Як сканувати деталь для 3D-принтера – повний гід

3D-сканування  – це ефективний спосіб отримати точну цифрову копію фізичного об’єкта для подальшого 3D-друку. У цій статті ми розглянемо вибір обладнання, підготовку деталі, сам процес сканування та обробку моделі перед 3D-друком.

Експертне 3D-сканування від Easy3DPrint

Ми, Easy3DPrint, пропонуємо професійні послуги 3D-сканування для точного відтворення фізичних об’єктів у цифровому форматі. Наше обладнання дозволяє сканувати деталі будь-якої складності з високою точністю, що робить цей процес ідеальним для реверс-інжинірингу, 3D-друку та інших технологічних застосувань.

Якщо вам потрібна 3D-модель для друку або подальшого використання, ми можемо не тільки відсканувати об’єкт, а й виконати його 3D-моделювання, усунути дефекти та адаптувати його до друку.

Для клієнтів, які планують друкувати свої моделі, ми також пропонуємо 3D-друк, забезпечуючи повний цикл створення виробу  – від підготовки цифрової моделі до фінальної обробки.

Якщо ви шукаєте власний 3D-принтер, наші фахівці допоможуть вам підібрати оптимальну модель, налаштувати її для максимально ефективної роботи та освоїти основи 3D-друку.

Завітайте на наш сайт, щоб дізнатися більше про можливості 3D-сканування та 3D-друку!

Що таке 3D-сканування для 3D-друку

3D-сканування  – це технологія створення цифрової тривимірної моделі фізичного об’єкта шляхом збору його геометричних даних. Сканер зчитує форму, текстуру та розміри предмета, перетворюючи їх у цифрову копію, яку можна редагувати, аналізувати або використовувати для 3D-друку. 

3D-сканування та 3D-друк  – це сучасні технології, які доповнюють одна одну, значно розширюючи можливості у виробництві, реверс-інжинірингу та розробці нових виробів. Щоб забезпечити максимальну точність сканування та отримати якісну модель для подальшого друку, важливо правильно налаштувати обладнання, врахувати особливості об’єкта та виконати ретельну обробку отриманих даних. Розглянемо ключові етапи цього процесу.

Обладнання для 3D-сканування

Вибір 3D-сканера є ключовим фактором для отримання якісної цифрової моделі. 

Існує кілька типів 3D-сканерів, кожен з яких має свої особливості:

• Ручні 3D-сканери  – ідеальні для мобільного сканування, підходять для великих або складних об’єктів. Вони забезпечують високу гнучкість у використанні, оскільки можуть обробляти об’єкти різної форми та розміру.
• Настільні 3D-сканери  – забезпечують високу точність для дрібних деталей, використовуються для сканування невеликих об’єктів. Вони часто оснащені обертовою платформою, що дозволяє автоматично отримати повноцінну модель без потреби ручного втручання.
• Лазерні 3D-сканери  – застосовуються для високоточних вимірювань, особливо в інженерії та промисловості. Використання лазерного променя дозволяє отримати точні дані навіть у складних умовах освітлення.
• Фотограмметрія  – метод, що використовує серію фотографій для створення 3D-моделі, підходить для великих об’єктів. Для якісного сканування необхідно зробити велику кількість знімків з різних кутів, що потім обробляються спеціальним програмним забезпеченням.
• Оптичні 3D-сканери  – застосовують структуроване світло для визначення форми об’єкта. Вони відрізняються високою швидкістю сканування та деталізацією.

Основні параметри вибору 3D-сканера

Перед вибором сканера слід врахувати такі параметри:

• Точність  – важлива для деталізованих моделей. Чим вища точність сканера, тим менше помилок і спотворень буде у фінальній 3D-моделі.
• Роздільна здатність  – впливає на рівень деталізації моделі. Для складних технічних деталей потрібна висока роздільна здатність.
• Швидкість сканування  – визначає, наскільки оперативно можна отримати цифрову копію об’єкта. Високошвидкісні сканери значно скорочують час на створення моделі.
• Сумісність із програмним забезпеченням  – деякі сканери працюють лише з певними програмами для обробки моделей. Важливо перевірити, чи підтримує сканер необхідні формати файлів.
• Тип матеріалу об’єкта  – прозорі або блискучі поверхні можуть потребувати спеціального покриття для кращого розпізнавання сканером.
• Діапазон сканування  – визначає, які розміри об’єкта можна сканувати. Деякі сканери мають обмеження за розмірами деталей.
• Мобільність  – якщо потрібне сканування на виїзді, слід обирати портативні або бездротові моделі.

