Возможен ли импорт отсканированной модели напрямую в 3D-принтер?
Важно определиться с понятием импорта отсканированной модели напрямую в 3D-принтер. 3D-сканер является лишь высокоточным сенсором сбора данных о геометрии детали
Роль рекордера и обработчика данных выполняет ПК. После сканирования сразу с ПК можно отправлять отсканированную деталь на печать при условии ее пригодности к печати, конечно. Об этом ниже.
Готовую отсканированную модель можно отправить сразу на 3D-печать в виде STL-файла. Если деталь оцифрована не полностью, то с большой долей вероятности при слайсинге (нарезке на слои) поверхностей, отсканированных с пробелами, появятся искажения, и печать может выйти некачественной. Во многом это зависит от 3D-принтера и ПО. Поэтому я бы рекомендовал отсканировать модель по возможности полностью или закрыть пробелы и исправить ошибки программно (например, в программном обеспечении Materialise Magics) в самой модели до печати.
Если вы не смогли отсканировать какие-то элементы – предположим, глубоко расположенные поверхности в отверстии, – вы можете закрыть отверстия в 3D-модели, опять же, с помощью программного обеспечения для аддитивного производства Magics и избежать ошибок при печати. Такой пример я уже приводил выше.
Сохранить/выгрузить модель для 3D-печати можно прямо с 3D-сканера через его ПО. 3D-принтеры, как правило, требуют полигональную модель для слайсинга и послойного воспроизведения.
Благодарим вас за интерес к 3D-сканированию и готовы ответить на ваши вопросы! Пишите нам и следите за публикациями в блоге.
Статья опубликована 28.08.2020 , обновлена 10.09.2021
Программное обеспечение для 3D сканера
Специальные программы для 3d сканера и обработки данных:
- David-3D. Предназначается для трехмерного сканирования предметов и преобразования полученных результатов с целью последующего импорта моделей в 3D-редакторы.
- Artec Studio 10. Профессиональный инструмент для создания объемных моделей.
- Autodesk 123D Catch. Трехмерное сканирование для мобильных телефонов на Android.
- Photomodeler Scanner. Позволяет формировать высокоточные stl-модели на основе обычных снимков, сделанных камерой смартфона или планшета.
- 3DAround. Превращает фото в формате в 2D в реалистичные трехмерные модели.
Как производится сравнение 3D-модели, полученной в результате сканирования, с CAD-моделью?
Когда вам нужно выполнить контроль геометрии детали, у вас должен быть либо чертеж на нее, либо твердотельная CAD-модель. Чертеж дает, естественно, только линейные размеры, радиусы, угловые размеры и допустимые отклонения. Таким образом, вы можете либо использовать сравнение с имеющейся CAD-моделью, либо снимать размеры прямо со сканируемой модели.
Оцифровав деталь, вы получаете облако точек, то есть полигональную модель. Если у вас есть CAD-модель, то с помощью специализированного программного обеспечения, совместно используемого со сканером (оптимальный вариант – Geomagic Control X), вы совмещаете отсканированную модель с CAD-моделью, получаете цветовую карту отклонений и расположение поверхностей.
Если CAD-модели нет, а есть только информация о необходимых размерах – скажем, с чертежа, – вы можете в том же ПО снимать размеры прямо с полигональной модели, совмещая геометрические примитивы (плоскости, математические цилиндры и т.д.) с этой отсканированной моделью. Таким образом, вы получите размеры модели так, как будто вы ощупываете ее координаты на измерительной машине или обмеряете штангенциркулем. Причем в дальнейшем вы сможете это делать без доступа к реальной детали, если она, к примеру, была разрушена или утрачена на испытании
Кроме того, у вас появляется возможность сохранить модель в цифровом архиве – это еще одно важное преимущество 3D-сканирования.
Виды 3d сканеров
Существуют два метода трехмерного сканирования:
- Контактный. В основе этого метода лежит непосредственный контакт устройства с исследуемым предметом.
- Бесконтактный. Этот метод более перспективен, поскольку позволяет создавать 3d модели объектов, расположенных в труднодоступных местах, памятников архитектуры, ювелирных изделий.
