Что такое 3D-сканирование и его основные преимущества

3D-сканирование — это процесс создания цифровой модели реального объекта с помощью специального оборудования. Оно широко используется в промышленности, медицине, архитектуре, искусстве и развлечениях. Благодаря этой технологии можно быстро и точно получить цифровую копию любой формы, что значительно упрощает анализ, проектирование и производство.

Комплексные услуги 3D-печати от Easy3DPrint

Мы, Easy3DPrint — компания, специализирующаяся на 3D-печати и предоставляющая полный спектр услуг, включая 3D-сканирование и 3D-моделирование. Мы работаем с разными технологиями и программным обеспечением, чтобы создавать точные и качественные 3D-модели, готовые к печати.

Наши специалисты помогут вам подобрать и настроить 3D-принтер, обеспечив его эффективную работу под ваши задания. Если у вас нет готовой 3D модели, мы разработаем ее с нуля, учитывая все технические требования и пожелания.

Услуга 3D-сканирования позволяет создавать точные цифровые копии реальных объектов, идеально подходящих для реставрации, инженерного проектирования и индивидуальных решений.

Мы используем современное программное обеспечение, такое как 3ds Max, SolidWorks, AutoCAD, Cinema 4D, КОМПАС-3D, SketchUp, Blender, Maya 3D и ZBrush, что гарантирует высокое качество и точность создаваемых моделей.

Обратившись к Easy3DPrint, вы получите профессиональную поддержку на всех этапах работы — от создания модели до ее успешной печати!

Что такое 3D-сканирование

3D-сканирование – это технология создания цифровой трехмерной модели объекта с высокой точностью путем сбора его геометрических данных. Она используется для получения подробной информации о форме, размере и текстуре объекта, превращая его в цифровой формат.

3D-сканирование преобразует физические объекты в цифровые данные через специальные устройства — сканеры. Процесс включает фиксацию координат поверхности в виде «облака точек», которую затем программное обеспечение обрабатывает, создавая трехмерную сетку (mesh).

Модель может быть дополнена текстурой или цветом и сохранена в форматах STL, OBJ или других. Технология зависит от метода сканирования, каждый из которых имеет свои особенности, точность и область применения.

3D-сканеры и их виды

3D-сканер — это устройство, которое анализирует объект или окружающую среду для сбора данных о его форме, а иногда и цвете. Эти данные используются для создания цифровых 3D-моделей, находящих применение в производстве, медицине, архитектуре, дизайне игровых миров и многих других отраслях.

Выделяют следующие виды 3D-сканеров по способу использования:

Стационарные 3D-сканеры

Стационарные 3D-сканеры – это высокоточные устройства, обеспечивающие детальное сканирование объектов, находящихся в их зоне обзора. Они используются в условиях, где необходима максимальная точность и повторяемость измерений, например в научных исследованиях, промышленном производстве и метрологии.

Преимущества:

• Высокая точность и детализация – обеспечивают максимальное качество сканированных моделей.
• Стабильность измерений – фиксированное положение позволяет устранить погрешности, связанные с движением устройства.
• Автоматизированное сканирование – могут работать непрерывно, что подходит для серийного производства и контроля качества.
• Сканирование различных материалов – эффективно работают с металлами, пластиками, керамикой и другими материалами.
• Интеграция в производственные процессы – легко подключаются к автоматизированным системам контроля и анализа.

Примеры:

• Shining 3D AutoScan Inspec – настольный сканер с точностью до 0,01 мм для ювелирных изделий и промышленных деталей.
• Solutionix D700 – высокоточный стационарный сканер, применяемый в лабораториях и производстве.

Портативные (ручные) 3D-сканеры

Портативные (ручные) 3D-сканеры – это мобильные устройства, которые обеспечивают быстрое и удобное сканирование объектов любой сложности и размера. Они позволяют получать высокоточные трехмерные модели без ограничений по месту использования, что делает их идеальным решением для работы в полевых условиях или на производстве.

Преимущества:

• Мобильность – компактные и легкие устройства, которые легко транспортировать и использовать в любой среде.
• Сканирование сложных объектов – эффективно работают с деталями со сложной геометрией, разными текстурами и поверхностями.
• Гибкость в применении – подходят для различных сфер: инженерии, медицины, архитектуры, реставрации и промышленности.
• Высокая точность – обеспечивают детализированное сканирование даже в сложных условиях освещения.
• Простота использования – не требуют специальных навыков для работы и легко интегрируются в существующие процессы.

