Как сканировать деталь для 3D-принтера – полный гид

3D-сканирование — это эффективный способ получить точную цифровую копию физического объекта для дальнейшей 3D-печати. В этой статье мы рассмотрим выбор оборудования, подготовку детали, сам процесс сканирования и обработку модели перед 3D-печатью.

Экспертное 3D-сканирование от Easy3DPrint

Мы, Easy3DPrint, предлагаем профессиональные услуги 3D-сканирования для точного воспроизведения физических объектов в цифровом формате. Наше оборудование позволяет сканировать детали любой сложности с высокой точностью, что делает этот процесс идеальным для реверс-инжиниринга, 3D-печати и других технологических приложений.

Если вам нужна 3D-модель для печати или дальнейшего использования, мы можем не только отсканировать объект, но и выполнить его 3D-моделирование, устранить дефекты и адаптировать его к печати.

Для клиентов, которые планируют печатать свои модели, мы также предлагаем 3D-печать, обеспечивая полный цикл создания изделия — от подготовки цифровой модели до финальной обработки.

Если вы ищете собственный 3D-принтер, наши специалисты помогут вам подобрать оптимальную модель, настроить ее для максимально эффективной работы и освоить основы 3D-печати.

Посетите наш сайт, чтобы узнать больше о возможностях 3D-сканирования и 3D-печати!

Что такое 3D-сканирование для 3D-печати

3D-сканирование  — это технология создания цифровой трехмерной модели физического объекта путем сбора его геометрических данных. Сканер считывает форму, текстуру и размеры предмета, превращая их в цифровую копию, которую можно редактировать, анализировать или использовать для 3D-печати.

3D-сканирование и 3D-печать — это современные технологии, которые дополняют друг друга, значительно расширяя возможности в производстве, реверс-инжиниринге и разработке новых изделий. Для обеспечения максимальной точности сканирования и получения качественной модели для дальнейшей печати важно правильно настроить оборудование, учесть особенности объекта и выполнить тщательную обработку полученных данных. Рассмотрим ключевые этапы этого процесса.

Оборудование для 3D-сканирования

Выбор 3D-сканера является ключевым фактором для получения качественной цифровой модели.

Существует несколько типов 3D-сканеров, каждый из которых имеет свои особенности:

• • Ручные 3D-сканеры  — идеальны для мобильного сканирования, подходят для больших или сложных объектов. Они обеспечивают высокую гибкость в использовании, поскольку могут обрабатывать объекты разной формы и размера.
  • Настольные 3D-сканеры — обеспечивают высокую точность для мелких деталей, используются для сканирования небольших объектов. Они часто оснащены вращающейся платформой, позволяющей автоматически получить полноценную модель без необходимости ручного вмешательства.
  • Лазерные 3D-сканеры – применяются для высокоточных измерений, особенно в инженерии и промышленности. Использование лазерного луча позволяет получить точные данные даже в сложных условиях освещения.
  • Фотограммметрия  — метод, использующий серию фотографий для создания 3D-модели, подходит для больших объектов. Для качественного сканирования необходимо сделать большое количество снимков с разных углов, затем обрабатываемых специальным программным обеспечением.
  • Оптические 3D-сканеры — применяют структурированный свет для определения формы объекта. Они отличаются высокой скоростью сканирования и детализацией.

Основные параметры выбора 3D-сканера

Перед выбором сканера следует учитывать следующие параметры:

• Точность  — важна для детализированных моделей. Чем выше точность сканера, тем меньше ошибок и искажений будет в финальной 3D-модели.
• Разрешение — влияет на уровень детализации модели. Для сложных технических деталей требуется высокое разрешение.
• Скорость сканирования  — определяет, насколько оперативно можно получить цифровую копию объекта. Высокоскоростные сканеры значительно сокращают время создания модели.
• Совместимость с программным обеспечением  — некоторые сканеры работают только с определенными программами для обработки моделей. Важно проверить, поддерживает ли сканер необходимые форматы файлов.
• Тип материала объекта — прозрачные или блестящие поверхности могут потребовать специального покрытия для лучшего распознавания сканером.
• Диапазон сканирования — определяет, какие размеры объекта можно сканировать. Некоторые сканеры имеют ограничения по размеру деталей.
• Мобильность  — если требуется сканирование на выезде, следует выбирать портативные или беспроводные модели.