Бесконтактные 3d сканеры, в свою очередь, делятся на две категории:
- Активные – эти устройства излучают на исследуемый объект направленные волны, чаще всего лазерный луч или структурированный свет, после чего обнаруживают и анализируют их отражение.
- Пассивные – такие сканеры на объект ничего не излучают и анализируют отраженное окружающее излучение, чаще всего видимый свет.
Миф первый: цены на 3D-сканеры со временем снижаются
Мы часто слышим от людей, что со временем стоимость 3D-сканеров все равно снизится, поэтому нужно просто немного подождать, а затем купить оборудование по меньшей цене. На самом же деле, если посмотреть на ценовую динамику всех проданных нами сканеров, с течением времени стоимость большинства из них только выросла, пусть и незначительно. Конечно, существуют устройства любительского уровня, которые находятся совершенно в иной ценовой категории. Среди них есть и новые модели от наших поставщиков. Однако функционал таких сканеров достаточно ограничен: как правило, у них меньшая точность и менее высокое качество полученных данных.
Если проследить ценовую динамику конкретной модели за последние 15 лет, то можно смело утверждать, что сканеры со временем только прибавляют в цене. Почему так происходит? Как правило, модернизированные модели сканеров выходят с обновленными функциями, предполагающими более высокую точность и разрешение, что обеспечивает повышение качества данных. Также немаловажную роль в ценообразовании играет и стоимость сертификации сканера, поскольку более мощным моделям требуется сертификация уровня ISO, а в случае России – включение в состав измерительных средств Госреестра РФ.
Портативный 3D-сканер Creaform Go!SCAN SPARK – пример устройства метрологического класса нового поколения
Разработка новых сканеров требует серьезных исследований и прочей трудоемкой работы. Более того, пользователи 3D-сканеров промышленного класса рассчитывают на качественное обслуживание и ремонт в случае поломки. Обычно на это оборудование распространяется годичная гарантия, которая покрывает все возможные расходы. В то же время не стоит забывать, что рынок 3D-сканеров достаточно ограничен. Если бы мы могли продавать тысячи единиц в год, это бы повлияло на снижение цены. Тем не менее, объем продаж остается небольшим. Но главным образом на цену сканера влияет стоимость датчиков и компонентов, в частности пластиковых частей корпуса.
Сканеры промышленного класса выпускаются с хорошим программным обеспечением для сбора данных и последующей обработки. Поэтому когда клиенты говорят, что оборудование стоит дорого и они планируют дождаться снижения цен, мы отвечаем, что еще не встречали подобного ни у одного из наших поставщиков. Все модели либо остаются на прежнем ценовом уровне, либо немного, но дорожают. Конечно, вы можете приобрести оборудование бюджетного класса, которое стоит значительно дешевле. Но если вас интересует конкретный сканер с широким набором функций, его цена точно не снизится в обозримом будущем. Как уже было сказано, она либо останется прежней, либо вырастет.
Что вы посоветуете для сканирования криволинейной поверхности – например, днища, с ориентировочными размерами 4,2 на 1,5 метра?
Все зависит от того, какая вам нужна точность сканирования. Для объектов сложной геометрии с такими габаритами можно использовать флагманские ручные 3D-сканеры Creaform – Go!SCAN SPARK, HandySCAN BLACK|Elite или MetraSCAN BLACK|Elite. Эти устройства обеспечивают точность измерений до 0,25 – 0,05 мм. Если нужны более высокие показатели, то вам, возможно, потребуется еще система фотограмметрии Creaform MaxSHOT 3D. Она позволяет, используя информацию с внешнего поста наблюдения – фотограмметрической ручной цифровой фотокамеры (то есть фотоснимки масштабных линеек и кодированных меток наряду с метками 3D-сканера), уточнять данные 3D-сканирования габаритных объектов.