Додаткові аксесуари  

Окрім самого сканера, для покращення якості сканування можуть використовуватися:

• Обертові платформи  – автоматизують процес сканування та допомагають уникнути сліпих зон.
• Маркерні точки  – використовуються для покращення точності сканування, особливо на великих об’єктах.
• Матові спреї  – допомагають сканувати прозорі або блискучі об’єкти, зменшуючи відблиски.
• Додаткові джерела освітлення  – покращують якість зчитування деталей, особливо при використанні оптичних сканерів.

Після вибору відповідного обладнання можна переходити до підготовки об’єкта для сканування.

Підготовка об’єкта до сканування

Якість 3D-сканування безпосередньо залежить від правильної підготовки об’єкта. Якщо поверхня містить дефекти, забруднення або відблиски, це може призвести до неточностей у цифровій моделі, що вплине на кінцевий результат 3D-друку. Тому перед скануванням слід виконати кілька важливих підготовчих етапів.

Очищення поверхні деталі

Перед початком сканування необхідно повністю очистити деталь від будь-яких забруднень, які можуть завадити точному зчитуванню поверхні.

• Сухе очищення  – використовуйте м’яку мікрофібру або пензлик, щоб зняти пил, який може спотворити дані сканера.
• Вологе очищення  – якщо на деталі є жир або плями, протріть її зволоженою серветкою або ганчіркою.
• Стиснене повітря  – видалення пилу з важкодоступних місць за допомогою аерозольного балона зі стисненим повітрям.
• Спиртові розчини  – для видалення жиру та слідів від рук можна використовувати ізопропіловий спирт (70-90%).
• Мийні розчини  – м’які мийні засоби підходять для пластмасових або металевих деталей.
• Засоби для знежирення  – застосовуються у випадку складних забруднень, але варто уникати агресивних хімікатів.

Після очищення деталь потрібно висушити, щоб уникнути залишкової вологи, яка може спотворити сканування.

Обробка прозорих і блискучих поверхонь

Прозорі, глянцеві або металеві поверхні можуть відбивати або заломлювати світло, що призводить до помилок у 3D-скануванні. Для правильного зчитування таких об’єктів застосовують матуючі засоби.

• Матовий спрей  – створює тонке покриття, що запобігає відбиттю та прозорості. Деякі спреї випаровуються самі без потреби в очищенні.
• Матовий порошок  – використовується для тимчасового покриття об’єкта. Наприклад, можна застосовувати дитячу присипку або тальк у поєднанні з ізопропіловим спиртом.
• Фарба або лак  – тонкий шар матового лаку або фарби може допомогти, якщо деталь підлягає перефарбуванню.

Перед скануванням переконайтеся, що покриття рівномірне і не має надмірного нашарування, що може вплинути на точність моделі.

Фіксація деталі для сканування

Щоб уникнути зміщення або нестабільності під час сканування, важливо правильно закріпити об’єкт.

• Фіксація за допомогою тримача або затискача  – використовуйте зажими або гвинтові фіксатори для нерухомого закріплення невеликих деталей. При роботі з крихкими матеріалами використовуйте гумові підкладки, щоб уникнути пошкоджень.
• Використання обертової платформи  – для настільних сканерів рекомендується автоматизована обертова платформа, яка допомагає зняти всі ракурси без ручного втручання. Це дозволяє отримати повну модель без необхідності переміщення сканера.
• Кріплення за допомогою двостороннього скотча або гелю  – для легких предметів можна використовувати двосторонній скотч, щоб зафіксувати деталь на столі. Якщо деталь має складну геометрію, можна застосувати гель для тимчасової фіксації, який легко видаляється.
• Зважування легких об’єктів  – якщо об’єкт занадто легкий і може зміщуватися під впливом повітря або руху сканера, його можна тимчасово обтяжити, наприклад, приклеїти до нього додатковий вантаж.
• Магнітне або вакуумне кріплення  – якщо деталь металева, її можна зафіксувати на магнітній основі. Вакуумні фіксатори використовуються в промислових сканерах для стабільного розташування деталей.

