Een 3D-scanner is een stationair of klein handzaam apparaat voor het scannen van objecten met complexe ruimtelijke geometrie. Simpele scanners verwerken beelden in een vlak, terwijl 3D fysieke volumetrische objecten scant, en informatie weergeeft als een polygonaal model of een puntenwolk. Driedimensionale scanapparaten worden gebruikt in de geneeskunde (tandheelkunde, plastische chirurgie, het maken van protheses, organenmodellen, enz.), voor het creëren van computerspellen, in de filmindustrie, design, architectuur, techniek, voor het ontwerpen van industriële onderdelen, auto’s, voor het reconstrueren van objecten in de archeologie. Scanners analyseren en creëren digitaal een driedimensionaal model van een object, de vorm en kleur met een hoge mate van detail, werkend onder verschillende omstandigheden (bij onvoldoende zicht, in het donker, bij trillingen), met elk materiaal, en leveren het gewenste formaat van outputinformatie voor software voor het werken ermee op de computer.
Hoe scan je een object in 3D?
Het werkingsprincipe van een 3D-scanner is het vermogen van het apparaat om de afstand tot een object te bepalen, de verkregen gegevens om te zetten in een digitale afbeelding (driedimensionaal model) en deze naar een computer over te dragen. De scanner bepaalt de coördinaten van punten in de ruimte op het oppervlak van het verwerkte object, analyseert ze en vormt een gedetailleerd digitaal model. Camera’s, lasers, afstandsmeters, verlichtingsapparaten zijn bij het werk betrokken.
3D-scan technologieën
Contact (contact met het object)
Non-contact (zonder contact met het object). Dit zijn de meest veelbelovende en nieuwe technologieën die het mogelijk maken om objectmodellen te creëren door simpelweg een laserstraal, licht of golven erop te richten. De scanner wordt op afstand toegepast en kan een kopie maken van een moeilijk bereikbaar object zonder fysiek contact.
Non-contact 3D-scanners
De twee meest voorkomende scanttechnologieën zijn optisch (passief en stralend) en actief laser.
Principe van actieve straling
Hoe scan je een object in 3D? De scanner zendt gestructureerd, intermitterend licht uit, laser-triangulatie. Een laserstraal, een lichtstraal die op een speciale manier wordt gegenereerd (diodes, lampflitsen) en golven worden op het te bestuderen object gericht. Op basis van de analyse van hun reflectie en positie wordt een driedimensionale kopie van het object gevormd.
Principe van passieve straling
Ze zenden niets uit, ze analyseren het licht of infrarode (thermische) straling van het object.
Fotometrische non-contact passieve 3D scan technologie
Op de markt worden scanners uit deze groep vertegenwoordigd door het XYZprinting-model. Dit zijn vrij compacte, eenvoudige modellen die alleen basale 3D-scanfuncties hebben.
Apparaat
Passief 3D-scanner apparaat (gebruikmakend van het genoemde model als voorbeeld): een behuizing, één compacte camera, een USB-kabel om aan te sluiten op een computer en de afbeelding van het te scannen object over te dragen. Scanner zonder standaard, handleiding, gemaakt in de vorm van een nietjesmachine.
Werking
Een lichtgevoelige camera vangt licht van een object op, verwerkt dit en vormt een driedimensionaal model dat wordt geëxporteerd naar een computer. Hoe scan je een object voor 3D-printen? De gebruiker kan twee werkmodi hebben: scannen van een persoon of van objecten. Om te starten moet de software op de computer worden geïnstalleerd, het apparaat via een USB-kabel worden aangesloten, de werkmodus gekozen worden, de knop op de scanner worden ingedrukt en door langzaam voor het object te vegen, scannen.
Hoe de technologie werkt
Het apparaat werkt met de fotometrische technologie van passief scannen zonder enige straling en projectie op het object. Het werk wordt uitgevoerd met een iets verbeterde eenvoudige optische camera die zichtbaar licht opvangt. Het nadeel is dat als de verlichting onvoldoende is, het object extra verlicht moet worden.
Het scannen wordt uitgevoerd via de zogenaamde “silhouet”-methode. Dit reproduceert de contouren van een object op basis van een reeks frames gevangen door een videocamera die rond het object wordt bewogen tegen een goed contrasterende achtergrond.
