3D-Scannen 101: Wie Sie den besten 3D-Scanner für Ihre Anwendung und Branche auswählen

In der heutigen digitalen Landschaft ist die 3D-Scantechnologie zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Branchen geworden, die von der Fertigung über das Gesundheitswesen bis hin zum Kulturschutz und zur virtuellen Realität reichen. Durch die Möglichkeit, detaillierte geometrische Daten zu erfassen, beschleunigt das 3D-Scannen Arbeitsabläufe, verbessert die Präzision und ermöglicht intelligentere Abläufe. Die Auswahl des richtigen 3D-Scanners kann jedoch angesichts der vielen verfügbaren Optionen entmutigend sein. In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Aspekte der 3D-Scantechnologie, ihre Anwendungen und die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren erläutert, damit Sie eine fundierte, auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Entscheidung treffen können.

1. Einführung in das 3D-Scannen: Technologie, Werkzeuge und Anwendungen

1.1 Was ist 3D-Scannen?

3D-Scannen ist eine berührungslose Technologie zur Erfassung der geometrischen Daten eines Objekts, um ein präzises digitales Modell zu erstellen. Dabei werden strukturierte Licht- oder Laserstrahlenverwendet, um die Oberfläche des Objekts abzutasten. Gleichzeitig empfangen Sensoren die reflektierten Signale und berechnen die genaue Position jedes Punktes auf der Oberfläche. Diese Daten werden dann in ein 3D-Modell umgewandelt, das für verschiedene Anwendungen wie Inspektion, Design und Produktion verwendet werden kann.

3D-Scannen mit dem FreeScan Combo Laser-3D-Scanner

1.2 Gängige 3D-Scantechnologien

Verschiedene 3D-Scantechnologien eignen sich für unterschiedliche Anwendungen. Basierend auf unterschiedlichen Arbeitsprinzipien können 3D-Scantechnologien wie folgt kategorisiert werden:

1.2.1 Laser-Linien

Die Laserlinienabtastung basiert auf Triangulation. Laserstrahlen werden alsLinien über die Oberfläche des Objekts projiziert, und Sensoren erfassen den reflektierten Laser, um die Verformung zu messen. Anhand bekannter Winkel und Abstände erstellt das Gerät ein detailliertes 3D-Modell. Laserlinienscanner eignen sich ideal für die industrielle Inspektion, da sie dunkle oder reflektierende Oberflächen mühelos erfassen. Sie bieten in der Regel messtechnische Genauigkeit für Qualitätskontrollanwendungen.

Laser-3D-Scannen

1.2.2 Fringe-Muster

Ein Projektor projiziert vordefinierte Streifenmuster auf die Oberfläche des Objekts. Kameras erfassen die Verformung dieser Muster, und die Analyse dieser Verzerrungen gibt Aufschluss über die 3D-Form des Objekts. Diese Art von Scanner ist vor allem für kleine bis mittelgroße Objekte geeignet. Er eignet sich hervorragend für die Erfassung von Objekten mit komplexen, detaillierten Merkmalen. In Umgebungen mit starkem Umgebungslicht können die projizierten Lichtmuster jedoch gestört werden, was die Scanergebnisse beeinträchtigt. Diese Scanner sind besonders für die Konstruktion und Prüfung von Präzisionsbauteilen geeignet.

Streifenmuster

1.2.3 Speckle-Muster

Speckle ist ein 3D-Messverfahren, das auf zufälligen Fleckenmustern basiert. Ein Projektor projiziert ein zufälliges Punktmuster auf die Oberfläche des Objekts. Dann erfassen mehrere Kameras die Verformung des Speckle-Musters. Die 3D-Koordinaten werden nach dem Prinzip der Stereovision berechnet. Das Speckle-Scanning umfasst die Infrarot-Speckle-Technologie, ist sehr anpassungsfähig an das Umgebungslicht, benötigt keine Zielmarkierungen und kann ohne sichtbares Licht betrieben werden, was ein sehr angenehmes Scannen ermöglicht. Scanner, die solche Technologien nutzen, eignen sich hervorragend für Kunst und Kulturerbe, Bildung und Forschung sowie VR/AR.

Speckle-Muster

1.2.4 Fotogrammetrie

Die Photogrammetrie verwendet mehrere 2D-Bilder, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden. Computeralgorithmen analysieren die Unterschiede zwischen diesen Bildern, um ein 3D-Modell des Objekts zu rekonstruieren. Die Photogrammetrie-Technologie stützt sich auf hochauflösende Bilder und leistungsstarke Software-Algorithmen. Diese Technologie eignet sich am besten für dieModellierungvon Objekten in großem Maßstab.