Примеры:

• Creality CR-Scan Ferret – легкий (105 г) сканер с точностью 0,1 мм, подходит для домашнего использования.
• Peel 3 – портативный сканер с простой интеграцией для работы с большими объектами.

Автоматизированные 3D-сканеры

Автоматизированные 3D-сканеры – это высокоточные системы, которые интегрируются в производственные процессы для обеспечения контроля качества, реверс-инжиниринга и оптимизации производства. Они позволяют быстро и точно получать трехмерные модели объектов, уменьшая время на проверку деталей и повышая общую эффективность производства.

Преимущества:

• Контроль качества – обнаружение отклонений от заданных параметров и дефектов продукции.
• Реверс-инжиниринг – создание цифровых моделей на основе физических объектов для модернизации или воспроизведения деталей.
• Скорость и точность – минимизируют человеческий фактор и ускоряют процесс анализа.
• Интеграция с производственными линиями – непрерывный мониторинг продукции в режиме реального времени.

Примеры:

• GOM ATOS Core – автоматизированный сканер с точностью до 0,02 мм, применяемый в автомобильной промышленности.
• Zeiss T-SCAN Hawk 2 – лазерный сканер с возможностью автоматизации, используется в тяжелом машиностроении.

Основные методы 3D-сканирования

Существует несколько основных методов 3D-сканирования, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Также в зависимости от этих методов выделяют отдельные виды сканеров или ПО.

1. Лазерное сканирование

Лазерное 3D-сканирование основано на использовании лазерного луча для точного измерения расстояния до поверхности объекта.

Лазерный сканер излучает луч, отражающийся от объекта, а сенсор регистрирует время, необходимое для возврата луча. Благодаря этому методу можно получить высокоточную 3D-модель даже самых сложных геометрических форм.

Преимущества:

• Высокая точность и детализация
• Возможность сканирования больших объектов
• Использование в различных условиях, включая открытое пространство

Недостатки:

• Высокая стоимость оборудования
• Чувствительность к отражению поверхности и окружающему освещению

Сферы применения:

• Архитектура и строительство
• Инженерия
• Археологические исследования
• Контроль качества в производстве

Примеры:

• Faro Focus S350-Высокоточный лазерный сканер с дальностью сканирования до 350 метров. Имеет точность ±1 мм, что делает его идеальным для архитектурных и инженерных проектов. Оснащен защитой от пыли и влаги (IP54), подходит для работы на улице.
• Leica ScanStation P50-Профессиональный сканер с дальностью до 1 км и скоростью сканирования до 1 млн точек в секунду. Обеспечивает высокую детализацию даже в сложных условиях, таких как яркий свет или большое расстояние. Используется в геодезии и промышленных измерениях.

2. Фотограммметрия

Фотограммметрия — это метод, предусматривающий создание 3D-модели на основе многочисленных фотографий, сделанных с разных углов.

Специальное программное обеспечение анализирует изображения, определяет ключевые точки и создает цифровую модель объекта.

Преимущества:

• Доступность и относительно низкая стоимость оборудования
• Простота использования
• Высокая детализация текстур

Недостатки:

• Меньшая точность по сравнению с лазерным сканированием
• Влияние внешних факторов, таких как освещение и качество изображений

Сферы применения:

• Картография и геодезия
• Культурное наследие и реставрация
• Судебная экспертиза

Примеры:

• RealityCapture (ПО)-программное обеспечение для фотограммметрии, которое работает с фотографиями из любой камеры (от смартфонов до дронов). Обеспечивает высокую детализацию моделей и поддерживает обработку тысяч изображений для создания масштабных 3D-сцен, например зданий или ландшафтов.
• Agisoft Metashape-Профессиональное ПО с возможностью автоматического создания 3D-моделей по фотографиям. Обладает высокой точностью и гибкими настройками, что делает его популярным в археологии и создании виртуальных объектов для игр. Поддерживает экспорт в разные форматы.

3. Структурированный свет

Метод структурированного света предполагает проекцию узоров света (например, полос или точек) на объект. Камера регистрирует, как эти узоры деформируются, что позволяет вычислить форму поверхности.

