Принцип работы 3D-сканера состоит в том, что он определяет пространственные координаты определенного набора точек (чем больше — тем выше точность) на поверхности сканируемого объекта.
В технологии 3D-сканирования, вышеприведенная задача реализуется методом измерения расстояний ко всем заданным точкам при помощи спецприбора — дальномера. В принципе работы 3D-сканера лазерного типа таковым прибором выступает лазерный безотражательный дальномер.
Измеряя расстояния, луч дальномера постоянно отклоняется от предыдущего расположения так, чтобы пересечь узел сканирующей матрицы. Сама матрица является некой мнимой сеткой с подстраиваемым количеством столбцов и строк. Чем больше показатель плотности точек-узлов матрицы, тем выше получается плотность точек, которые были измерены на поверхности объекта. Эти измерения выполняются очень быстро — число отдельных операций измерения в секунду может составлять тысячи.
Устройство, которое в практическом применении реализует вышеописанную технологию измерений, получило название «лазерный сканер». По результатам его работы получают подборку вычисленных трехмерных координат для множества точек. Такие наборы точек называются «сканами» или «облаками точек». Их количество очень сильно варьируется: от десятков тысяч — до миллионов.
В большей части 3D-сканеров используется лазерный импульсный дальномер. Сам 3D-сканер при измерениях выполняет вращение в горизонтальной плоскости. По известным углам разворота и замеренному расстоянию, процессор рассчитывает координаты точек.
В принцип работы 3D-сканера заложено управление из панели управления, находящейся на сканере, или из портативного компьютера с установленным набором специальных программ. Получаемые при измерениях координаты точек сохраняются либо на карту памяти, встроенную в сам сканер, либо передаются в базу данных компьютера.
На сегодняшний день именно лазерное 3D-сканирование дает возможность максимально информативно описать геометрию реального объекта. Как итог — полученная 3D-модель имеет очень высокий уровень детализации, плоские разрезы и другие сложные элементы.
Как и в случае с обыкновенными принтерами, которые встречаются в каждом офисе, 3D-технологии печати разделяют на струйную и лазерную. Лазерные 3D-принтеры используют при печати лазерный луч (для высвечивания фотоматериалов, либо для выжигания объемных порошковых масс, либо для нарезания контуров). Струйные 3D-принтеры — это все остальные устройства, применяемые с целью создать объемную модель.
Также для того, чтобы разобраться в том, как работает 3D-принтер, следует знать, что технологии 3D-печати делятся на быстрые и медленные, а конкретные временные рамки для классифицирования технологии по данному признаку относительно какой-либо категории отсутствуют.
Как работает 3D принтер
Лазерная стереолитография
Исходным материалом для прототипирования служит жидкий фотополимер. Лазерным лучом на поверхности жидкости формируется основа слоя для будущего объемного предмета. Затем луч погружается внутрь фотополимера послойно. При соприкосновении с лазерным лучом происходит затвердевание исходного материала. Лазером компонуется каждый слой поочередно при его погружении.
Селективное лазерное спекание
Новая модель формируется из порошкообразных материалов (пластика, металла и других), которые подвергаются плавлению под действием лазерного луча. На печатной платформе равномерно распыляется слой исходного порошка, переходящего в спекшееся состояние — под лазерным излучением получается твердый материал. После подвижное основание перемещается вниз на один слой, и операция проходит повторный цикл — наносится порошок, спекается, основа опускается. Собственно процесс плавления идет в безкислородной среде: это позволяет устранить окисление готового изделия.
Электронно-лучевая плавка
Представляет из себя модификацию предыдущей технологии. Так можно получить из металлического порошка прототип путем его послойного плавления. Расходный материал плавится в вакууме при помощи электронного луча. «Напечатанные» таким образом модели получаются более долговечными и прочными.
Моделирование методом наплавления
Здесь прототип генерируется тоже из плавкого материала (металла, пластика, воска и других). Перед началом процесса расходник поступает в специализированную экструзионную головку, где материал проходит плавление и выдавливается в форме тонкой проволоки на холодную рабочую поверхность. Из-за большой разницы температур слои нового объекта застывают быстро. Когда первый контур полностью затвердеет, головка начнет нанесение следующего слоя на платформу.
Выполнение объектов с применением ламинирования
По этой технологии модель производят из тонких слоев, состоящих из полимерной пленки. Каждый из слоев будущего готового изделия предварительно вырезается лазером либо механическим резаком из рабочего материала. Полученные формы слоев устанавливаются в определенном порядке, и происходит их склеивание. Существуют различные способы послойного соединения: под действием местного нагрева, обыкновенным химическим склеиванием либо спрессовкой под давлением.
Полиструйная технология
В ее основе лежат алгоритмы, схожие со стереолитографией, потому как модель генерируется из фоточувствительной смолы. Предварительно расплавленная полимерная смола подается в струйную головку, которая, при перемещении вдоль горизонтальной оси, распыляет по рабочей поверхности расплавленную смолу. По толщине такой слой равен всего лишь 16 микрон — в 5 раз меньше толщины слоя, образующегося при стереолитографии. УФ-лампы, следующие за головкой, ускоряют процесс затвердевания полимера. Печать особо сложных моделей производится с добавлением геля, выполняющего функцию материала поддержки. Гель удаляется по завершении работы с помощью обычной воды.