Орієнтація об’єкта

Під час фіксації варто розташувати об’єкт таким чином, щоб сканер міг максимально захопити всі важливі деталі. Уникайте положень, у яких деталь може закривати власні геометричні особливості.

Процес 3D-сканування

Процес 3D-сканування складається з кількох важливих етапів, які впливають на точність і якість отриманої цифрової моделі. Перш за все, необхідно правильно налаштувати сканер, потім виконати сканування об’єкта з урахуванням його геометричних особливостей, а після цього  – обробити отриману хмару точок і усунути можливі дефекти. Дотримання цих етапів забезпечить максимально якісний результат, придатний для подальшого редагування та 3D-друку.

Етап 1: Підготовка до сканування

Перед тим як розпочати сканування, слід переконатися, що:

• Об’єкт надійно закріплений (якщо використовується стаціонарний сканер).
• Поверхня очищена від пилу, жиру та відблисків (особливо для глянцевих або прозорих деталей).
• Освітлення рівномірне (у разі використання сканерів, чутливих до світла).
• Сканер правильно відкалібрований згідно з інструкцією виробника.

Етап 2: Налаштування параметрів сканування

Перед запуском сканування потрібно налаштувати оптимальні параметри:

• Роздільна здатність: Визначає рівень деталізації. Чим вища роздільна здатність, тим більше дрібних деталей буде передано, але це збільшить розмір файлу. Для великих деталей можна використовувати середню або низьку роздільну здатність, а для точних інженерних моделей  – високу.
• Чутливість сканера: Деякі сканери дозволяють регулювати рівень чутливості до відбиття світла. Якщо об’єкт має складну текстуру або нерівності, цей параметр може знадобитися скоригувати.
• Кут огляду: Якщо використовується ручний сканер, потрібно визначити, під якими кутами слід сканувати, щоб уникнути «сліпих зон». Якщо застосовується настільний сканер із обертовою платформою, слід встановити оптимальну кількість кадрів для повного охоплення.

Етап 3: Сканування об’єкта

Процес сканування може бути ручним або автоматичним, залежно від типу сканера.

Ручний сканер:

1. Оператор плавно рухає сканер навколо об’єкта, захоплюючи всі деталі.
2. Важливо підтримувати однакову відстань і уникати різких рухів, які можуть створити спотворення.
3. Якщо об’єкт має складну форму, сканер потрібно повертати так, щоб уникнути незареєстрованих ділянок.

Настільний сканер:

1. Об’єкт розміщується на платформі, яка автоматично обертається, дозволяючи сканеру захопити всі кути.
2. У разі необхідності платформу можна вручну зупиняти або змінювати кут нахилу об’єкта.
3. Якщо одна сесія не дозволяє отримати повну модель, потрібно перевернути об’єкт і виконати додаткове сканування.

Етап 4: Аналіз отриманої 3D-моделі

Після завершення сканування варто перевірити отриману 3D-модель:

1. Чи немає пропущених ділянок або спотворених зон.
2. Чи правильно передані основні геометричні форми об’єкта.
3. Чи достатньо деталізації для подальшої обробки.

Якщо виявлені помилки або прогалини, потрібно повторно просканувати конкретні зони або зробити ще один цикл сканування.

Етап 5: Збереження 3D-моделі

Отримані дані потрібно зберегти у відповідному форматі:

• STL (Standard Triangle Language)  – стандартний формат для 3D-друку.
• OBJ (Object File Format)  – зберігає текстури та кольори, що корисно для візуалізації.
• PLY (Polygon File Format)  – часто використовується у наукових дослідженнях для високодеталізованих сканів.
• ASC або XYZ  – зберігають необроблені хмари точок.

Підготовка 3D-моделі до друку

Після сканування отримана 3D-модель потребує ретельної обробки для усунення дефектів, покращення геометрії та оптимізації структури. Цей етап необхідний для того, щоб модель була готова до 3D-друку без помилок і спотворень.

1. Видалення шумів і артефактів

Під час сканування можуть з’явитися зайві точки, випадкові полігони або похибки, які не є частиною моделі. Вони можуть створювати спотворення під час друку, тому їх потрібно видалити за допомогою:

• Фільтрації шумів  – автоматичне очищення в MeshLab або Blender.
• Ручного редагування  – вибір і видалення зайвих точок та поверхонь у програмі Netfabb.