Преимущества:

• Высокая точность в малых масштабах
• Отсутствие влияния наружного освещения
• Быстрое получение 3D-модели

Недостатки:

• Подходит преимущественно для небольших объектов
• Ограниченное использование на улице

Сферы применения:

• Промышленный контроль качества
• Создание цифровых копий художественных произведений
• Дизайн и изготовление прототипов

Примеры:

• Shining 3D EinScan Pro HD-портативный сканер с точностью до 0,04 мм и возможностью работы в нескольких режимах (ручной и стационарный). Подходит для сканирования мелких деталей, например ювелирных изделий или скульптур. Легкий в использовании благодаря интуитивному программному обеспечению.
• Artec Eva – популярный сканер с точностью до 0,1 мм и скоростью захвата 16 кадров в секунду. Идеален для сканирования средних объектов, таких как части тела или дизайнерские прототипы. Не требует маркеров для большинства задач.

4. Контактное 3D-сканирование

Контактные сканеры используют механический щуп, который касается поверхности объекта для сбора данных о его форме.

Хотя этот метод очень точен, он подходит только для объектов, которые не деформируются под давлением.

Преимущества:

• Высокая точность среди всех методов
• Возможность измерения внутренних полостей

Недостатки:

• Длительный процесс сканирования
• Невозможность сканирования мягких или деформированных объектов

Сферы применения:

• Инженерия и машиностроение
• Контроль качества в производстве
• Металлургия

Примеры:

• Faro Gage-Портативный контактный сканер с точностью до 0,018 мм. Компактный и простой в использовании, идеально подходит для измерения небольших деталей машиностроения или аэрокосмической промышленности. Интегрируется с системами CAD.
• Hexagon Romer Absolute Arm-Высокоточный сканер с шарнирной конструкцией и точностью до 0,01 мм. Оснащен сменными зондами, что позволяет адаптировать его к разным задачам, от контроля качества до реверс-инжиниринга сложных механизмов.

5. Томография (КТ и МРТ)

Компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) применяются для сканирования внутренней структуры объектов, в частности биологических тканей и промышленных материалов.

Преимущества:

• Возможность анализа внутренних структур
• Высокая детализация

Недостатки:

• Высокая стоимость оборудования
• Использование ионизирующего излучения (в случае КТ)

Сферы применения:

• Медицина
• Материаловедение
• Промышленный анализ

Примеры:

• Siemens SOMATOM Definition AS-Компьютерный томограф с высоким разрешением и низким уровнем облучения. Используется для создания детализированных 3D-моделей костей, сосудов и тканей, что помогает в диагностике и планировании операций.
• GE Discovery MR750-Магнитно-резонансный томограф с мощностью магнитного поля 3 Тесла. Обеспечивает четкие 3D-изображения мягких тканей, идеален для исследования мозга, суставов и внутренних органов в научных и клинических целях.

Сферы применения 3D-сканирования

3D-сканирование активно используется в различных отраслях, помогая повысить точность, скорость и эффективность работы. Благодаря возможности создавать точные цифровые копии объектов, эта технология стала незаменимой в производстве, медицине, архитектуре, искусстве, развлечениях и других сферах.

Промышленность

3D-сканирование способствует оптимизации производственных процессов, повышению качества продукции и уменьшению издержек.

• Контроль качества – проверка геометрических параметров деталей, обнаружение дефектов и отклонений от проектной модели.
• Реверс-инжиниринг – создание цифровых копий деталей для дальнейшего воспроизведения или усовершенствования конструкции.
• Производство запчастей – изготовление компонентов, в частности для устаревшего или уникального оборудования.
• Автомобильная и аэрокосмическая промышленность – тестирование и модификация сложных механических узлов.

Медицина

3D-сканирование позволяет создавать точные модели анатомических структур, что открывает новые возможности для персонализированной медицины.

• Хирургическое планирование – моделирование операций на основе точных 3D-моделей органов пациента.
• Стоматология – изготовление протезов, брекет-систем и зубных коронок с учетом индивидуальных особенностей пациента.
• Протезирование и ортопедия – создание персонализированных имплантов, ортезов и других медицинских устройств.

Архитектура и строительство

Технология 3D-сканирования широко применяется для создания цифровых копий зданий, что упрощает процесс реконструкции и анализа объектов.

• Документирование исторических объектов – создание точных цифровых моделей памятников архитектуры для их сохранения и реставрации.
• Строительный мониторинг – оценка состояния сооружений, анализ износа и обнаружения дефектов.
• Создание цифровых копий зданий – помогает проектировщикам получать точные модели для реконструкции или строительства.

Искусство и дизайн

3D-сканирование открывает новые возможности для художников, дизайнеров и реставраторов.

