световых узоров. Затем камера захватывает деформированные узоры, а программное обеспечение вычисляет 3D-координаты на основе проекции узора. Сканирование со структурированным светом обычно используется для задач реверсивной инженерии благодаря своей высокой точности и эффективности. Его также используют для контроля качества в производственных условиях.
• Лазерные 3D-сканеры: Лазерный сканер захватывает точные данные о геометрии объекта в виде облака точек, испуская лазерный луч и измеряя время его возвращения к сканеру. Этот тип 3D-сканера подходит для больших объектов, таких как здания, ландшафты и промышленное оборудование, благодаря своим возможностям дальнего действия и высокой точности.
• Контактные 3D-сканеры: В этом случае сканер физически касается объекта щупом, чтобы получить данные о точках облака. Контактные сканеры обеспечивают очень высокую точность по сравнению с бесконтактными типами. Они в основном используются во время заключительной проверки, когда требуется максимальная точность. Однако скорость их сканирования ниже, чем у бесконтактных сканеров.
• Ручные 3D-сканеры: Как следует из названия, ручной сканер – это 3D-сканер, который можно держать в руке и перемещать вокруг сканируемого объекта. В зависимости от используемой технологии некоторым ручным сканерам может потребоваться, чтобы оператор находился в определенном диапазоне, в то время как другие используют системы отслеживания для управления сканированием. Ручные сканеры универсальны, так как их можно использовать для сканирования объектов разных размеров и форм гибким образом.

Функция и особенности 3D-сканера

Глобальный рынок 3D-сканеров растет по мере роста спроса на создание точных 3D-моделей. Такие факторы, как снижение стоимости оборудования, технологические достижения и широкое внедрение 3D-моделирования в здравоохранении, производстве и строительстве, стимулируют рост рынка.

3D-сканер объекта захватывает геометрию физического объекта и создает цифровую 3D-модель. Особенности 3D-сканера, которые поддерживают этот результат, включают в себя:

• Лазерная триангуляция или структурированный свет

  3D-сканеры используют методы лазерной триангуляции или структурированного света для точного захвата внешней геометрии. Эти методы проецируют лазерный луч или структурированный свет на объект, чтобы определить его форму. Сканер измеряет деформацию лазерной линии или светового узора, чтобы вычислить координаты точек на поверхности. Этот метод создает облака точек с высокой точностью геометрии, что делает его лучшим для 3D-сканеров пластиковых деталей.

• Датчик и камеры

  Камеры высокого разрешения и надежные датчики работают вместе с технологией лазерной триангуляции для формирования точных облаков точек. Камеры захватывают проецируемые лазерные линии или световые узоры, а датчики точно измеряют расстояния. Вместе они генерируют детальные 3D-модели сканируемого объекта.

• Создание сетки

  После сканирования необработанные данные облака точек проходят процедуру создания сетки, которая является решающим этапом в создании 3D-модели. Создание сетки соединяет точки в облаке с помощью многоугольных граней, в основном состоящих из треугольников, формируя сетку. Этот процесс преобразует облако точек в доступное цифровое представление, позволяя дальнейшую манипуляцию и уточнение 3D-модели.

• Захват текстуры

  Некоторые продвинутые 3D-сканеры могут захватывать цвета и текстуры сканируемых объектов в дополнение к их геометрии. Когда 3D-сканер захватывает цвет или текстуру с целевого объекта, созданная сетка может быть украшена фактическими цветами и узорами сканируемого элемента. Это добавляет уровень реализма и детализации к 3D-модели, делая ее визуально точной и повышая ее качество.

• Точность и разрешение

  3D-сканеры имеют различную точность и разрешение, которые определяются такими факторами, как длина волны лазера, точность датчика и скорость сканирования. Эти аспекты определяют уровень детализации и правильности, которые сканер может достичь при захвате геометрии объекта.

• Скорость

  Скорость завершения 3D-сканирования зависит от нескольких факторов, включая размер объекта, сложность и шаг точки. Более высокий шаг точки означает, что сканируется меньше точек на единицу расстояния, что влияет на скорость и разрешение.

• Объемный диапазон

  Это диапазон размеров, которые 3D-сканер объекта может эффективно сканировать, от маленьких до больших. Разные сканеры подходят для разных объемных диапазонов в зависимости от их конструкции и возможностей.

• Подключение и обработка данных

  3D-сканерам часто требуется подключение к компьютеру или портативному устройству для обработки данных в реальном времени и визуализации во время процесса сканирования. Опции подключения, такие как USB, Wi-Fi или Bluetooth, позволяют передавать данные между сканером и устройством обработки. Кроме того, некоторые сканеры поставляются со встроенными функциями обработки для внутренней обработки сканированных данных и создания 3D-модели без необходимости использования внешнего устройства.

Сценарии использования 3D-сканеров

Глобальный рынок 3D-сканирования демонстрирует впечатляющий рост. Недавние анализы рынка показывают, что отрасль была оценена в 2,5 миллиарда долларов США в 2022 году, и эксперты прогнозируют впечатляющий среднегодовой темп роста (CAGR) в 15% до 2030 года. Рост подчеркивает растущий спрос в различных секторах, подчеркивая перспективы роста рынка 3D-сканеров.