Среди портативных устройств Creaform модели линейки MetraSCAN имеют то преимущество, что они работают в паре с оптическим трекером C-Track, который отслеживает движения MetraSCAN в пространстве, и вам не потребуется наклеивать позиционные метки на поверхность детали. Если же деталь не попадет в измерительный объем трекера, то нужно будет переставлять трекер с места на место, и в этом случае небольшое количество меток все-таки понадобится.
Обратитесь к нам и расскажите, какую деталь вы хотите отсканировать, а мы предложим решение и подскажем, какое оборудование вам лучше всего подойдет.
Шаг 1. Анбоксинг 3D-сканера peel 3d
Начнем с распаковки. Поставьте упаковку на стол маркировкой вверх и раскройте ее. Вы увидите, что все содержимое находится в антистатическом чехле. Прежде всего, это сам 3D-сканер peel 2 (он оснащен верхней камерой, нижней камерой, цветной камерой и проектором белого света), протирочная ткань для линз, USB-кабель питания, который подсоединяется к сканеру, универсальный автоматический блок питания, ПО на USB-флешке, две упаковки по 500 позиционных меток, а также стандартные адаптеры.
Под пенопластовым вкладышем находится калибровочная пластина, с которой нужно обращаться очень осторожно.
Принцип работы 3d сканера
В основе работы трехмерных сканеров лежит стереозрение. Также, как человек с помощью двух глаз может определить расстояние до предмета, 3d сканер при помощи двух камер вычисляет координаты точек объекта и при помощи компьютера обрабатывает полученное изображение. Для более высокой точности и надежности дополнительно к камерам используются устройства подсветки.
Достоинства трехмерного сканирования:
- Высокая точность оцифрованной модели. Она передает мельчайшие детали исходного объекта, полностью сохраняет расстояния и масштабы.
- Быстрый результат. Процесс сканирования происходит за считанные минуты и даже секунды, причем полученные данные могут включать в себя миллионы единичных измерений. Последующая обработка в редакторах 3d графики или CAD пакетах дает возможность получить готовую модель в короткие сроки.
- Бесконтактные сканеры позволяют сканировать, не нанося какой-либо урон исследуемому объекту.
- Мобильность. Размещение устройства на специальных креплениях или треноге дает возможность осуществлять сканирование объектов сложной формы с разных ракурсов без изменения их положения.
Функциональные возможности 3Д сканера
От технологии сканирования зависит принцип работы трехмерного сканера. Подсветка и встроенные камеры измеряют расстояние до объекта. Картинки, получаемые в процессе, сопоставляются. Далее происходит тщательный анализ данных и отображение цифровой, трехмерной модели на экране. Работа лазерного 3D сканера основана на измерении расстояния до объекта в заданных точках. Полученные сведения выводятся в координаты.
Дмитрий Юрьевич Усенков «Как победить циклопа»: как собрать и отладить 3D-сканер, который поставили в вашу школу
Летом 2017 года в школы в рамках гос. поставок по проекту «Техносфера современной школы» поступили комплекты 3D-оборудования, в том числе 3D-принтеры Hephestos и 3D-сканеры Ciclop. Однако и 3D-принтеры, и 3D-сканеры поставлялись в виде «конструктора» – набора деталей, из которых требовалось самостоятельно собрать принтер и сканер, отладить и настроить их. Данное пособие поможет вам сделать эту работу.
Основная цель использования 3D сканеров – создание точных трехмерных объектов. В дальнейшим они используются для обработки на специализированном программном обеспечении, для последующей печати на трехмерных принтерах.
По принципу использования сканеры могут быть:
Ручные 3D сканеры. Подходят для домашнего пользования, просты в использовании, имеют малый вес и габариты.
Портативные 3D сканеры. Модель для работы с выездом и стационарной установкой.
Настольные. Профессиональные модели, подойдут для использования в офисе, инженерных бюро и дизайнерских студиях.
Стационарные. Используются в промышленных целях.
Оптические. Работают на основе комбинации света и оптических камер.
Интересует процесс и способы построения твердотельной модели.
Получив в результате сканирования полигональную модель, вы импортируете ее в программное обеспечение, например, в
.