Дополнительные аксессуары 

Помимо самого сканера, для улучшения качества сканирования могут использоваться:

• Вращающиеся платформы  — автоматизируют процесс сканирования и помогают избежать слепых зон.
• Маркерные точки  — используются для улучшения точности сканирования, особенно на больших объектах.
• Матовые спреи  — помогают сканировать прозрачные или блестящие объекты, уменьшая блики.
• Дополнительные источники освещения  — улучшают качество считывания деталей, особенно при использовании оптических сканеров.

После выбора соответствующего оборудования можно переходить к подготовке объекта для сканирования.

Подготовка объекта к сканированию

Качество 3D-сканирования напрямую зависит от правильной подготовки объекта. Если поверхность содержит дефекты, загрязнения или блики, это может привести к неточностям в цифровой модели, что повлияет на конечный результат 3D-печати. Поэтому перед сканированием необходимо выполнить несколько важных подготовительных этапов.

Очистка поверхности детали

Перед началом сканирования необходимо полностью очистить деталь от любых загрязнений, которые могут помешать точному считыванию поверхности.

• Сухая очистка — используйте мягкую микрофибру или кисточку, чтобы снять пыль, которая может исказить данные сканера.
• Влажная очистка — если на детали есть жир или пятна, протрите ее увлажненной салфеткой или тряпкой.
• Сжатый воздух — удаление пыли с труднодоступных мест с помощью аэрозольного баллона со сжатым воздухом.
• Спиртовые растворы — для удаления жира и следов от рук можно использовать изопропиловый спирт (70-90%).
• Моечные растворы  — мягкие моющие средства подходят для пластмассовых или металлических деталей.
• Средства для обезжиривания  — применяются в случае сложных загрязнений, но следует избегать агрессивных химикатов.

После очистки деталь нужно высушить, чтобы избежать остаточной влаги, которая может исказить сканирование.

Обработка прозрачных и блестящих поверхностей

Прозрачные, глянцевые или металлические поверхности могут отражать или преломлять свет, что приводит к ошибкам в 3D-сканировании. Для правильного считывания таких объектов применяют матирующие средства.

• Матовый спрей  — создает тонкое покрытие, предотвращающее отражение и прозрачность. Некоторые спреи испаряются без необходимости очистки.
• Матовый порошок  — используется для временного покрытия объекта. Например, можно применять детскую присыпку или тальк в сочетании с изопропиловым спиртом.
• Краска или лак  — тонкий слой матового лака или краски может помочь, если деталь подлежит перекраске.

Перед сканированием убедитесь, что покрытие равномерно и не имеет чрезмерного наслоения, что может повлиять на точность модели.

Фиксация деталей для сканирования

Во избежание смещения или нестабильности во время сканирования важно правильно закрепить объект.

• Фиксация с помощью держателя или зажима — используйте зажимы или винтовые фиксаторы для неподвижного закрепления небольших деталей. При работе с хрупкими материалами используйте резиновые подкладки во избежание повреждений.
• Использование вращающейся платформы  — для настольных сканеров рекомендуется автоматизированная вращающаяся платформа, которая помогает снять все ракурсы без ручного вмешательства. Это позволяет получить полную модель без необходимости перемещения сканера.
• Крепление с помощью двустороннего скотча или геля – для легких предметов можно использовать двусторонний скотч, чтобы зафиксировать деталь на столе. Если деталь имеет сложную геометрию, можно применить гель для временной фиксации, который легко удаляется.
• Взвешивание легких объектов  — если объект слишком легок и может смещаться под воздействием воздуха или движения сканера, его можно временно обременить, например, приклеить к нему дополнительный груз.
• Магнитный или вакуумный крепеж — если деталь металлическая, ее можно зафиксировать на магнитной основе. Вакуумные фиксаторы используются в промышленных сканерах для стабильного расположения деталей.

