Независимо дали сте индустриален инженер, който търси мощно решение за обратно инженерство или сте ортопед, който търси ефективен метод за създаване на протези, персонализирани по анатомията на пациента, 3D сканирането е ключът към вашия успех.

В тази статия ще разгледаме някои примери от различни индустрии за успешна интеграция на технологията на 3D сканиране в работния процес и как тя променя самата индустрия.

Първо да разясним основните понятия, с които ще работим в статията.

Какво представлява 3D сканирането?

3D сканирането е технология за създаване на точни и прецизни дигитални 3D модели на обекти от физическия свят. С тази технология се улавят формата и геометрията на даден обект чрез 3D скенер. Резултатът е 3D файл, който може да се съхрани, моделира и редактира и дори 3D принтира. Съществуват много различни технологии за сканиране на обекти, среда и хора, като всяка технология има своите ограничения и предимства.

Какво е 3D скенер?

Скенерите са измервателни уреди, които използват структурирана светлина или лазер. Функцията им е да събират данни за повърхността на детайла и да ги прехвърлят към специализиран софтуер. Този процес включва сканиране, спиране, преглед, повторно сканиране, ако има липсващи информация от детайла. Софтуерът позволява да се видят данните, които се събират в реално време и да се добавят още кадри/информация на местата, където е необходимо.

Целта на процеса е да се получи информация за геометрията на обекта чрез стотици хиляди измервания. Агрегираните данни представляват точно копие на физическия обект в дигитален вариант.

3D скенерите биват основно два вида – ръчни и стационарни. С ръчните, операторът има възможност да обикаля около детайла от всички необходими ъгли. При стационарните, детайлът се върти на въртяща платформа или скенерът се позиционира на различно място и ъгъл за всеки отделен кадър. Точността варира в зависимост от класа на уреда, но е в диапазона между 0.01 до 0.5 мм.

Какво е 3D скан?

3D скан е триизмерно изображения на част от повърхността на даден обект. Множество 3D сканове оформят един 3D модел. Както 2D снимките са направени от пиксели, така и 3D скановете са направени от миниатюрни триъгълници или полигони. Полигоните формират многоъгълна мрежа, която пресъздава мини копие на геометрията на сканирания обект.

Как работи 3D скенера?

3D скенера генерира 3D сканове. Скенерът работи като видео камера, тоест заснема кадри на даден обект. Докато камерата прави двуизмерни снимки, 3D скенерът събира данни за повърхността на обекта, като по този начин взима точна информация за неговата форма и геометрия. Кадрите, които „заснема“ се агрегират в 3D модел вместо във видео файл. Цифровият 3D файл може да се експортира в различни формати за обработка в различни специализирани софтуери с цел проектиране; дизайн оптимизация; инспекция; качествен контрол; анализ; 3D принтиране.

Приложения на 3D сканирането

3D сканирането става все по-популярна технология в индустрията заради доказаните ползи в оптимизиране на производителността, елиминиране на ненужни разходи и създаването на нови продукти и услуги. Вземете за пример автомобилната индустрия. Искате да проверите дали нова разработка на горивната клапа ще подобри работата на двигателя? Сканирайте клапата, направете 3D модел, оптимизирайте го с принципите на реинженеринга и го тествайте в софтуер за симулации, за да докажете предположението си и да получите разрешение да го реализирате.

Индустриален дизайн

Иновативните решения за 3D сканиране се използват широко в индустриалния дизайн заради способността им бързо и прецизно да уловят необходимите данни. Без тази напреднала технология, измерванията трябва да се правят ръчно, с поостарели измервателни методи, които са не само времеемки, но и скъпи. Полезни във всеки етап от продуктовия дизайн (от проектиране, през тестване, разработка, лансиране и ъпгрейди на продукта), 3D сканирането значително оптимизира съответния етап и увеличава производителността.

За да подберете правилно необходимия ви 3D скенер е важно да вземете под внимание размера и характеристиките на обекта, който ще се обработва.

Например, големи обекти, като камиони, влакове, самолети, се сканират по-добре със стационарен 3D скенер. Стационарните скенери изискват минимален надзор и намеса от оператор като в същото време са прецизни и бързи.

