Сферы применения 3Д-сканирования: от стоматологии до кинематографа

Напечатать деталь на 3Д-принтере – несложно. Все начинается с цифровой модели. А если стоит обратная задача - превратить реальный предмет в цифровую модель? Например, зуб пациента, шестерёнка от станка, который сняли с производства двадцать лет назад, лицо актёра. Рисовать вручную можно неделями, а иногда и невозможно. Тут на помощь приходит 3Д-сканер.

Он сканирует предмет со всех сторон, запоминает и фиксирует координаты каждой точки его поверхности. Сначала получается облако точек: миллионы координат, висящих в пространстве. Далее программа соединяет их в сетку из треугольников. Это и есть готовая 3Д-модель: её можно напечатать, доработать или сравнить с чертежом и проверить, всё ли сделано верно.

Разберём, где это используется уже сегодня.

Стоматология

В стоматологии сканирование давно стало частью обычного приёма - настолько привычной, что пациент этого даже не замечает. Вместо слепочной массы, которую раньше держали во рту несколько минут, врач проводит внутриротовым сканером по зубному ряду. Через пару минут на экране появляется цифровая модель челюсти.

Дальше начинается самое интересное. Модель отсылается в зуботехническую лабораторию по интернету, а не как раньше - с гипсовым слепком. По ней фрезеруют коронку из циркония или печатают на фотополимерном принтере хирургический шаблон, по которому имплант ставится ровно в запланированную точку. Элайнеры для исправления прикуса - это вообще целиком цифровая история. Ортодонт сканирует челюсть, моделирует весь путь зубов от текущего положения к правильному, печатает 20–40 промежуточных моделей и формует на них капы.

Выигрыш не только в комфорте. Гипсовый слепок даёт усадку, модель бьётся и стирается, а повторный визит из-за неточности - обычное дело. Цифровой файл же не меняется: его можно переслать, сохранить и перепечатать через год.

Какую модель выбрать

• 3D сканер Shining3D AutoScan-DS-EX Pro(H) - является прогрессивным стоматологическим 3D-сканером, обладающим широкими функциональными возможностями для решения различных стоматологических задач, таких как сканирование слепков, гипсовых моделей, артикуляторов и абатментов имплантатов, протезов, мостов и т.д.

• Для клинического сканирования прямо во рту нужен интраоральный сканер – 3Д-сканер Medit i500.

Ортопедия и медицина

Медицина также давно шагнула вперед в технологиях. Индивидуальные стельки раньше делали по отпечатку стопы в пене. Сегодня стопу сканируют, форму правят под конкретный диагноз в специализированном софте и печатают стельку. Одна лаборатория закрывает партию за ночь.

Похожая логика в протезировании и ортезировании: культю или повреждённую конечность сканируют, и гильза протеза или корсет садятся по форме тела, а не подгоняются вручную. Особенно это заметно в детском протезировании: ребёнок растёт, и ортез нужно часто менять. Благодаря сканированию новый делается по свежим данным за считаные дни.

Отдельная область - предоперационное планирование. Данные КТ превращают в 3Д-модель органа или кости, печатают её - и хирург репетирует сложную операцию на копии. Время в операционной сокращается, а вместе с ним и риск.

Какую модель выбрать

• RangeVision CalibryРучной сканер весом 900 г. Сканирует объекты от 20 см до 10 м, точность - до 0,1 мм. Ключевые особенности: три режима трекинга и способность работать тёмные и блестящие поверхности. 

• Ортопедический 3D сканер ScanPod3D XSOL-X2 Floor - портативный и надежный 3D-сканер для ортопедических клиник, магазинов обуви и лабораторий по изготовлению индивидуальных стелек и обуви. Он автоматически определяет ключевые параметры стопы: тип свода, угол пятки, наличие деформаций, таких как вальгусное искривление, и другие ортопедические показатели.

Промышленность и реверс-инжиниринг

Самый частый производственный запрос звучит так: есть деталь, чертежей нет, завод-изготовитель не найден. Сканирование даёт геометрию, инженер восстанавливает по ней параметрическую модель, дальше деталь фрезеруют или печатают. Для оборудования, которому тридцать лет, это единственный способ не менять всю линию из-за одной поломанной втулки.

Второй сценарий - проверка качества. Готовую деталь сканируют и накладывают на исходный чертёж. Программа закрашивает разными цветами места, где деталь не совпала: сразу видно, где отливку повело, а где станок снял лишнего. Раньше на такую проверку уходили часы ручных замеров, теперь - минуты.

Третий - подгонка по месту. Отсканировали салон автомобиля, спроектировали кронштейн, который встаёт ровно куда нужно, напечатали, примерили. Раньше на такой круг уходила неделя, теперь - считанные дни.

Какую модель выбрать

• 3D сканер RangeVision HELIX- идеально подходит для разработки прототипов и реверсивного инжиниринга. Бесконтактные измерения: точное бесконтактное измерение труднодоступных и сложных поверхностей. Весит всего 900 граммов и оснащен 5-метровым кабелем. Он портативен и удобен как для лабораторных, так и для выездных работ.

• 3Д сканер Revopoint3D POP 4 Premium Edition - портативный гибридный 3Д сканер, предназначенный для работы с объектами малого и среднего размера. Режим одной лазерной линии разработан для сканирования глубоких отверстий, узких щелей и труднодоступных мест, таких как решётки и полости, где требуется максимальное проникновение внутрь объекта для обеспечения полного сбора данных.