• Реставрация – воспроизведение утраченных или поврежденных частей скульптур, картин или других объектов искусства.
• Виртуальные музеи – создание цифровых экспозиций, доступных онлайн.
• 3D-дизайн – использование сканированных моделей в создании ювелирных изделий, мебели и других предметов интерьера.

Развлечения и виртуальная реальность (VR)

3D-сканирование активно используется в индустрии видеоигр, кино и VR-технологиях.

• Создание персонажей – сканирование актеров и объектов для более реалистичной анимации.
• Дизайн сред – использование 3D-моделей реальных мест в видеоиграх и VR-проектах.
• Цифровая реконструкция сцен – воспроизведение исторических событий и объектов в фильмах или обучающих программах.

3D-сканирование стало незаменимым инструментом во многих отраслях, от промышленности до развлечений. Благодаря развитию технологий эта методика становится более доступной и позволяет решать сложные задачи, связанные с анализом, воспроизведением и визуализацией объектов в цифровом пространстве.

Особенности 3D-сканирования для 3D-печати

3D-сканирование и 3D-печать – это две передовые технологии, взаимодополняющие друг друга и значительно расширяющие возможности производства, ремонта и разработки новых продуктов.

Благодаря 3D-сканированию можно быстро получить точную цифровую копию физического объекта, которую можно модифицировать, оптимизировать и напечатать на 3D-принтере.

Чтобы получить точные результаты 3D-сканирования и успешно использовать их в 3D-печати, необходимо правильно настроить оборудование, учесть специфику сканируемого объекта и выполнить обработку полученной модели. Рассмотрим основные этапы и особенности этого процесса.

1. Настройка оборудования для 3D-сканирования

Чтобы получить точные результаты 3D-сканирования и успешно использовать их в 3D-печати, необходимо правильно настроить оборудование, учесть специфику сканируемого объекта и выполнить обработку полученной модели. Рассмотрим основные этапы и особенности этого процесса.

Выбор типа 3D-сканера

В зависимости от специфики задачи выбирают подходящий тип сканера:

• Ручные 3D-сканеры – гибкие и мобильные, подходят для сканирования больших или сложных объектов.
• Настольные 3D-сканеры – идеальны для детального сканирования малых объектов с высокой точностью.
• Стационарные или промышленные сканеры – используются в производстве для быстрого и высокоточного сканирования больших деталей.

Коррекция параметров сканирования

Чтобы получить качественную модель, необходимо правильно настроить:

• Разрешение – чем выше разрешение, тем больше деталей будет зафиксировано, но это увеличивает размер файла.
• Контрастность и освещение – важно избегать чрезмерных бликов или теней, которые могут исказить данные.
• Угол обзора и положения сканера – сканер следует располагать так, чтобы избежать слепых зон.

2. Подготовка объекта к сканированию

Качество 3D-модели во многом зависит от правильности подготовки объекта.

• Очистка поверхности: Перед сканированием объект следует очистить от пыли, жира и других загрязнений, которые могут повлиять на точность считывания.
• Обработка бликов и прозрачных поверхностей: Если объект имеет блестящую или прозрачную поверхность, его следует покрыть специальным матовым спреем. Это предотвратит искажения при сканировании.
• Фиксация объекта: Для настольного сканирования объект следует надежно зафиксировать или разместить на вращающейся платформе, если сканер поддерживает автоматический режим.

3. Сканирование

Процесс сканирования состоит из нескольких последовательных шагов.

Шаг 1: Выполнение серии сканирования

Сканирование может выполняться с разных ракурсов, особенно если используется ручной или настольный сканер. Важно захватить все детали объекта.

Шаг 2: Объединение облака точек

Сканер создает облако точек – набор координат, описывающий поверхность объекта. Полученные части данных объединяются в одну модель.

Шаг 3: Фильтрация и исправление дефектов

После сканирования необходимо удалить шумы, сгладить неровности и устранить дефекты, возникшие при сканировании.

4. Подготовка модели для 3D-печати

Чтобы получить качественную печать, 3D-модель нужно оптимизировать после сканирования. Это включает в себя исправление дефектов, проверку геометрии и настройку параметров печати.

Очистка и редактирование

• Удаление шумов – устранение артефактов и лишних деталей.
• Закрытие отверстий – восстановление сплошной сетки модели.
• Сглаживание – коррекция неровностей для улучшения качества печати.