Далее вы, определив, где у вас геометрические примитивы в виде цилиндров, сфер, конусов, торов, плоскостей и т.д. (они распознаются в автоматическом режиме программой Design X), простраиваете их в программном обеспечении методами, хорошо известными из CAD-систем: вытягивание-вращение, вытягивание-вырезание, вытягивание по траектории, обрезание поверхности. Таким образом вы получаете параметрическую твердотельную CAD-модель.
Программное обеспечение 3D-сканеров (VXelements у Creaform, ezScan у Solutionix и пр.), как правило, имеет функцию оптимизации сетки. Однако более широкие возможности предоставляет ПО Geomagic или программные продукты компании Materialise для подготовки моделей к 3D-печати.
Если у вас плоскость или большой радиус кривизны поверхности, то в этом месте сетка будет более грубой без потери точности, поскольку большой радиус кривизны ближе к плоскости. На тонких кромках сканер автоматически делает шаг сетки мельче, и предельно маленький шаг сетки, если взять в качестве примера стационарные сканеры Solutionix D700 и C500, будет равен 28-29 микрон. Но на тонких кромках, если рассмотреть модель и померить расстояние, я видел, расстояние между точками может быть еще меньше. То есть сканер, используя данные, уточняет сетку на тонких кромках, делая ее более частой. Таким образом, результирующая сетка получается в некоторых местах даже с меньшим шагом, чем заявлено в характеристиках сканера.
Приведем пример построения твердотельной модели крыльчатки в Geomagic Design X. Поверхность крыльчатки ограничена некой параметрической поверхностью. Ее можно получить, во-первых, автоматическим подгоном по сетке параметрической поверхности – такая функция есть в Design X.
Во-вторых, мы можем построить по сетке как по 3D-ориентиру несколько сечений лопатки и через них провести также параметрическую поверхность, которую мы будем использовать для построения твердого тела между сечениями лопатки. Это можно сделать как в полуавтоматическом, так и в ручном режиме. В последнем случае поверхность между сечениями создается автоматически, но сечение лопатки, которое мы хотим создать, выбирается вручную.
В Geomagic Design X есть и полностью автоматическая функция – автоповерхность, когда весь 3D-скан покрывается участками параметрических поверхностей, но при этом у вас почти не будет геометрических примитивов, поскольку программа использует автоматическую подгонку. Применение этой функции не всегда эффективно, оптимальное решение – это человеческое участие. Все зависит от конкретной задачи. Обратитесь к нам в iQB Technologies, и мы разберемся, как лучше решить вашу задачу.
Итак, созданная в результате 3D-сканирования полигональная модель импортируется в программное обеспечение Geomagic Design X, затем полученные примитивы можно импортировать в SolidWorks. Другая возможность – уже построенное в Geomagic твердое тело можно напрямую импортировать в SolidWorks в редактируемом параметрически виде, с деревом построения. Также есть плагин Geomagic for SolidWorks, позволяющий строить CAD-модель по облаку точек прямо в SolidWorks, расширяя тем самым его функционал по работе с облаками точек. Такие подходы к решению задач обратного проектирования позволяют выбрать оптимальное решение для каждой задачи.
Какую технологию 3D сканера выбрать?
Выбрать правильную технологию 3D сканирования не так просто. Есть много критериев, которые необходимо учитывать перед покупкой устройства. Например, один 3D сканер лучше подойдет для архитектурных целей, но не подойдет для прототипирования. Вы можете воспользоваться недорогим офисным сканером или использовать универсальное портативное устройство. Прежде изучать 3D сканеры представленные на рынке, давайте взглянем на различные аспекты, которые нужно обязательно учитывать. Мы собрали список наиболее важных характеристик, которые следует учитывать при покупке 3D сканера.
Для какие целей нужен 3D сканер?
Первый вопрос, который вы должны задать себе: для чего вам нужен 3D сканер? Например, разработчики игр, создающие игровые ресурсы, будут заинтересованы не только сеткой с высоким разрешением, но и качественной текстурой объекта. Если это так, то фотограмметрия будет отличным решением. При этом, если вам необходимо распечатать на 3D принтере объект из реальности, то он будет заинтересован в точных измерениях объекта. Поэтому оптимальным выбором будет 3D сканер с технологией структурированного подсвета. Также необходимо заранее знать где будет происходить 3D сканирование ваших объектов. Если они относительно небольшие, и вы можете принести их в свой офис или домой, то купите стационарный 3D-сканер. Если нет, вам нужен портативный 3D-сканер.