2. Закриття отворів і виправлення геометрії

Якщо модель містить відкриті ділянки або розриви, їх потрібно закрити. Важливо забезпечити цілісність геометрії, адже 3D-принтер друкує лише замкнуті поверхні.

• Автоматичне закриття отворів  – у Meshmixer, Netfabb або Blender є функція автоматичного виправлення розривів.
• Ручне моделювання  – у складних випадках можна додати або вирівняти полігони вручну.

3. Оптимізація полігональної сітки

Високополігональні моделі займають більше пам’яті та можуть викликати помилки в слайсері. Оптимізація зменшує кількість полігонів без значної втрати якості:

• Декімітизація (зменшення полігонів)  – у Blender або MeshLab є інструмент “Reduce Polygons”.
• Ретопологія  – створення спрощеної сітки вручну або автоматично для рівномірного розподілу полігонів.

4. Згладжування поверхонь

Після сканування модель може містити нерівності, що впливають на якість друку. Застосування згладжування допоможе отримати рівнішу поверхню:

• Інструмент “Smooth” у Blender, Meshmixer.
• Локальне вирівнювання поверхонь у ZBrush для точного виправлення дефектів.

5. Усунення перетинаючих поверхонь

Якщо модель складається з кількох частин, можливі проблеми з накладанням геометрії. Це може призвести до помилок у слайсері або неправильного друку.

• Boolean-операції  – дозволяють правильно об’єднати кілька об’єктів у Blender чи Meshmixer.
• Перевірка цілісності  – у Netfabb можна знайти перетинаючі поверхні та автоматично їх усунути.

6. Перевірка нормалей

Щоб модель правильно відображалася і друкувалася, всі нормалі (напрямки поверхонь) повинні бути спрямовані назовні. Якщо є помилки:

• Автоматична корекція нормалей у MeshLab, Blender.
• Ручне виправлення  – зміна орієнтації нормалей у 3D-редакторі.

7. Перевірка масштабу та розмірів

Перед експортом необхідно перевірити, чи відповідає розмір моделі реальним вимогам 3D-друку.

• Зміна масштабу  – у програмі для моделювання можна змінити розміри відповідно до принтера.
• Перевірка одиниць виміру  – деякі програми зберігають модель у різних системах виміру (мм, см, дюйми), що потрібно врахувати перед друком.

8. Конвертація у формат для 3D-друку

Після завершення налаштувань потрібно експортувати модель у формат, сумісний із 3D-принтером:

• STL (Standard Triangle Language)  – найпоширеніший формат для більшості принтерів, зберігає лише геометрію.
• OBJ (Object File Format)  – підтримує текстури та кольори, що корисно для візуалізації та кольорового друку.
• AMF (Additive Manufacturing File Format)  – зберігає більше інформації, підтримує багатоколірний друк і складні структури.

Обробка 3D-моделі у слайсері для передачі на друк

Після підготовки та редагування 3D-моделі потрібно завантажити її у слайсер  – програму, яка перетворює 3D-об’єкт у G-код для 3D-принтера. На цьому етапі виконується налаштування ключових параметрів друку, що впливають на якість і швидкість виготовлення моделі.

Завантаження моделі в слайсер

Популярні програми для нарізки моделі (слайсери):

• Ultimaker Cura  – безкоштовний, зручний для новачків, підтримує багато принтерів.
• PrusaSlicer  – оптимізований для принтерів Prusa, але працює і з іншими моделями.
• Simplify3D  – платний слайсер із розширеними налаштуваннями.
• ChiTuBox  – спеціально для принтерів, що друкують на основі смоли (SLA/DLP/LCD).

Після запуску програми потрібно відкрити файл моделі у форматі STL, OBJ або 3MF. Далі модель відображається у віртуальному просторі друкарської платформи, де можна змінювати її розташування, масштаб або орієнтацію.

Налаштування основних параметрів друку

Налаштування параметрів друку залежить від обраної технології (FDM, SLA, SLS) та матеріалу. Від правильного вибору цих параметрів залежить якість друку, міцність моделі та загальний результат.

Товщина шару екструдеру

Товщина шару впливає на деталізацію друку та швидкість виготовлення моделі.

• Менша товщина забезпечує вищу деталізацію, але збільшує час друку.
• Більша товщина зменшує деталізацію, але прискорює друк.

