Виртуальных объектов, которые можно распечатать с помощью трехмерного принта, в Интернете - великое множество. Так, без особого труда можно найти изображения великолепных украшений, которые сделают честь любой моднице, трехмерные чертежи деталей к замысловатым механизмам и сувениров со смыслом. При желании, несложно будет отыскать даже объемные модели обуви и одежды.
Не найдя желаемого в открытом доступе, вовсе не стоит отчаиваться и отказываться от желания обладать лучшим. Если под рукой оказался хороший 3д принтер, способный печатать не только фигурки слоников и кирпичи, а предметы более сложной формы, желаемое можно сделать действительным.
Для этого понадобится специальный сканер, способный считывать трехмерную информацию и заводить ее в память принтера. 3d сканирование - задача, с которой может справиться даже обычный школьник. Нужно просто выбрать объект, который хочется скопировать, например, макет вертолета, и начать считывание…
Конечно же, подобная техника стоит немало, зато избавляет от необходимости приобретать дорогую программу для виртуального построения модели и осваивать ее.
Наша компания предоставляет услуги по 3d сканированию, цены которых отличаются доступностью. Почти полная идентичность оригинала и копии, приемлемая цена и минимальные временные затраты - это способно удивить!
Услуги 3D сканирования: мы гарантируем качество
По мере роста спроса на трехмерную печать увеличилось и количество предложений выполнения подобных заказов. Но для того, чтобы облечь в форму предмет, изображенный в трехмерном формате, необходимо иметь достаточно функциональный агрегат и расходный материал хорошего качества.
При наличии принтера «вырастить» несложную или цельную модель можно даже самостоятельно - без чьей-либо помощи. Другое дело, если необходимо скопировать объект, 3д-программной модели которого не существует, например, дефицитную деталь автомобиля или сустав человеческой ноги. В подобной ситуации помочь сможет наша компания, предоставив услуги 3д сканирования.
С помощью портативного устройства, сканирующего объекты в трехмерном формате, можно создавать их виртуальные модели, а потом изготавливать способом литья или любым другим. Цена на услуги 3d сканирования зависит от размера объекта, а также особенностей его поверхности. Чем больше на ней мелких деталей, тем стоимость подобной работы будет выше, но все же останется вполне доступной.
Чтобы напечатать объемный предмет на 3D принтере, предварительно необходимо сделать его трехмерную модель – визуальный графический образ объекта. Раньше моделирование осуществлялось вручную с помощью специального ПО. Просчеты в чертежах неминуемо сказывались на конечном результате. Чтобы нивелировать человеческий фактор, ускорить и упростить процесс моделирования изобрели 3D сканер.
Трехмерное сканирование дает возможность получить сложнопрофильную объемную модель исследуемого объекта – 3D сканер оцифровывает предмет, что позволяет быстро сделать его математическую модель для последующей печати на принтере.
Прибор создает облако точек, соединенных линиями, которые формируют геометрию объекта из множества пересекающихся плоскостей. Полученные координаты обрабатываются и сохраняются в виде параметрической модели, – с ней можно работать в любой CAD-системе для снятия чертежей отдельных элементов объекта, его доработки, корректировки размеров и прочих параметров, нужных для программирования принтера.
Где используется 3D сканер
Сфера применения сканирующего оборудования неограниченна. Применение аддитивных технологий позволяет сократить расходы на производство, снизить количество отходов, уменьшить вес деталей, сделанных традиционным путем. 3D сканирование используется в следующих направлениях:
- авиастроение;
- кораблестроение;
- производство промышленного оборудования;
- автоиндустрия;
- военно-промышленный комплекс;
- музееведение и культурология (оцифровка изделий с целью сохранения исторического наследия);
- строительство и проектирование инженерных систем;
- медицина и протезирование;
- легкая промышленность.