3D-печать от ZCorp
Основана на струйной технологии, методе, имеющем общие черты с селективным лазерным спеканием. Для заправки 3D-принтеров этой конструкции используют два ингредиента — порошкообразное вещество и вяжущее жидкое соединение, похожее на клей. Исходный порошок с помощью специального валика раскатывается на плоской поверхности. После этого печатающей головкой клей наносится на подготовленный слой, связывающий порошок и генерирующий твердую основу предопределенной формы. Далее опусканием платформы вниз на один слой происходит повторение процесса.
Моделирование по методу напыления с дальнейшим фрезерованием слоя
В данной технологии 3D-печати применяют также материалы двух видов — модельный материал и материал поддержки. Одновременно печатающей головкой распыляются оба «расходника». Далее специальная фрезеровочная головка охлаждает распыленный слой и выполняет его механическую обработку. Применение технологии DODJet дает возможность строить модели высокой точности с полностью гладкой поверхностью. В связи с тем, что рабочий слой распыляется механически движущейся головкой, скорость выполнения прототипа зависит во многом от сложности «распечатываемой» модели.
Метод 3D-печати от Moor Technologies
Не так давно появившаяся технология, позволяющая печатать предметы из обыкновенной бумаги формата А4. Каждый слой прототипируемой модели вырезается из бумажного листа резцом из твердосплавной стали. После слои проклеиваются канцелярским клеем, имеющим водную основу.
Контурное изготовление
Эта строительная технология используется не в 3D-печати. Печатное устройство больше напоминает козловой кран, только вместо многотонного крюка, который содержит распыляющую бетонную смесь, здесь используется головка, имеющая пневматический встроенный формирователь поверхностей. Застывающий бетонный раствор послойно наносится на основу сооружения. Стены, проемы, дымоходы и вентиляционные отверстия в буквальном смысле вырастают на глазах. Для возведения полого «короба» одного коттеджа общей площадью 100 квадратных метров нужно приблизительно 8 часов непрерывных работ.
3D МФУ
3D-принтеры, с недавних пор, начали занимать все больше места в повседневной жизни пользователей компьютерных систем. Они уже открыли новую веху в развитии технологий и промышленности, прочно укрепились и в сфере быта обычных граждан, и в сферах науки и техники. Как и в случае с обыкновенными принтерами и сканерами, в мире 3D-технологий не обошлось без логичного продолжения темы, а конкретно — появления 3D МФУ.
Для основателей стартапа AIO Robotics из Лос-Анджелеса главной идеей в развитии 3D-печати как раз стало введение 3D-МФУ в свободный доступ для всех пользователей. Компания рассуждает широко и выпускает на рынок устройство, равноценное многофункциональным 2D-моделям. Им стал ZEUS, названный в честь главенствующего древнегреческого бога — Зевса. Это МФУ способно не только распечатать определенную вещь, а и сканировать, копировать и передавать 3D-модели по факсу.
В создании чудо-аппарата ключевую роль сыграли Дженс Виндау и Каю Чангу — аспиранты из Университета Южной Калифорнии (США). Они хотели создать для ZEUS простой интерфейс, понятный даже ребенку. После приобретения и снятия упаковки ZEUS готов к работе: подключать к компьютеру и дополнительно настраивать его не нужно, так как он имеет собственный интегрированный процессор.
Из слов разработчиков, можно сделать вывод, что над действительно универсальным устройством велась работа в течение пяти лет, благодаря чему у покупателя не должно возникнуть с ним минимум проблем. ZEUS печатает с образца, установленного в отделение сканера, неограниченное число копий. 3D-МФУ снабжен интерфейсом PnP и 7-дюймовым дисплеем, который помогает управлять отсканированными изображениями, ровно как и самим процессом печати.
Операция сканирования осуществляется с помощью лазера, при чем сканируемый объект устанавливается на вращающуюся основу, что исключает лишние телодвижения для его позиционирования. Программное обеспечение устройства позволяет исправлять ошибки, возникшие в процессе сканирования, а именно — корректировать искаженные места.
На официальной странице 3D-МФУ ZEUS можно поддержать проект, а также узнать детали приобретения устройства (на просторах СНГ оно вряд ли появится в скором времени). Реальная сумма, на которую можно рассчитывать, для того, чтобы купить ZEUS — 2000 американских долларов.
Отличная вещь для создания 3d моделей. Интересно их в профессиональной среде используют? Или только для любителей, а аниматоры продолжают цеплять кучу датчиков. И еще, хотелось бы где нибудь (ну может ролик есть) посмотреть как он работает полностью и что в итоге получается. То статья статьей, а в живую лучше.
P.S. Еще интересуют максимальный габариты объекта сканирования.
Роликов гора, если перейти по ссылке: Смотри видео на youtube. А максимальные объекты сканирования зависят от конкретного сканера.
Интересная технология и сам принцип работы данного сканера. Думаю точность сканирования лазерными лучами и определение пространственных координат обеспечено на высоком уровне. Это видно даже из просмотренного ролика.