Ориентация объекта

При фиксации следует расположить объект таким образом, чтобы сканер мог максимально захватить все важные детали. Избегайте положений, в которых деталь может закрывать свои геометрические особенности.

Процесс 3D-сканирования

Процесс 3D-сканирования состоит из нескольких важных этапов, влияющих на точность и качество полученной цифровой модели. Прежде всего, необходимо правильно настроить сканер, затем выполнить сканирование объекта с учетом его геометрических особенностей, а после этого обработать полученное облако точек и устранить возможные дефекты. Соблюдение этих этапов обеспечит максимально качественный результат, пригодный для дальнейшего редактирования и печати 3D.

Этап 1: Подготовка к сканированию

Перед тем как начать сканирование, убедитесь, что:

• Объект надежно закреплен (если используется стационарный сканер).
• Поверхность очищена от пыли, жира и бликов (особенно для глянцевых или прозрачных деталей).
• Освещение равномерно (при использовании сканеров, чувствительных к свету).
• Сканер правильно откалиброван согласно инструкции производителя.

Этап 2: Настройка параметров сканирования

Перед запуском сканирования необходимо настроить оптимальные параметры:

• Разрешение: Определяет уровень детализации. Чем выше разрешение, тем больше мелких деталей будет передано, но это увеличит размер файла. Для больших деталей можно использовать среднее или низкое разрешение, а для точных инженерных моделей — высокое.
• Чувственность сканера: Некоторые сканеры позволяют регулировать уровень чувствительности к отражению света. Если объект имеет сложную текстуру или неровности, этот параметр может потребоваться скорректироваться.
• Угол обзора: Если используется ручной сканер, нужно определить, под какими углами следует сканировать, чтобы избежать «слепых зон». При использовании настольного сканера с вращающейся платформой необходимо установить оптимальное количество кадров для полного охвата.

Этап 3: Сканирование объекта

Процесс сканирования может быть ручным или автоматическим в зависимости от типа сканера.

Ручной сканер:

1. Оператор плавно двигает сканер вокруг объекта, захватывая все детали.
2. Важно поддерживать одинаковое расстояние и избегать резких движений, которые могут создать искажения.
3. Если объект имеет сложную форму, сканер нужно возвращать так, чтобы избежать незарегистрированных участков.

Настольный сканер:

1. Объект размещается на автоматически вращающейся платформе, позволяя сканеру захватить все углы.
2. При необходимости платформу можно вручную останавливать или изменять угол наклона объекта.
3. Если одна сессия не позволяет получить полную модель, нужно перевернуть объект и выполнить дополнительное сканирование.

Этап 4: Анализ полученной 3D-модели

После завершения сканирования следует проверить полученную 3D-модель:

1. Нет ли пропущенных участков или искаженных зон.
2. Правильно ли переданы основные геометрические формы объекта.
3. Достаточно ли детализации для дальнейшей обработки.

Если обнаружены ошибки или пробелы, нужно повторно просканировать конкретные зоны или сделать еще один цикл сканирования.

Этап 5: Сохранение 3D-модели

Полученные данные необходимо сохранить в соответствующем формате:

• STL (Standard Triangle Language)  — стандартный формат для 3D-печати.
• OBJ (Object File Format)  — сохраняет текстуры и цвета, что полезно для визуализации.
• PLY (Polygon File Format)  — часто используется в научных исследованиях для высокодетализованных сканов.
• ASC или XYZ  — сохраняют необработанные облака точек.

Подготовка 3D-модели к печати

После сканирования полученная 3D-модель требует тщательной обработки для устранения дефектов, улучшения геометрии и оптимизации структуры. Этот этап необходим для того, чтобы модель была готова к 3D-печати без ошибок и искажений.

1. Удаление шумов и артефактов

При сканировании могут появиться лишние точки, случайные полигоны или погрешности, не являющиеся частью модели. Они могут создавать искажения при печати, поэтому их нужно удалить с помощью:

• Фильтрация шумов  — автоматическая очистка в MeshLab или Blender.
• Ручное редактирование  — выбор и удаление лишних точек и поверхностей в программе Netfabb.