Рекомендовані значення:

• 0,1 мм  – для моделей із високою деталізацією.
• 0,2 мм  – оптимальний варіант для балансу між якістю та швидкістю.
• 0,3 мм  – для швидкого прототипування.

Щільність заповнення моделі

Щільність заповнення визначає внутрішню структуру моделі та її міцність.

• 10-20%  – для декоративних або легких моделей.
• 30-50%  – для функціональних деталей середньої міцності.
• 80-100%  – для конструкцій, що потребують максимальної міцності.

Використання підтримок

Якщо модель містить нависаючі елементи, які не мають під собою опори, необхідно додати підтримки, щоб уникнути провисання шарів або невдалого друку.

Підтримки необхідні для друку нависаючих елементів, які не мають опори під час друку. Існують три основні типи підтримок:

• Стандартні (Grid/Linear)  – забезпечують хорошу опору для складних деталей, але їх складніше видаляти.
• Деревоподібні (Tree)  – займають менше місця, легше відламуються після друку, ідеальні для органічних форм.
• Розчинні (PVA, HIPS)  – використовуються у двоекструдерних принтерах, розчиняються у воді або лимоненовому розчині.

У більшості слайсерів, таких як Ultimaker Cura, PrusaSlicer, Simplify3D, є можливість автоматичного створення підтримок або їх ручного налаштування для зменшення витрат матеріалу.

Температура екструдера та платформи

Температурні налаштування залежать від матеріалу:

• PLA: 190-210°C для сопла, 50-60°C для платформи.
• ABS: 230-250°C для сопла, 90-110°C для платформи.
• PETG: 230-250°C для сопла, 70-85°C для платформи.
• TPU: 210-230°C для сопла, 20-50°C для платформи.
• Nylon: 240-260°C для сопла, 80-100°C для платформи.

Швидкість друку

Швидкість друку впливає на якість поверхні та час виготовлення моделі.

• 40-60 мм/с  – стандартна швидкість для FDM-друку.
• Менші значення використовуються для дрібних деталей і високоякісного друку.
• В SLA-друці швидкість визначається експозицією кожного шару.

Орієнтація моделі

Розташування моделі на платформі впливає на точність, міцність і використання матеріалу. При виборі положення потрібно врахувати кілька факторів:

• Мінімізація підтримок 
• Забезпечення стабільності  
• Зменшення шаруватості 
• Оптимізація якості поверхні 

У Ultimaker Cura, PrusaSlicer та інших слайсерах є функція автоматичної орієнтації моделі, яка підбирає найкраще положення для друку.

Генерація G-коду

Після налаштування всіх параметрів друку слайсер генерує G-код  – набір команд, які визначають, як принтер буде друкувати модель. У G-коді міститься інформація про рух екструдера, температуру, швидкість друку, подачу матеріалу та інші важливі параметри. 

Перед передачею файлу на принтер важливо переглянути попередню симуляцію друку у слайсері, щоб уникнути можливих помилок, таких як:

• Неправильне масштабування: модель може бути завелика або замала для платформи друку.
• Невдале розташування підтримок: надмірна кількість або відсутність підтримок може вплинути на якість друку.
• Прогалини між шарами: неправильні параметри висоти шару або швидкості екструзії можуть викликати дефекти у моделі.
• Перетин траєкторій руху сопла: може спричинити дефекти поверхні, якщо шари накладаються некоректно.

Більшість слайсерів, таких як Ultimaker Cura, PrusaSlicer, Simplify3D, мають функцію попереднього перегляду G-коду, що дозволяє оцінити процес друку перед його запуском.

Висновок

3D-сканування  – це ефективний спосіб створення точних цифрових моделей для 3D-друку. Правильний вибір сканера, ретельна підготовка об’єкта та якісна обробка отриманої моделі гарантують високу точність результату. Важливо враховувати особливості матеріалу, освітлення та методи фіксації деталі, щоб уникнути помилок у процесі сканування.

Після отримання 3D-моделі необхідно її доопрацювати: видалити шуми, закрити отвори, оптимізувати полігональну сітку та підготувати до друку. Використовуючи правильне програмне забезпечення та налаштування параметрів друку, можна створити якісний і функціональний виріб, готовий до виробництва чи практичного використання.

Дотримання всіх етапів  – від підготовки деталі до налаштування G-коду  – допоможе отримати точну та функціональну модель.

Часті запитання