Как работают 3D-сканеры: печатаем челюсть, сувениры и запчасти

Мы уже писали о 3D-принтерах, которые постепенно становятся на службу в обиходе белорусов. Печать моделей из пластика лишает головной боли как инженеров, так и простых людей. Но как осязаемый предмет перемещается в цифровое пространство и становится трехмерной моделью? Об этом Onliner.by побеседовал со специалистом Евгением Лясота.

Измерить или начертить физический объект зачастую бывает трудно, это потребует немало замеров линейкой или штангенциркулем. Сканирование же позволяет воссоздать объект, просто поводив вокруг него сканером или открутив на предметном столе. Трехмерный сканер может быстро превратить физический объект в файл на компьютере для дальнейшего редактирования, прямой печати на 3D-принтере или для механической обработки на станках с ЧПУ.

Основные сферы применения 3D-сканеров — машиностроение, архитектура, медицина, стоматология, производство обуви, деревообработка, кино и компьютерные игры. Использование трехмерных сканеров позволяет ускорить производство товаров и значительно уменьшить процент брака.

Конечно, скорость зависит от сложности объекта, но первичную модель, как правило, можно получить уже через 10—15 секунд. Лицо человека потребует 30 секунд. Разумеется, для высокой детализации нужно больше времени, но суть такова — в любом случае это самый быстрый и легкий способ получить объемную модель.

«Сканеры есть разных типов — лазерные и оптические, есть даже тактильные, которые дотрагиваются до объекта и понимают его форму. У всех есть свои плюсы и минусы. Мы остановимся на сканерах итальянской компании Open Technologies. Они более качественные, чем российские аналоги, и в полтора раза дешевле немецких сканеров», — говорит Евгений.

Для начала посмотрим на сканер с предметным столом. Стоимость комплекта — около $50 тыс.

Устройство проецирует на объект белый структурированный свет и по преломлению этого света восстанавливает расположение точек поверхности в пространстве.

Сканер начинает с очень больших полос и заканчивает едва заметными невооруженным глазом:

Устройство поворачивает объект и делает снимки самостоятельно. В данном случае мы отсканировали челюсть за шесть шагов с поворотом на 60 градусов.

Специальная программа анализирует входящие данные и выводит на экран конечную модель.

Сканирование уже сейчас меняет некоторые индустрии. Например, стоматологию. Зубы трудно обмерить, ведь даже двух одинаковых во рту человека не найти. То, что 3D-сканер делает за несколько секунд, у зубного техника потребует долгой кропотливой ручной работы. Это очень ответственное занятие, которое все равно будет с ошибками и потребует подгонки на пациенте.

Особую популярность набирают прозрачные брекеты. Их делают на распечатанном слепке челюсти в процессе вакуумной формовки при 120 градусах.

Готовый брекет вставляется в рот и носится, чтобы исправить зубы. Несмотря на то что это вроде бы смешная пластиковая деталь, на ваши зубы она садится идеально, за счет чего и держится. А на нужные зубы оказывается давление, поэтому со временем они выравниваются.

Самое главное, что брекеты незаметны — вы улыбаетесь и никто не знает, что они у вас есть.

В Беларуси такой подход используется в частном порядке, но если брать опыт даже соседних стран (например, соседней Украины), то там это применяется гораздо шире. Технология существует уже достаточно давно, но донести ее до людей, двадцать лет проработавших в своей сфере по стандартной технологии, довольно проблематично. Между тем зубные техники в Италии еще пять лет назад осознали, что старая технология вынуждает работать слишком медленно и сопутствует высокому проценту брака. Поэтому они купили себе трехмерные принтеры и продолжили заниматься своей работой, став сервис-провайдерами 3D-печати.

Уникальность этого сканера в том, что он использует проецирование лучей структурированного света и оснащен четырьмя камерами, которые приспособлены для сканирования различных площадей: две камеры для зон 15×15×15 см и две для зон 50×50×50 см.

Такое решение позволяет быстро сканировать большие объекты, например автомобиль. Однако при сканировании дверных ручек, где потребуется дополнительная детализация, можно переставить USB-кабель и задействовать более точную камеру. Сканер «поймет» расположение на большой модели и совместит фрагменты воедино.

Перейдем теперь ко второму сканеру, который в пять раз дешевле и стоит $10 тыс.

«Поток данных настолько мощный, что без быстрого компьютера не обойтись. Чем проще сканер, тем выше требования к компьютеру. В более дорогих сканерах все в основном построено на оптике, а в более бюджетных моделях по типу Kinect требуется просчет точек, и это происходит в режиме реального времени. Так что ручной сканер особенно требователен к производительности процессора и видеокарты», — отмечает Евгений.

Такой сканер, возможно, и не рассмотрит мимических морщин на лице, но даст цвет и объем. Он применим для прикладных задач вроде оцифровки глушителя автомобиля.

Главная область применения ручных сканеров — сфера развлечений и съемки фильмов. Основные элементы компьютерной графики сейчас выгоднее оцифровывать, чем моделировать. Если раньше для взрыва требовалось время и ресурсы рендер-ферм, то сегодня его можно просто покадрово оцифровать. На основе этих же данных создают модели игроков в таких, к примеру, играх, как FIFA. В принципе, трехмерную модель всего человека можно сделать за минуту, достаточно лишь нажимать курок.

В промышленности такие сканеры используются для контроля качества изделий. Идея конструктора тут первостепенна, но сканер дает возможность проверить качество изделий на каждой стадии производства. Это позволяет усовершенствовать технологический процесс — ускорить его и снизить процент брака. Конечно, сканеры теперь стали использовать и в промышленном шпионаже.

Каким бы дорогим сканер ни был, это, как правило, не панацея — все упирается в персонал, который работает с ним. Огромное количество данных, которое генерирует устройство, требует грамотного подхода. Каждый блик материала, пылинку сканер может воспринимать как нужный элемент, а не артефакт. Так что в решении некоторых задач сканер за $200 тыс. может оказаться сильно хуже сканера за $100 тыс.

Мы нанесли на копию статуи почтальона, которая стоит возле кинотеатра «Октябрь», антибликовый состав и оцифровали ее.

Из этой модели напечатали несколько сувенирных почтальонов разных форм.

Белорусы часто приносят небольшие сломавшиеся детали от бытовой техники — спустя пять лет после выпуска продукта даже у заводов-изготовителей может не остаться запасных частей. Вот тут на помощь и приходят 3D-сканирование и печать.

В СНГ имеет место свой особый тип использования сканеров — в деревообработке. Первую резную ножку шкафа делают действительно вручную. Но чтобы остальные три ножки отличались друг от друга минимально, первую ножку сканируют, а 3D-модель закладывается в программу станков с ЧПУ. Заготовки следующих деревяшек обработаются уже не вручную, а полностью повторят каждый искусный или неуклюжий срез рубанком. Все ножки окажутся идентичны — по обычной технологии производства такое невозможно.

В Беларуси существуют компании, которые уже более пяти лет используют 3D-сканеры при разработке товаров, проверке дизайна и в метрологии. Аналогичные устройства были приобретены Минским городским технопарком с целью оказания услуг по трехмерному сканированию для всех желающих.

Конечно, сканеры безумно сокращают процесс перевода объектов в 3D-модели. Без такого сканирования повторить многие детали трудозатратно или даже невозможно.

Читайте также:

Третья промышленная: 3D-принтеры на службе у белорусов

Благодарим компанию «Гетц Трейд» за помощь в подготовке материала

Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. db@onliner.by