2. Закрытие отверстий и исправление геометрии

Если модель содержит открытые участки или разрывы, их нужно закрыть. Важно обеспечить целостность геометрии, ведь 3D-принтер печатает только замкнутые поверхности.

• Автоматическое закрытие отверстий  — у Meshmixer, Netfabb или Blender есть функция автоматического исправления разрывов.
• Ручное моделирование  — в сложных случаях можно добавить или выровнять полигоны вручную.

3. Оптимизация полигональной сетки

Высокополигональные модели занимают больше памяти и могут вызвать ошибки в слайсере. Оптимизация уменьшает количество полигонов без значительной потери качества:

• Декимитизация (уменьшение полигонов)  — у Blender или MeshLab есть инструмент «Reduce Polygons».
• Ретопология  — создание упрощенной сетки вручную или автоматически для равномерного распределения полигонов.

4. Сглаживание поверхностей

После сканирования модель может содержать неровности, влияющие на качество печати. Применение сглаживания поможет получить более ровную поверхность:

• Инструмент «Smooth» в Blender, Meshmixer.
• Локальное выравнивание поверхностей в ZBrush для точной исправления дефектов.

5. Устранение пересекающихся поверхностей

Если модель состоит из нескольких частей, возможны проблемы с наложением геометрии. Это может привести к ошибкам в слайсере или неправильной печати.

• Boolean-операции  — позволяют правильно объединить несколько объектов в Blender или Meshmixer.
• Проверка целостности  — в Netfabb можно найти пересекающие поверхности и автоматически их устранить.

6. Проверка нормалей

Чтобы модель правильно отображалась и печаталась, все нормали (направления поверхностей) должны быть направлены наружу. Если есть ошибки:

• Автоматическая коррекция нормалей в MeshLab, Blender.
• Ручная исправление  — изменение ориентации нормалей в 3D-редакторе.

7. Проверка масштабов и размеров

Перед экспортом необходимо проверить, соответствует ли размер модели реальным требованиям 3D-печати.

• Изменение масштаба  — в приложении для моделирования можно изменить размеры в соответствии с принтером.
• Проверка единиц измерения — некоторые программы сохраняют модель в различных системах измерения (мм, см, дюйма), что нужно учесть перед печатью.

8. Конвертация в формат для 3D-печати

После завершения настроек необходимо экспортировать модель в формат, совместимый с 3D-принтером:

• STL (Standard Triangle Language)  — самый распространенный формат для большинства принтеров, сохраняет только геометрию.
• OBJ (Object File Format)  — поддерживает текстуры и цвета, что полезно для визуализации и цветной печати.
• AMF (Additive Manufacturing File Format)  — сохраняет больше информации, поддерживает многоцветную печать и сложные структуры.

Обработка 3D-модели в слайсере для передачи на печать

После подготовки и редактирования 3D-модели нужно загрузить ее в слайсер  — программу, которая преобразует 3D-объект в G-код для 3D-принтера. На этом этапе выполняется настройка ключевых параметров печати, влияющих на качество и скорость изготовления модели.

Загрузка модели в слайсер

Популярные приложения для нарезки модели (слайсеры):

• Ultimaker Cura  — бесплатный, удобный для новичков, поддерживает много принтеров.
• PrusaSlicer  — оптимизирован для принтеров Prusa, но работает и с другими моделями.
• Simplify3D  — платный слайсер с расширенными настройками.
• ChiTuBox  — специально для принтеров, печатающих на основе смолы (SLA/DLP/LCD).

После запуска программы необходимо открыть файл модели в формате STL, OBJ или 3MF. Далее модель отображается в виртуальном пространстве печатной платформы, где можно изменять ее расположение, масштаб или ориентацию.

Настройка основных параметров печати

Настройка параметров печати зависит от выбранной технологии (FDM, SLA, SLS) и материала. От правильного выбора этих параметров зависит качество печати, прочность модели и общий результат.

Толщина слоя экструдера

Толщина слоя влияет на детализацию печати и скорость изготовления модели.