1. Заснемане на обекти на големи разстояния с лазерен 3D скенер Artec Ray

Ако планирате да сканирате обекти, които не са толкова големи, като посочените примери, но имат множество фини детайли, които трябва да се обхванат с голяма точност, може да се огледате за ръчните скенери. Те ви дават гъвкавост, лекота при употреба и улавят геометрията на малки детайли и сложни структури с висока точност.

1. Сканиране на малки обекти с ръчен 3D скенер Artec Space Spider

Отговорете си на въпроса „ Какви данни искам да извлека от скановете?“ Дали ще използвате данните за анализ, обратно инженерство или нещо друго? Който и избор на направите, важно е да го комбинирате с мощен софтуер за разнообразни приложения като бързо прототипиране, качествен контрол, оразмеряване, и други.

Обратно инженерство

Обратното инженерство в своята същност е процес по възстановяване на един обект, машина или отделен компонент. Прилага се най-често, когато данните (чертежите или 3D моделите) за изработка на даден компонент са изгубени или унищожени, или когато тези компоненти вече не се произвеждат (както на по-старите производствени машини, резервните части са спрени от производство). Целта на обратното инженерство е да пресъздаде абсолютно точно нужния компонент, най-често в CAD формат. Предимството на пресъздаването му чрез 3D сканиране и последващата обработка на сканираните данни в софтуер за дизайн и оптимизация, позволяват такъв компонент не само да бъде възпроизведен отново, но и да бъде подобрен и заздравен.

Оптимизацията би могла да бъде приложена, защото даденият детайл ще се произвежда по нов начин – чрез технологията на 3D принтиране. Това на свой ред позволява свобода в геометрията, която не е била възможна при конвенционалния начин на производство. Така се спестява материал, намалява се теглото, рационализира се производственото време и др.

Производство

Представете си, че отговаряте за индустриалното производство на конкретни детайли и много важна част от машина за производството им се счупи. В подобна ситуация спирате производството, поръчвате резервната част, ако не я поддържате на склад, забавяте сроковете за изпълнение на поръчката по цялата верига и чакате. Имате и друг вариант – да възпроизведете нужната резервна част с помощта на 3D скенер и 3D принтер.

3D скенерите работят по-бързо от измерванията, направени на ръка за почти всички видове задачи. При големи обекти те са много по-удобни и по-бързи. Днес скенерите с бяла и синя светлина са по-безопасни и по-лесни за работа.

В отделите за развойна дейност, необходимостта от тази технология не се изчерпва само в това да се намали броят на прототипните цикли, необходими между проектирането и производството. 3D скенерите не само сканират обект в конкретен етап от разработката му, но и съхраняват всички данни, свързани със сканирането на предходни версии на обекта/продукта. Сравняването на данните за версията е бързо и лесно, когато дойде време за сканиране на нова прототипна версия.

На поточната линия, 3D скенерите може да измерват дали няма отклонение в зададените размери и физични характеристики на произвежданата стока.

В отдели за контрол на качеството, технологиите за 3D сканиране се използват за измерване и сравняване. Това е особено полезно за измерване и контрол на извънгабаритни артикули като яхти, кораби или самолети.

Медицина

Здравеопазването е една от индустриите, в които ползите от 3D сканирането, са най-осезаеми. Дали приложено за проучвания, предоперативна подготовка или персонализиране на протези по анатомията на пациента, 3D сканирането носи забележителни промени в тази сфера. Скорост на снемане на необходимите данни, прецизност на данните, безопасност на употреба (сканирането е безконтактна, неинванзивна технология) позволяват на медици по целия свят да помагат по-бързо и по-ефективно своите пациенти.

Сканиране на човешката анатомия

Например, с помощта на 3D скенер, лекарите днес могат без никакво усилие да направят цялостно сканиране на анатомията на пациента. И ръчните, и стационарните скенери са подходящи за тази услуга. Лекарите могат в последствие да проследят и анализират състоянието на пациента, изменения настъпили в анатомията. По този начин успяват да проследят и планират резултати от дадено лечение и да сравняват данни преди и след оперативна намеса.