Оптовые покупатели и розничные продавцы 3D-сканеров должны изучить разнообразные области применения, которые способствуют этому росту. Технология нашла применение в области культурного наследия, архитектуры, здравоохранения, производства и электронной коммерции, среди других секторов. Ниже приведено краткое описание различных применений, которые демонстрируют универсальность 3D-сканера:

• Производственные и промышленные приложения: 3D-сканирование играет решающую роль в производстве, разработке продукции и обеспечении качества. Дизайнеры используют его для быстрого прототипирования и создания цифровых моделей из физических прототипов. В то время как инженеры используют портативные сканеры для осмотра труднодоступных элементов во время окончательной проверки. Сканирование помогает сравнивать заранее установленные стандарты и выявлять любые отклонения или дефекты для эффективного контроля качества.
• Культурное наследие и сохранение: Система зондирования 3D-сканера идеально подходит для сохранения и документирования объектов культурного наследия, артефактов и исторических сооружений. Архитекторы и консерваторы используют точные 3D-модели для создания планов по сохранению. Детальные цифровые записи защищают от потери или повреждения и помогают в будущих исследованиях, обучении и реставрации.
• Архитектура и строительство: Операторы используют 3D-лазерные сканеры для захвата фактического состояния во время обследований. Это особенно полезно в сложных внутренних помещениях, таких как туннели или исторические здания. Точные данные облака точек, полученные таким образом, становятся основой для моделирования BIM и проектирования. Это позволяет архитекторам и инженерам выявлять коллизии на ранних стадиях, планировать ремонтные работы и улучшать координацию проектов.
• Медицинские и здравоохранительные приложения: 3D-сканирование находит применение в различных медицинских областях, от ортопедии и протезирования до стоматологии и даже реконструктивной хирургии. Нацеленные на захват точной формы и размера частей тела, эти сканеры помогают создавать индивидуальные решения для пациентов.
• Образование и исследования: 3D-сканер становится инструментом для обучения и открытия в академических учреждениях. Он оживляет физические объекты, предоставляя глубокие исследования, которые стимулируют творчество и инновации. Кураторы используют 3D-сканирование для создания цифровых коллекций, которые делают культурное наследие доступным для широкой аудитории.

Как выбрать 3D-сканер

Помимо применения, вот несколько важных факторов, которые следует учитывать при выборе сканера.

• Точность и разрешение: Это важные факторы для любого 3D-сканера. Точность показывает, насколько близка сканированная модель к реальному объекту. В то время как разрешение показывает, насколько детальной будет модель. Поэтому покупатели должны учитывать точность и разрешение 3D-сканера перед покупкой. Убедитесь, что оба значения достаточно хороши для целевых приложений.
• Простота использования: Покупателям нужен 3D-сканер, который прост в эксплуатации и настройке. Такой сканер будет иметь простой пользовательский интерфейс и очень четкое руководство по эксплуатации. 3D-сканер, который прост в использовании, требует меньшего количества технических навыков и опыта для правильной работы.
• Скорость: Скорость 3D-сканера зависит от того, как быстро он может захватить все необходимые данные. Покупателям нужен быстрый сканер, чтобы повысить производительность и эффективность. Кроме того, быстрые сканеры лучше подходят для сканирования больших объектов.
• Портативность: Портативные 3D-сканеры удобнее в использовании, чем настольные модели. Портативность модели будет зависеть в основном от размера, веса и источника питания (батарея или переменный ток). Портативные сканеры хороши для полевых работ и мест с ограниченным рабочим пространством.
• Подключение: 3D-сканер предлагает различные типы подключения. К ним относятся USB, WIFI и Bluetooth. Сканеры с хорошими вариантами подключения позволяют пользователям легко передавать сканированные данные и получать обновления программного обеспечения.
• Прочность: Прочность 3D-сканера повлияет на долгосрочные затраты. Более прочные сканеры потребуют меньше ремонтов и обслуживания.
• Размер: Размер 3D-сканера ограничивает размер объектов, которые он может сканировать. Более крупные сканеры могут обрабатывать большие объекты, в то время как маленькие сканеры подходят только для маленьких объектов.
• Бюджет: Покупатели должны составить бюджет на 3D-сканер, прежде чем начинать покупки. Учитывайте первоначальную стоимость сканера, а также долгосрочные затраты, такие как техническое обслуживание, ремонт и эксплуатационные расходы.
• Программное обеспечение: Программное обеспечение 3D-сканера важно для постобработки, такой как очистка сетки и оптимизация модели. Сканеры с хорошим программным обеспечением проще в использовании и имеют лучшие инструменты для редактирования модели.

Q&A

Q: Какое применение у 3D-сканера?

A: 3D-сканеры полезны в строительной отрасли для выявления и исправления ошибок; в области промышленного дизайна они полезны для получения точных измерений; а в области сохранения искусства и наследия они помогают в цифровом сохранении древних артефактов.

Q: Какой тип 3D-сканера лучше всего подходит?

A: Лучший тип 3D-сканера зависит от предпочтений клиента и материала, который сканируется. Ручные сканеры лучше подходят для сложной геометрии и больших деталей, в то время как лазерные сканеры с фиксированным расположением подходят для маленьких объектов и сложной внутренней геометрии.

Q: Как работает 3D-сканер?

A: Многие 3D-сканеры используют метод лазерного сканирования, при котором сканер испускает лазерный луч и захватывает полученную точку с помощью камеры. Затем сканер вычисляет расстояние до каждой точки и генерирует облако точек, которое компьютер может преобразовать в 3D-модель.

Q: Как 3D-сканеры повлияли на отрасли?

A: Благодаря технологии 3D-сканирования стала возможной точная и быстрая проверка качества. Это влияние, наряду с технологическими достижениями и изменениями в производственных процессах, повысило качество продукции и сократило время выхода на рынок.