• Меньшая толщина обеспечивает более высокую детализацию, но увеличивает время печати.
• Большая толщина уменьшает детализацию, но ускоряет печать.

Рекомендуемые значения:

• 0,1 мм  — для моделей с высокой детализацией.
• 0,2 мм  — оптимальный вариант для баланса между качеством и скоростью.
• 0,3 мм  — для быстрого прототипирования.

Плотность заполнения модели

Плотность заполнения определяет внутреннюю структуру модели и ее прочность.

• 10-20% — для декоративных или легких моделей.
• 30-50% — для функциональных деталей средней прочности.
• 80-100% — для конструкций, требующих максимальной прочности.

Использование поддержки

Если модель содержит нависающие элементы, не имеющие под собой опоры, необходимо добавить поддержку, чтобы избежать провисания слоев или неудачной печати.

Поддержки необходимы для печати нависающих элементов, не имеющих опоры во время печати. Существуют три основных типа поддержки:

• Стандартные (Grid/Linear)  — обеспечивают хорошую опору для сложных деталей, но их сложнее удалять.
• Деревоподобные (Tree)  — занимают меньше места, легче отламываются после печати, идеальны для органических форм.
• Растворимые (PVA, HIPS)  — используются в двухэкструдерных принтерах, растворяются в воде или лимоненом растворе.

У большинства слайсеров, таких как Ultimaker Cura, PrusaSlicer, Simplify3D, есть возможность автоматического создания поддержок или их ручной настройки для уменьшения расхода материала.

Температура экструдера и платформы

Температурные настройки зависят от материала:

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

Скорость печати

Скорость печати влияет на качество поверхности и время изготовления модели.

• 40-60 мм/с — стандартная скорость для FDM-печати.
• Меньшие значения используются для мелких деталей и высококачественной печати.
• В SLA-печати скорость определяется экспозицией каждого слоя.

Ориентация модели

Расположение модели на платформе влияет на точность, прочность и использование материала. При выборе положения необходимо учитывать несколько факторов:

• Минимизация поддержек 
• Обеспечение стабильности
• Уменьшение слоистости 
• Оптимизация качества поверхности

У Ultimaker Cura, PrusaSlicer и других слайсерах есть функция автоматической ориентации модели, которая подбирает наилучшее положение для печати.

Генерация G-кода

После настройки всех параметров печати слайсер генерирует G-код — набор команд, определяющих, как принтер будет печатать модель. В G-коде содержится информация о движении экструдера, температуре, скорости печати, подаче материала и других важных параметрах.

Перед передачей файла на принтер важно просмотреть предыдущую симуляцию печати в слайсере, чтобы избежать возможных ошибок, таких как:

• Неправильный зум: модель может быть слишком велика или слишком мала для платформы печати.
• Неудачное расположение поддержки:чрезмерное количество или отсутствие поддержки может повлиять на качество печати.
• Пробелы между слоями: неправильные параметры высоты слоя или скорости экструзии могут вызвать дефекты у модели.
• Сечение траекторий движения сопла: может вызвать дефекты поверхности, если слои накладываются некорректно.

Большинство слайсеров, таких как Ultimaker Cura, PrusaSlicer, Simplify3D, имеют функцию предварительного просмотра G-кода, что позволяет оценить процесс печати перед его запуском.

Вывод

3D-сканирование — это эффективный способ создания точных цифровых моделей для 3D-печати. Правильный выбор сканера, тщательная подготовка объекта и качественная обработка полученной модели гарантируют высокую точность результата. Важно учитывать особенности материала, освещение и методы фиксации детали во избежание ошибок в процессе сканирования.

После получения 3D-модели необходимо ее доработать: удалить шумы, закрыть отверстия, оптимизировать полигональную сетку и подготовить к печати. Используя правильное программное обеспечение и настройку параметров печати, можно создать качественное и функциональное изделие, готовое к производству или практическому использованию.

Соблюдение всех этапов  — от подготовки детали до настройки G-кода — поможет получить точную и функциональную модель.

Частые вопросы