Тип сканируемого объекта
Если вы уже думаете купить 3D сканер, значит вероятнее всего вы уже знаете, что именно будете сканировать. Не существует универсального 3D сканера, который будет актуален для всех областей использования. Для 3D сканирования людей и животных нельзя использовать лазерный сканер, поскольку лазер может повредить глаз. Для этого может подойти фотограмметрия, но эта технология требует, чтобы объект был совершенно неподвижным. Таким образом, если вы можете получить отличный результат при сканировании ваших друзей или членов семьи, то например, столкнетесь с определенным трудностями при сканировании домашнего питомца. Лазерные 3D сканеры – отличный выбор, если вы хотите сканировать большие неодушевленные объекты, такие как здания или транспортные средства. Если вы заинтересованы в реверс-инжиниринге, то вам необходимо получить очень данные измерений, поэтому здесь отличным выбором будут лазерные или контактные 3D сканеры. Однако контактные устройства, как уже говорилось выше, не подходят для проектов, связанных с археологией сохранением исторического наследия, поскольку этот процесс может повредить или даже уничтожить сканируемые предметы. В этом случае лучшим вариантом будет структурированно-световой сканер .
Размеры и расстояние до объекта
Большинство потребительских 3D сканеров (структурированный свет), предназначены для сканирования объектов размером с обычный чайник, с близкого расстояния. При сканировании больших объектов, вам придется делать это в несколько заходов, например сканируя предмет с нескольких сторон, а после чего “сшивать” модель из нескольких частей в одну. Программное обеспечение позволяет это сделать, но это достаточно кропотливая работа. Вообщем, чем больше объект сканирования или чем дальше он находится, тем дороже будет лазерный сканер. Исключение составляют программы фотограмметрии, которые обычно имеют разумную цену и дают отличные результаты.
Требования к поверхности объекта
Еще один фактор, который следует учитывать при покупке 3D сканера, – это поверхность вашего объекта. Как у фотограмметрии, так и у 3D сканеров со структурированным светом, есть серьезные проблемы с отражающими и прозрачными поверхностями, которые не могут быть обработаны и приведут к искаженным и фрагментированным сеткам. Даже самый лучший 3D сканер не даст удовлетворительных результатов при сканировании плохо подходящих поверхностей. Если вам все же интересны эти технологии, то это ограничение можно преодолеть путем нанесения на поверхность, тонкого слоя непрозрачного лака.
Разрешение
Ну и наконец самая важная особенность во многих областях применения – это точность 3D сканирования. Контактные 3D сканеры обладают исключительной точностью, но их цены варьируются от 30 000 до 200 000 долларов. Опять же, вы должны спросить себя: для чего вы хотите использовать полученные сканы? Какого разрешения будет достаточно для выполнения работы?
Примеры задач и требования по точности
Для обеспечения идеальной точности требуется дорогостоящее оборудование. Однако не для всех изделий требуются высокие значения точности. Поэтому необходимо понимать стоит ли вкладывать бюджет в такие параметры. К примеру, высокое требование по точности применяется в таких задачах как контроль изготовления лопаток турбин или клапанов искусственного сердца.
В общем случае при сканировании большинства других изделий достаточно точности в 0,1% от измеряемой длины. При сканировании автомобильного бампера, то есть детали, соединённой с другими деталями минимально достаточной точностью считается 1 мм и менее. В большинстве дизайнерских и творческих задач, например, при сканировании гипсовых форм, скульптур и ювелирных изделий предъявляются элементарные требования к точности, в первую очередь необходимо снизить шум, улучшить детализацию, максимально тщательно проработать поверхность объекта.