Производители одежды и обуви уже объявили о том, что в примерочных кабинках вскоре появятся 3D сканеры. Такой подход позволит покупателям заказывать кастомизированные наряды и оригинальную обувь, а производителям – быстро и точно воспроизвести модели без использования лекал и очной ставки с клиентом. Ожидается, что люди смогут использовать свои отсканированные и оцифрованные силуэты для виртуальной примерки нарядов, без надобности в переодевании.
Методы 3D сканирования
Различают два метода объемного сканирования – контактный и бесконтактный.
Контактный 3D сканер работает «на ощупь». Прибором обводят предмет, при этом специальным щупом исследуют каждую грань. Раньше на исследуемый объект наносили точки-маркеры, формирующие систему координат. На участках с большим изгибом расстояние между точками делалось минимальным, на ровных плоскостях – максимальным. Сканер снимал координаты точек – из них формировал 3D модель. Современные приборы обходятся без нанесения физической сетки.
Контактное сканирование не зависит от условий освещения. Работе с устройством легко научиться. Но есть ряд недостатков: сканер не различает текстуры, а для обработки большого предмета придется изрядно попотеть с прибором в руках.
Бесконтактный метод трехмерного сканирования делится на два подвида: активный и пассивный. Приборы для активного 3D сканирования используют ультразвук, направленный источник света, лазер или рентгеновские лучи для облучения исследуемого объекта – прибор высчитывает время возврата «сигнала», формируя систему координат из точек соприкосновения с предметом и расстоянием до сканера. Оператор под разными углами сканирует объект, а ПО склеивает части воедино.
Преимущество 3D сканер активного типа:
- прост в использовании;
- процесс осуществляется без физического контакта с объектом;
- работает внутри и снаружи помещения;
- не зависит от освещения;
- доступная цена;
- ненужно наносить сетку и маркеры.
В то же время есть весомые упущения:
- сканер неспособен работать с зеркальными поверхностями и прозрачными предметами;
- для работы с маленькими изделиями нужна мощная оптика.
Пассивный 3D сканер – это всё та же цифровая видеокамера, которая снимает исследуемый предмет под разными углами, улавливая его силуэт. Работает только на высококонтрастном фоне и при хорошем освещении. Отснятый материал обрабатывается ПО и сводится в 3D модель для печати на принтере или обработке в CAD-системах.
На что обратить внимание при выборе сканера
Устройство, которое одинаково хорошо справляется со сканированием в инженерных и развлекательных целях, при этом делает высокоточные модели, может стоить десятки тысяч долларов. При покупке 3D сканера следует обратить внимание на следующие параметры:
- зона сканирования;
- продолжительность сканирования рабочей зоны;
- точность;
- разрешение.
Технология трехмерного сканирования появилась всего несколько десятилетий назад, в конце 20-го века. Первый работающий прототип появился в 60-х годах. Конечно, тогда он не мог похвастаться широким спектром возможностей, однако это был настоящий 3d сканер, неплохо справляющийся с основной функцией.
В средине 80-х годов сканирующие устройства усовершенствовали. Их начали дополнять лазерами, источниками белого света и затемнения. Благодаря этому удалось улучшить «захват» исследуемых объектов. В этот период появляются контактные датчики. С их помощью оцифровывалась поверхность твердых предметов, которые не отличались сложной формой. Чтобы усовершенствовать оборудование, разработчикам пришлось позаимствовать ряд оптических технологий из военной промышленности.
Применение 3d сканеров было интересно не только конструкторам дизайн-студий, автомобильных концернов, но и работникам киноиндустрии. В 80-х – 2000-х годах разные компании выпускали свои модели оборудования: Head Scanner, 3D-сканер REPLICA и другие. С тех времен агрегаты изменились, усовершенствовались, стали более мобильными и функциональными. Характеристики 3d сканера сегодня существенно отличаются.
Принцип работы 3d сканера
Устройство 3d сканера занимается детальным исследованием физических объектов, после чего воссоздаются их точные модели в цифровом формате. Современные агрегаты могут быть стационарными или мобильными. В качестве подсветки применяется лазер или особая лампа (их использование увеличивает точность измерений).