Създаване на персонализирани протези

Създаването на персонализирани протези става съвсем достъпно с 3D технологиите. Нужните данни се сканират с 3D скенер, обработват се в специализиран софтуер и се изпращат до производител за направата на необходимата протеза – гръбначна протеза, имплант или протеза за крайник или персонализирана инвалидна количка. Създадени по анатомията на пациента, те предлагат оптимално удобство, мобилност и облекчаване на болката.

Криминалистика

3D технологиите стават все по-популярни и сред криминолозите поради портативността и прецизността на уредите. Използват се при снемането на улики от полиция, застрахователи и дори съдебни изпълнители.

Благодарение на това, че работят еднакво лесно и на закрито, и на открито, дори при директна слънчева светлина, безконтактни и мобилни са и не на последно място, взимат данни за минути, те са многообещаващ метод за снемане на доказателства от мястото на произшествието или местопрестъплението.

Интересно приложение е не само в събирането на данни, но и дигитализиране и възстановяване на улики за симулации за пресъздаване на разследвания случай.

Поради прецизността на получените данни, те често се представят дори в съда като доказателства.

Археология и опазване на националното богатство

Освен в индустрията, 3D принтирането намира приложение и в опазване на културното и световно наследство.

Историята оживява пред нас благодарение на 3D технологията. От дигитализирането на артефакти, през реконструкцията им, базирана на сканирани части, до създаването на цели виртуални музеи, 3D сканирането променя радикално начина, по който съхраняваме, излагаме и научаваме за националното си културно наследство.

Когато подбирате апаратура за сканиране с такова приложение е важно да помислите в каква среда ще сканирате. Може да се наложи да сте навън затова разгледайте варианти за 3D скенери, които работят на открито и на слънчева светлина. Изберете вариант, които работи с външно захранване (например портативна батерия) и да е много прецизен и бърз, за да се справяте за кратко време в неблагоприятни атмосферни условия.

Докато ръчните 3D скенери са подходящи за малки до средно-големи обекти, ако вашият проект обхваща сканирането на високи паметници или сгради, може да прегледате професионалните стационарни LIDAR решения, които са способни да сканират много данни за по-кратко време. Комбинация от двата вида скенери би била подходяща при сканиране на разнородни артефакти.

Изкуство и Дизайн

Разработчици на видео игри и виртуални реалности, скулптори, сценографи, архитексти и графични дизайнери са само част от професионалистите, които използват 3D сканирането, за да внесат магия в света на изкуството.

Сканиране на актьора Христо Мутафчиев за създаване на кукла-копие за монодрамата „Плач на ангел“

Приложенията са многобройни – от създаване на изключително реалистични визуални ефекти в киното, при пресъздаването на виртуални близнаци за нови VR приложения, 3D сканирането трансформира действителността през възможностите на технологията.

Изборът за най-добър скенер за приложения в изкуството и дизайна зависи от самото приложение. Ако, например, искате да сканирате човек, за да създадете аватар за видео игра, по-добре да се спрете на 3D решение, което е безопасно и сканира бързо. Портативен скенер, който сканира прецизно в цял ръст човешката анатомия, би бил подходящ избор.

За малки обекти с фини детайли, като бижута например, изберете прецизен 3D скенер, който може да създава 3D модели с ярки цветове и точност, и има възможност да сканира повърхности, трудни за останалите 3D скенери като такива с множество кухини или лъскави повърхности.

Ползи от 3D сканирането?

3D скенерите са мощни инструменти за професионална употреба в много индустрии като транспортната индустрия, медицина и бижутерията както и в киното и театъра като част от създаването на декори, анимации, специални ефекти и видео игри.

По отношение на производството, 3D сканирането подпомага и оптимизира всеки един от производствените процеси като спестява човешко време, ресурс и предлага нови решения за реинженеринг, качествен контрол и анализ.

B2N предлага разнообразие от 3D скенери наред с услуга за 3D сканиране. През месец април фирмата открива възможност за безплатна демонстрация на 3D скенери , за да представи ползите от устройствата в бизнеса и как приложенията им като инспекция и контрол на качеството или производство на резервни части могат да се интегрират към вашия конкретен бизнес. Ако искате да се възползвате от предложението ни, изпратете на имейл info@b2ntrade.bg информация за своя бизнес и продукция. Нашите специалисти ще прегледат внесените заявки и ще подберат желаещи, с които ще се свържат обратно за демонстрация.