Оптимизация топологии

• Уменьшение количества полигонов – упрощение модели без потери качества.
• Проверка размеров – коррекция масштаба в соответствии с нужными габаритами.

Проверка и исправление ошибок

• Ориентация нормалей – устранение перевернутых граней.
• Исправление открытых граней – модель должна быть «водонепроницаемой».
• Устранение пересекающих поверхностей – коррекция проблем со слайсингом.

Подготовка к печати

• Ориентация модели – оптимальное расположение для минимизации поддержки.
• Добавление поддержки – если есть нависающие элементы.

Конвертация в формат для 3D-печати

• STL – стандартный формат для большинства принтеров.
• OBJ – поддерживает текстуры.
• AMF – для цветной печати.

Перед передачей в слайсер модель следует проверить на ошибки в MeshLab или Netfabb. Это гарантирует точность и качество печати.

5. Передача модели на 3D-печать

После завершения процесса 3D-сканирования и подготовки модели ее нужно оптимизировать.ти для дальнейшей печати. Это включает в себя настройки параметров печати в специальном программном обеспечении для слайсинга.

Шаг 1: Загрузка модели в слайсер

Слайсер – это приложение, которое превращает 3D-модель в слои и генерирует G-код для 3D-принтера.

Популярные слайсеры:

• Ultimaker Cura (подходит для большинства FDM-принтеров)
• PrusaSlicer (разработан для принтеров Prusa, но совместим с другими)
• Simplify3D (профессиональное решение с расширенными функциями)
• ChiTuBox (для принтеров на основе смолы)

При загрузке важно проверить правильное масштабирование и ориентацию модели.

Шаг 2: Определение основных параметров печати

В зависимости от технологии 3D-печати (FDM, SLA, SLS) настраиваются следующие параметры:

• Толщина слоя – влияет на детализацию и скорость печати (обычный диапазон: 0,1 — 0,3 мм для FDM, 0,025 — 0,1 мм для SLA).
• Плотность заполнения – определяет прочность и вес модели (от 10% для декоративных моделей до 100% для прочных деталей).
• Тип поддержки – нужные для печати нависающих элементов (можно выбрать стандартные, древовидные или растворимые поддержки).
• Температура экструдера и платформы – зависит от материала (например, PLA: 200°C для сопла, 60°C для стола).
• Скорость печати – оптимальный баланс между качеством и скоростью (обычно 40-60 мм/с для FDM, для SLA скорость определяется экспозицией слоев).

Шаг 3: Генерация G-кода

После установки всех параметров слайсер генерирует G-код – набор команд, управляющих 3D-принтером. Перед передачей файла на печать следует просмотреть предварительный визуализированный результат во избежание возможных ошибок.

Шаг 4: Передача файла на 3D-принтер

Есть несколько способов передачи файла:

• USB-накопитель или SD-карта – самый распространенный вариант для автономных принтеров.
• Wi-Fi или LAN-соединение – используется в современных моделях с поддержкой беспроводной печати.
• Прямое подключение через USB – позволяет управлять печатью через компьютер в реальном времени.

Шаг 5: Запуск и контроль процесса печати

Перед началом печати следует проверить:

• Правильно ли выровнена платформа
• Подан ли нужный материал
• Правильно ли разогреты экструдер и платформа

В процессе печати следует контролировать первые несколько слоев, чтобы избежать сбоев в прилипании модели к столу или проблем с подачей материала.

Правильная настройка 3D-сканера, подготовка объекта и обработка полученных данных – ключевые факторы успешного 3D-сканирования. Соблюдение этих процедур гарантирует высокую точность цифровой модели и ее дальнейшее успешное использование в 3D-печати, а сочетание 3D-сканирования и 3D-печати открывает ряд возможностей для различных сфер деятельности:

Вывод

3D-сканирование стало неотъемлемой частью многих отраслей благодаря своей точности, скорости и универсальности. Оно позволяет создавать высококачественные цифровые модели объектов любой сложности, что открывает широкие возможности для инженерии, медицины, архитектуры и искусства.

3D-сканирование является мощным инструментом, который значительно повышает эффективность 3D-печати. От реверс-инжиниринга до персонализированного производства эта технология открывает широкие возможности для бизнеса и промышленности. Использование 3D-сканирования позволяет снизить затраты, улучшить качество готовой продукции и расширить границы творческого подхода к созданию инновационных решений. Если у вас возникли навыки 3D-печати, обращайтесь к Easy3DPrint — сделать вашу печать идеальной!

Распространенные вопросы