Принцип работы 3d сканера определяется технологией сканирования. При помощи подсветки и встроенных камер аппарат измеряет расстояние до объекта с разных ракурсов. Затем сопоставляются картинки, передаваемые камерами. После тщательного анализа всех полученных данных, на экране отображается готовая цифровая трехмерная модель. Если устройство 3d сканера основано на работе лазерного луча, то с его помощью измеряются расстояния в заданных точках. На основе этих сведений выводятся координаты.
Методы и технологии трехмерного сканирования
Выделяют два основных метода:
- Контактный. Устройство зондирует предмет посредством физического контакта, пока объект находится на прецизионной поверочной плите. Контактный 3d сканер отличается сверхточностью работы. Правда, при сканировании можно повредить или изменить форму объекта.
- Бесконтактный. Применяется излучение или особый свет (ультразвук, рентгеновские лучи). В данном случае предмет сканируется через отражение светового потока.
Технологии трехмерного сканирования:
- Лазерная. Функционирование устройств основывается на принципе работы лазерных дальномеров. Лазерные сканеры 3d характеризуются точностью получаемой трехмерной модели. Правда, их применение затруднительно в условиях подвижности объекта. Это больше 3d сканер для помещения. Сканирование человека 3d сканером лазерного типа практически невозможно.
- Оптическая. В данном случае применяется специальный лазер второго класса безопасности. Оптический 3d сканер отличается большой скоростью сканирования. Его использование исключает любое искажение, даже если объект будет двигаться. Также нет необходимости в нанесении отражающих меток. Правда, такие устройства не подходят для исследования зеркальных, прозрачных или блестящих изделий. Зато это отличный вариант 3d сканера человека.
Современные 3d сканеры
Устройства могут отличаться по многим параметрам: сфере использования, габаритам, форме, технологии. Современные агрегаты применяются и в промышленной, и в бытовой сфере. Промышленный 3d сканер полезен в:
- инженерии;
- медицине;
- производстве;
- дизайне;
- киноиндустрии;
- сфере создания компьютерных игр.
Особое внимание хотелось бы уделить ультразвуковому 3d сканеру. Он является настоящей находкой для современной медицины. Устройства снабжаются энергетическими, цветными, тканевыми, непрерывноволновыми и импульсными допплерами. Данный агрегат характеризуется высочайшей разрешающей способностью, поэтому популярен в маммологии, акушерстве, урологии, исследовании сосудов и мышечных тканей, эхокардиографии, неонаталогии, педиатрии.
По принципу работы устройства также отличаются. Рынок предлагает стационарный или переносной, то есть ручной 3d сканер. В качестве сенсора во втором случае используется координатно-чувствительный детектор или аппарат с зарядовой связью. Данный агрегат чрезвычайно удобен тем, что его можно свободно перемещать. Портативный 3d сканер идеально подходит для сканирования труднодоступных мест или крупногабаритных объектов. Измерение можно проводить под любыми углами, вокруг или под исследуемыми предметами.
Устройства используются совместно с разным оборудованием. Это может быть не только 3d сканер для 3d принтера, но и 3d сканер для ipad. Современные производители подобных агрегатов выпускают мобильные устройства, которые работают не только со стационарными компьютерами, но и с планшетами или даже смартфонами. Кроме этого существуют специальные программы, с помощью которых обычные телефоны превращаются в сканеры. К примеру, можно найти 3d сканер для андроид. Он поможет конструировать уникальные детали, проводить быстрое прототипирование и оцифровку объектов.
Программное обеспечение для 3D сканера
Специальные программы для 3d сканера и обработки данных:
- David-3D. Предназначается для трехмерного сканирования предметов и преобразования полученных результатов с целью последующего импорта моделей в 3D-редакторы.
- Artec Studio 10. Профессиональный инструмент для создания объемных моделей.
- Autodesk 123D Catch. Трехмерное сканирование для мобильных телефонов на Android.
- Photomodeler Scanner. Позволяет формировать высокоточные stl-модели на основе обычных снимков, сделанных камерой смартфона или планшета.