Fotogrammetrie

Innovative 3D-Scanner auf dem Markt integrieren mehrere Technologien, z. B. Laserlinien in Kombination mit Photogrammetrie. Die Benutzer können die für ihre Anwendungsszenarien am besten geeignete Technologie auswählen, um 3D-Daten von Objekten zu erfassen.

2. die Wahl des richtigen 3D-Scanners für Ihre Anwendung und Branche

Bei der Auswahl eines 3D-Scannersist es wichtig,ihn auf dieAnforderungenIhrerBranche abzustimmen. In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Überlegungen für verschiedene Anwendungen erläutert.

2.1 Industrielle Qualitätskontrolle

3D-Scannen ist in der industriellen Qualitätskontrolle weit verbreitet, z. B. in der Schwerindustrie, der zivilen Luftfahrt, der Automobilindustrie, der Öl- und Gasindustrie usw. In diesen Bereichen werden hochpräzise Messungen und 3D-Scanner benötigt, die robust sind und sich an raue Umgebungsbedingungen anpassen lassen.

• Schwerindustrie und Zivilluftfahrt: In diesen Sektoren ist das 3D-Scannen großer Strukturen zur Prüfung von Spannungsverteilung, Schweißnahtqualität und Oberflächenverschleiß üblich. Die Scanner müssen komplexe Geometrien und große Flächen erfassen und dabei eine hohe Genauigkeit gewährleisten.
  

3D-Scannen eines Schaftfräser

Die gescannten Daten (links) und die Messungen der Bearbeitungszugabe (rechts)

• Automobilbranche: Das 3D-Scannen im Automobilsektor gewährleistet die Maßhaltigkeit und Montagegenauigkeit von Fahrzeugteilen. Scanner für diese Anwendungen müssen den Fertigungsstandards entsprechen.

3D-Scannen von Fahrzeugrahmen mit FreeScan Trio

• Öl und Gas: In der Öl- und Gasindustrie wird das 3D-Scannen für die berührungslose Inspektion von Pipelines, Druckbehältern und anderen kritischen Anlagen eingesetzt. Um eine genaue Leistung zu gewährleisten, müssen die Scanner robust sein und unter extremen Umweltbedingungen arbeiten können.

FreeScan UE beim Scannen eines Abschnitts einer korrodierten Rohrleitung

3D-Daten zur Korrosion der Rohrleitung

Hauptmerkmale des 3D-Scannens für die industrielle Qualitätskontrolle:

• Messtechnische Genauigkeit (5 ~ 50 µm): Eine messtechnische Genauigkeit ist für die Inspektion der meisten industriellen Teile wie bearbeitete Teile, Schweißnähte und Verschleißanalysen unerlässlich. 3D-Scanner müssen die höchsten Genauigkeitsstandards erfüllen, oft mit VDI/VDE 2634-Zertifizierung, um die Rückverfolgbarkeit der Messungen zu gewährleisten.

*Einen detaillierteren Überblick über Genauigkeitsstandards und Kalibrierverfahren zur Gewährleistung der Genauigkeit finden Sie unter Sicherstellung der Genauigkeit beim 3D-Scannen: Kalibrierungstechniken und Genauigkeitsstandards bei SHINING 3D.

• Großer Scannbereich: Bei großen Industriestrukturen wie Turbinenschaufeln oder Industriemaschinen müssen die Scanner große Bereiche abdecken und ein umfassendes Sichtfeld bei hoher Genauigkeit bieten.
• Hohe Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen: In industriellen Umgebungen herrschen oft raue Bedingungen mit extremen Temperaturen, Vibrationen oder Staub. 3D-Scanner müssen robust genug sein, um in diesen Umgebungen präzise arbeiten zu können. Daher werden in solchen Umgebungen häufig tragbare, kabellose 3D-Scanner eingesetzt.
• Hohe Auflösung: Eine hohe Auflösung ist für die industrielle Qualitätskontrolle von entscheidender Bedeutung, da sie eine präzise Inspektion komplizierter Komponenten und die Erkennung kleinster Fehler ermöglicht. Viele industrielle Anwendungen, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau, umfassen Teile mit komplexen Geometrien oder strengen Toleranzen, bei denen selbst kleine Mängel die Leistung oder Sicherheit beeinträchtigen können. Hochauflösendes 3D-Scannen stellt sicher, dass feine Oberflächendetails, wie kleine Risse und scharfe Kanten, im 3D-Modell genau erfasst werden. Hochauflösende Scanner liefern hochdetaillierte und genaue Darstellungen und ermöglichen es den Ingenieuren, umfassende Analysen durchzuführen und Probleme frühzeitig zu erkennen.