• RangeVision PRO IIСтационарная профессиональная система российского производства под реверс-инжиниринг, оснастку и крупные объекты. Окупается не удобством, а сокращением брака.

Ювелирное дело

Здесь сканирование решает две задачи. Первая - требуется оцифровать существующее изделие. Например, чтобы восстановить утраченный элемент старинного украшения, повторить фамильное кольцо, сделать копию для страховки. Вторая - требуется снять форму восковки или мастер-модели, вылепленной руками, чтобы дальше работать с ее цифровой моделью в программе. 3Д-модель можно масштабировать, размножить, отправить на печать выжигаемой смолой или в литьё.

Требования к точности тут жёстче, чем в машиностроении: разрешение нужно в десятки микрон, иначе потеряется фактура гравировки и огранка камня.

Какую модель выбрать

• 3Д-сканер EinScan-SP V2 - сканирование может выполняться с помощью поворотного стола для автоматического сканирования, или штатива для ручного сканирования. В качестве источника света используется белый свет, что обеспечивает высокую точность, детализацию сканирования сложных объектов и безопасность зрения.

• RangeVision Calibry MiniТот же аппарат, что и в стоматологии, и по той же причине: диапазон сканирования 2-30 см и точность 0,07 мм. Бытовые сканеры за 50-100 тысяч рублей на этой задаче бесполезны: они не разглядят ни грань камня, ни линию гравировки.

Архитектура, строительство, культурное наследие

Обмерить здание рулеткой занимает недели работы, а ошибок в замерах всё равно не избежать. Лазерный сканер снимает весь объект за несколько часов и выдаёт его точную цифровую копию. По ней строят модель здания таким, какое оно есть на самом деле - со всеми перекосами стен и просадками, а не таким, каким его когда-то нарисовали в проекте.

При реставрации сканирование фиксирует состояние памятника с точностью до миллиметра. По скану вытачивают недостающие фрагменты лепнины, повторяют резьбу, печатают формы. Музеи оцифровывают коллекции: экспонат становится доступен исследователям без риска для оригинала, а посетителю можно дать в руки печатную копию, которую разрешено трогать.

Какую модель выбрать

• RangeVision Calibry. Сканер ручной и автономный – его берут с собой к объекту, а не привозят объект к нему.
• Для музейной мелочёвки: 3DMakerPro Toucan PremiumРазумный бюджет на оцифровку фондов, где счёт идёт на тысячи мелких предметов, а метрологическая точность не нужна.

Кино, игры, VFX

Кинематограф пользуется 3Д-сканированием давно и активно. Актёров сканируют целиком в специальных установках с десятками синхронных камер. Полученная модель становится цифровым дублёром: его бросают с крыши, поджигают и превращают в статую, не рискуя живым человеком. Отдельно снимают лицевые сканы. Они представляют собой набор выражений, по которым потом строят анимационный риг, чтобы CG-персонаж двигал бровями как его живой оригинал.

3Д-сканирование применяют и для оформления декораций, чтобы потом дорисовать сцену в графике. По скану актёра печатают точную форму для грима, накладного протеза или доспеха, который сядет идеально без единой примерки.

В играх и на телевидении та же схема работает для спортсменов, ведущих и предметного окружения. Фотореалистичная библиотека объектов сегодня набирается сканированием, а не моделируется с нуля.

Какую модель выбрать:

• Creality Sermoon S1. Для реквизита, костюмов и предметной библиотеки метрология не нужна. Нужны скорость, цветная текстура и разумная цена, потому что сканировать придётся много и подряд.

Какой 3Д-сканер подойдет вам?

Сферы разные, а задача везде одна: получить цифровую копию реального объекта. Дальше её можно размножить, восстановить по ней чертёж, проверить деталь на брак или отправить файлом в другой город. Различается то, какой копии вам достаточно, и от этого зависит выбор сканера. Чтобы его сделать, ответьте на четыре вопроса.

1. Какую самую мелкую деталь нужно передать? Это определяет разрешение. Ювелиру нужны десятки микрон, иначе пропадёт линия гравировки и грань камня. Для реквизита, костюмов и музейных экспонатов хватает десятых долей миллиметра.

2. Какой допуск у детали? Это определяет точность. Для производства важно, чтобы деталь укладывалась в допуск, а он часто составляет 50-100 мкм. Сканер должен быть точнее допуска минимум в несколько раз, иначе вы не отличите брак от погрешности измерения.

3. Какого размера предмет? Чем крупнее объект, тем труднее сохранить точность на всём его объёме. Зуб, кольцо, шестерёнка, салон автомобиля и фасад здания требуют разных классов оборудования.

4. Где и сколько сканировать? Если предмет нельзя привезти к сканеру, нужен ручной портативный. Если предметов тысячи, важны скорость и цветная текстура, а метрологическая точность отходит на второй план.

Ещё стоит учесть поверхность: тёмные и блестящие материалы сканируются сложнее матовых, поэтому нужно проверить, умеет ли выбранная модель работать с такими поверхностями, и при необходимости использовать матирующий спрей.

Если вы не уверены в том, какая модель подойдет под ваши задачи - напишите нам, какой предмет сканируете и зачем, и мы подберём модель. В магазине «Цветной мир» можно уточнить характеристики, сравнить сканеры и задать любые вопросы специалистам.

Подписывайтесь на наш Telegram, ВКонтакте и MAX: там мы делимся новостями, тестами оборудования и примерами работ, чтобы вы узнавали обо всём первыми.