- 3DAround. Превращает фото в формате в 2D в реалистичные трехмерные модели.
Видео о 3D сканере
Чтобы лучше понять принцип работы устройств и их разновидности, стоит посмотреть видео про 3d сканеры, которые представлены ниже.
Используются два понятия 3d модели: поверхностная модель и твердотельная модель . Они обладают разными свойствами и соответственно разными возможностями использования.
Поверхностную модель можно распечатать на 3d принтере, разместить на сайте, использовать для визуализации объекта. Изменить форму такой 3d модели нельзя. Если необходимо получить размеры, сделать чертеж, доработать модель, полноценно использовать ее в CAD-программе, stl-модель нужно перевести в твердотельную. Для этого необходимо произвести ряд действий.
1. Сканирование
Сканер подсвечивает изделие лазером или структурированным подсветом и получает информацию о расстоянии до поверхностей объекта. На основе этой информации строится участок поверхностной модели, который представляет собой облако миллионов точек. После получения достаточного количества таких участков программа, которая поставляется вместе со сканером, сшивает их в один объект в автоматическом или ручном режиме.
2. Обработка поверхностной модели
Поверхностная модель (полигональная модель, stl-модель, облако точек, облако треугольников) - это набор точек, соединенных в треугольники, которые образуют множество поверхностей, обозначающих границы объекта. Поверхностная модель может быть представлена как в виде облака точек, так и в виде набора треугольников, эти два вида легко трансформируются друг в друга.
Самый распространенный формат файла полигональной модели - stl, но могут быть и другие.
Модель из облака точек, полученных со сканера, как правило некачественная. Даже при идеальной для сканирования поверхности (объемная, белая, матовая, без труднодоступных мест и острых краев) 3д сканер все равно улавливает различные шумы - это могут быть как особенности самого объекта - грязь, сварные швы, метки и пр., так и внешние условия и характеристики самого сканера- освещение, температура, колебания опоры сканера. В итоге образуются лишние неровности, туннели, дыры и другие артефакты.
Некоторые операции обработки можно произвести в собственном софте сканера, но, как правило, это очень ограниченный набор функций. Для более качественной обработки используются сторонние программные комплексы, например Geomagic.
В процессе обработки над моделью может быть произведен ряд операций:
- зашиваются дыры,
- выравниваются поверхности,
- удаляется шум,
- модель правильно ориентируется;
- уменьшается количество треугольников.
Полученную поверхность объекта можно просматривать в разных режимах: как облако точек или как сетку. Во втором случае все точки соединяются в треугольники, образуя миллион микро-поверхностей.
Эта сетка по сути и является полноценной полигональной моделью. Ее можно сохранить в формат stl или другие форматы (txt, csv, odt, xls).
Такую модель можно напечатать на 3d принтере, но сверх того возможности ее использования ограничены.
Важно! Несмотря на то, что на данном этапе мы получили stl-модель, она пока еще не пригодна для использования на многокоординатных станках с ЧПУ, так как содержит слишком большое количество поверхностей. Для станка с ЧПУ требуется дополнительная обработка базовой сканированной stl-модели: выравнивание, усреднение, уменьшение количества поверхностей.
По той же причине такую модель не получится загрузить в CAD-систему. SolidWorks, например, выдаст предупреждение о том, что модель содержит слишком большое количество поверхностей.
3. Построение твердотельной модели
На данном этапе на основе полигональной модели происходит построение нормального твердого тела также в специализированном софте, например Geomagic Design.
Используемые операции: вытягивание эскизов, деление на области, поиск вытянутых областей, построение замкнутого эскиза.
При правильной обработке модели на выходе мы получаем модель с деревом построений, пригодную для дальнейшей обработки в CAD-системе.
4. Контроль правильности построения модели
На данном этапе полученная твердотельная модель сравнивается со сканированной. Специальный инструмент программы позволяет в цветном виде увидеть отклонения, вызванные ошибками построения модели. Придется вернуться на несколько шагов назад и исправить некоторые операции.