Таблица 3. Примеры задач и требования по точности
Пример задачи
Требования
Сканирование бюста из гипса, змею или зайца из папье-маше, статую. Уменьшенные копии скульптур предполагается изготовлять с помощью станков с ЧПУ или печатать на 3D принтере.
В этом случае необходимости в высокой точности нет. Большое значение имеет получение визуально идентичного результата, т.е. требуется высокая детализация, минимальный уровень шума. Конечный результат – получение законченного STL файла, пригодного для дальнейшей работы с изготовителем.
Сканирование велосипедной вилки, педали, рамы. Результаты сканирования станут основой для моделирования другой вилки, педали, рамы.
Поверхности старой вилки и педали не представляют интереса
Особую важность представляют места креплений, посадки и линии присоединения. В указанных местах необходима точность порядка 0.5 мм.
Сканирование стеклянной бутылки
На основании полученного результата будет создана новая форма.
Требования по точности минимальны. Форма горлышка и элементы резьбы берутся из CAD модели. Форма самого сосуда будет создана заново. Т.К. форма гладкая, значения уровня шума и детализации не значимы.
Сканирование фамильного перстня, серёжек, подвески.
Результат должен быть с высоким разрешением и детализацией, низким уровнем шума. Значения точности не важны.
Artec Space Spider
Этот сканер не является чисто медицинским: области его применения практически неограниченны, от простой компьютерной графики и обучения до промышленного производства и изготовления протезов. Но проектировался он для работы на Международной космической станции. Поэтому, в нем использованы передовые электронные компоненты, а также усовершенствована функция стабилизации рабочей температуры. Так что, сомневаться по поводу эффективности в стоматологии не придется. Его конек – способность передавать в 3D самую сложную геометрию поверхности с невероятной точностью и в стабильно высоком качестве. А это особенно ценно в имплантологии.
Кроме всего прочего, со сканером очень удобно работать. Во-первых, он портативный. Его вполне можно подсоединить к аккумулятору, который обеспечивает до 6 часов бесперебойной работы. А во-вторых, с ним можно напрочь забыть про маркирование и калибровку. Достаточно просто направить сканер на объект и начать снимать. Ну и в-третьих, сканер очень быстро оцифровывает. Сканирование производится непосредственно в программе Artec Studio, где построение картинки отображается в реальном времени. Всего процесс займет 10 секунд, затем еще 4-5 минут занимает постобработка. В нашем деле, где пациенты зачастую нетерпеливы, а времени зачастую не хватает это особенно ценно.
Характеристики:
- Дистанция сканирования: от 0,17 м до 0,35 метров;
- Скорость сканирования: до 7.5 кадров в секунду;
- Количество камер: 4 (3 — захват данных об объёме; 1 — текстурная)
- Точность сканирования: от 0,05 мм;
- Скорость сканирования: 1 млн. точек/сек;
- Поддерживаемые форматы: OBJ, PLY, WRL, STL, AOP, ASCII, Disney PTEX, E57, XYZRGB;
- Тип сканера: ручной (универсальный).
Цена: чтобы узнать цену, нажмите на кнопку «Где купить»
Шаг 8. Сканирование объекта
Нажмите на «Сканировать» (Scan). Удерживайте желтую кнопку и, соблюдая адекватную дистанцию (порядка тридцати сантиметров от объекта), начинайте процесс сканирования.
Слева на фото вы видите полосу. Если она горит зеленым, вы находитесь на правильном расстоянии. Желтым — слишком близко, синим — слишком далеко.
Приступайте к сканированию. Нужно обойти вокруг объекта, чтобы запечатлеть отдельные выпуклости и щели и чтобы сканер «увидел» каждую деталь целиком. Однако здесь он прекрасно считывает геометрию и с одной-двумя метками, которые мы наклеили на объект.
Отслеживание может прерваться. В таком случае на экране появится оповещение, показывающее статус позиционирования. При прерывании отслеживания вы можете просто вернуться к детали с метками или к детали, которую вы сканировали ранее, и 3D-сканер восстановит процесс отслеживания, а вы сможете продолжить сканирование. Перед нами довольно сложный объект, но вы можете видеть, что устройство выполняет отслеживание очень хорошо.