Het apparaat en werkingsprincipe van een 3D-scanner gebaseerd op een non-contact passief scansysteem
De apparaten zijn uitgerust met twee camera’s en een infraroodsensor. De 3D Systems Sense-scanner is gemaakt in de vorm van een nietjesmachine, het is een compact handzaam apparaat, het kan worden gebruikt met een statief, in Gotcha (met statief en handvat), deze zijn inbegrepen. Het werkingsprincipe is passieve optiek. In beide gevallen worden voeding en data-overdracht uitgevoerd via een USB-kabel. De apparaten hebben standaardmodi: scannen van een persoon en een object.
3D-scanners met actieve laser scanning
Deze groep apparaten wordt vertegenwoordigd door de volgende scanner modellen: 3D Systems iSense, DAVID Starter-Kit ver.2, MakerBot Digitizer.
Apparaat
De apparaten hebben twee lasers en een camera. Opmerkelijk is dat de lasersveiligheid van gadgets overeenkomt met niveau I, wat volledig veilig is voor de ogen. De iSense-scanner is ontworpen om alleen te werken met het iOS-besturingssysteem en met Apple iPad van meer dan 4 generaties. Hij is gemaakt in een compacte behuizing, die op een mobiel apparaat wordt bevestigd en via een USB-kabel wordt verbonden, de batterij gaat 4 uur mee. Hij wordt bevestigd als een webcam, scant en toont direct de afbeelding op de iPad.
Modellen
DAVID Starter-Kit ver.2 3D gescande objecten: webcams en lasersensoren met automatische aanpassingsfunctie. Het apparaat wordt geleverd met een statief en tripod.
De Maker Bot Digitizer is qua ontwerp enigszins anders dan het voorgaande model. De behuizing van de scanner is gemaakt als een standaard, waarvan één deel een draaiend platform is, de andere is uitgerust met twee lasers aan de zijkanten en een camera in het midden. Zij scannen een object dat op het platform is geplaatst.
Hoe de technologie werkt
Laten we beschrijven hoe een 3D-scanner werkt. Laserscanning is gebaseerd op de triangulatiemethode. Dit is een actieve scantechniek. Er worden laserstralen gebruikt door deze op een object te projecteren. De laser verwerkt het oppervlak van het object, zijn punten worden op verschillende delen vastgelegd. De camera vangt de laserpunten erop, de hoek van verplaatsing van de laserstraal en stuurt de gegevens naar een computer met de passende software, die het object in digitale vorm vormt.
De scanttechnologie wordt “triangulatie” genoemd, omdat de driehoek van de functionele elementen van het apparaat wordt ingezet: het laserpunt op het object, de emitter en de camera. In de meeste gevallen wordt het punt gevormd door een laserstreep of stip die over het oppervlak van het object beweegt.
3D scan technologie met gestructureerde verlichting
Modellen die gestructureerde of intermitterende lichttechnologie gebruiken in hun werk: DAVID SLS-2, RangeVision Smart, RangeVision Standard Plus, RangeVision Advanced, RangeVision Premium. Een aparte groep omvat handmatige Artec Spider, Artec Eva, Artec Eva Lite.
Apparaat
De belangrijkste functionele elementen van deze apparaten zijn camera’s en een lichtbron die het licht op een speciale manier structureert en richt op het gescande object. In het DAVID SLS-2 model dient een videoprojector als lichtbron. Deze zijn gemonteerd op een statief met tripod, die inbegrepen zijn. Dit maakt het mogelijk om de instrumenten in te stellen en te kalibreren, op verschillende posities te plaatsen en stevig te fixeren, waardoor trillingen worden verminderd. Lichtbronnen in apparaten zijn halogeenlampen, diodes, videoprojector.
Hoe de technologie werkt
Dergelijke apparaten worden ook structureel-licht 3D-scanners genoemd. De scanttechnologie lijkt op lasertriangulatie (licht, emitter, camera). Het belangrijke is dat ze zonder markers kunnen werken – het object hoeft niet met veel markers en tekens gelijmd te worden. De essentie van gestructureerde lichttechnologie ligt in het projecteren van een lichtpatroon op een object en het vastleggen en analyseren van de vervorming daarvan. De lichtstroom wordt op het object geprojecteerd door verschillende typen lichtbronnen: LCD, videoprojector, diodes, halogeenlampen.
De camera vangt de verplaatsing van het patroon van de lichtstroom die het gezichtsveld binnendringt en eruitziet als bewegende lichtlijnen op het oppervlak van het object. Het berekent en analyseert de afstand van elk verlicht punt op het object en vormt zo een gedetailleerde digitale kopie.