5. Экспорт в CAD-систему
Этот, казалось бы, автоматический этап также может выявить ряд ошибок на этапе обработки модели. Например программа Geomagic Design Х с помощью своего API строит в открытом заранее SolidWorks модель на лету согласно собственному дереву построений. В конце может появится ошибка - в ней будет описано, на каком этапе построения модели возникла ошибка - идем обратно в Design X и редактируем в дереве этот элемент.
Общий процесс обработки получается довольно сложным, что и определяет более высокую стоимость 3d сканирования, по сравнению с ручным образмериванием изделий. Надеемся, что развитие технологий 3d сканирования и обработки 3d моделей позволит в дальнейшем упростить или объединить эти процедуры.
Какие характеристики детали и как влияют на трудоемкость сканирования:
1. Размер
3. Материал детали
Черная, блестящая, прозрачная поверхность требует предварительного нанесения матирующего спрея. Таким образом, матированию подлежат все изделия из металла, стекла, черного или серебристого пластика. Спрей высыхает, образуя на поверхности тонкий меловой слой, который затем легко удаляется тряпочкой или щеткой, не портя изделие. В том числе с матированием сканируются мобильные телефоны и другая техника, без нарушения их работоспособности.
Идеальной для сканирования считается белая матовая поверхность.
Пример: матирование блестящего отражателя лампы.
4. Чистота и ровность поверхности
Если поверхность детали грязная, ржавая, масляная - для качественного сканирования ее придется предварительно зачищать. Поэтому мы просим заказчиков готовить детали для сканирования заранее.
Поверхность пористая или неровная, много мусора при изготовлении (сварные швы, артефакты и неровности, полученные при литье) - дополнительное время на обработку сканированной модели.
5. Конфигурация детали и рельеф поверхности
Простым считается одностороннее сканирование плоской детали. При обработке сканированной поверхности задается толщина.
Объемная деталь требует сканирования со всех сторон с переворачиванием. При этом для качественного автоматического сшивания важно, чтобы при каждом новом скане сканер «видел» часть меток с предыдущего скана. Поэтому дополнительную сложность представляют детали с тонкими острыми гранями.
Труднодоступные места представляют собой отдельную сложность для сканирования. Глубокие отверстия с разными внутренними диаметрами и резьбами, раковины, загибающиеся детали могут не попасть в зону видения сканера и не будут отражены в сканированной модели. Такие элементы образмериваются и дорабатываются вручную.
Ручные замеры и контроль погрешностей также требуются в случае:
- наличия ответственных элементов в детали (посадочные места или места сопряжений и т.д., где необходимо указание конкретных допусков и посадок),
- нанесения матирующего спрея (который имеет свою толщину);
- погрешностях в методах обработки сканированной детали (например, выравнивание поверхности по средним точкам).
Пример : вал с кулачками (криволинейные поверхности с ответственными размерами, повышенная сложность).
Сложный рельеф поверхности (большое количество криволинейных поверхностей, элементов детали) не повлияет на трудоемкость сканирования, но сильно повлияет на трудоемкость обработки, особенно при построении твердотельной модели.
Кроме того, чертеж такой детали также потребует больше времени, чем чертеж простой плоской детали.
Пример : колесо ротора - труднодоступные для сканера места, криволинейные поверхности, особая сложность - при построении твердотельной модели.
Встречаются также плоские, небольшие и вроде бы несложные детали, но из-за большого количества размеров (вырезы, отверстия, радиусы) выполнение чертежа становится трудоемкой задачей. В такой, на первый взгляд, несложной детали, как например лопасть, необходимо строить большое количество видов и сечений на чертеже.
Пример : плоская рамка с большим количеством отверстий.
6. Необходимость доработки 3d модели
Задача восстановления износа детали или пожелания заказчика по изменению обязательно потребуют построения твердотельной CAD-модели c конструкторской доработкой.
Для оценки стоимости сканирования детали, пришлите фото и краткое описание задачи!
