Was ist 3D-Scanning-Technologie?

Heutzutage sind die meisten Menschen mit dem Konzept des 3D-Drucks vertraut. Viele Unternehmen nutzen moderne 3D-Drucker, um Entwürfe und Modelle in verschiedenen Formen und Größen zu erstellen. Einige Unternehmen stellen nicht nur kleine Gegenstände (z. B. Handyhüllen, Souvenirs, Turnschuhe), sondern auch große Objekte (z. B. Häuser, Motorenteile usw.) her.

All dies wäre jedoch ohne 3D-Scanner unmöglich. Mit 3D-Scannern können Sie fast alles genau kopieren – riesige Gebäude und Strukturen, Menschen, Tiere, kleine Gegenstände und vieles mehr.

Lesen Sie weiter, um mehr über diese 3D-Scan-Technologie zu erfahren.

Was ist 3D-Scannen?

Das 3D-Scannen geht auf die 1960er Jahre zurück. Die Technologie wurde entwickelt, um die physikalischen Parameter eines Objekts in ein digitales Format in Form eines 3D-Modells zu übertragen. Der Bedarf an dieser Technologie entstand, als der Einsatz von Computern im Alltag und in der Produktion zunahm.

Die ersten 3D-Scanner waren recht einfach. Diese Geräte verfügten nicht über eine breite Palette von Funktionen. Nach und nach wurden die Scanner verbessert und komplexer, so dass sie noch klarere Bilder von Objekten liefern konnten.

Heute hat die 3D-Scantechnologie mit dem Aufkommen von Lasern noch mehr an Bedeutung gewonnen.

Das 3D-Scannen hat neue Möglichkeiten in verschiedenen Bereichen eröffnet, z. B. in der Automobilindustrie, im Militär, im Design, in der Medizin, im Kino und in anderen Bereichen.

Wie funktionieren 3D-Scanner?

Ein 3D-Scanner ist ein Gerät, das ein Objekt abtastet und es mit Hilfe von Sensoren digitalisiert. Das Gerät verwendet dann die erhaltenen Informationen, um ein 3D-Modell zu erstellen. Ein 3D-Scanner kann von jedem physischen Objekt eine digitale Kopie erstellen. Darin unterscheidet er sich von herkömmlichen Scannern, die nur Informationen von Dokumenten und Fotos lesen können.

Der Scanvorgang kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Der Prozess hängt in der Regel von der Art des 3D-Scanners und der verwendeten Technologie sowie von dem zu scannenden Objekt ab (d. h. davon, ob es sich um ein stationäres oder bewegtes Objekt handelt).

3D-Scan-Technologien

Es gibt 2 Haupttypen von 3D-Scannern: Laser und optische. Ihr Hauptunterschied liegt darin, wie und womit die Daten “entfernt” werden. Schauen wir uns beide Technologien einmal genauer an.

Laser-3D-Scannen

Wie der Name schon sagt, wird das Laser-3D-Scannen mit einem Laser durchgeführt. Das Scannen kann sowohl in kurzer als auch in großer Entfernung zum Objekt erfolgen.

Die meisten 3D-Laserscanner arbeiten nach dem Prinzip der Triangulation. Dabei findet die Kamera einen Strahl auf der Oberfläche eines Objekts und misst die Entfernung zu diesem Objekt. Danach wird eine Punktwolke erstellt, wobei jeder Punkt seine eigenen Koordinaten im Raum hat. Schließlich wird auf der Grundlage dieser Punkte ein 3D-Modell erstellt.

3D-Laserscanner sind erschwinglich, einfach zu bedienen und haben eine hohe Abtastgenauigkeit. Allerdings gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Entfernung und der Größe des Objekts, das gescannt werden kann.

Es gibt auch eine Art von Laserscanner, bei dem die Reaktionszeit eines Strahls auf die Oberfläche eines Objekts gemessen wird. Dies ist ein so genannter Laserentfernungsmesser.

Laser-Entfernungsmesser werden meist zur Erstellung von 3D-Modellen von Gebäuden und Strukturen verwendet. Bei kurzen Entfernungen sind die Scanner unpraktisch, da ihre Reaktionszeit kurz ist und die Genauigkeit der Daten reduziert wird. Dieser Scanner zeichnet sich durch seine hohe Scangeschwindigkeit und die Fähigkeit, feine Details zu erkennen, aus.

Der größte Nachteil von Laserscannern ist, dass sie nicht zum Scannen von sich bewegenden Objekten verwendet werden können. In einem solchen Fall können optische 3D-Scanner verwendet werden.

Optische 3D-Scanner

Optische 3D-Scanner nehmen ein von einem speziellen Projektor beleuchtetes Objekt mit einer oder mehreren Kameras aus verschiedenen Winkeln auf. Auf der Grundlage des resultierenden Bildes wird ein 3D-Bild erstellt.

Der Nachteil dieser Technologie ist, dass es schwierig ist, reflektierende und lichtdurchlässige Oberflächen (d. h. glänzende, spiegelnde oder transparente Gegenstände) zu scannen. Beim Scannen einer Person funktionieren die Geräte jedoch perfekt.

3D-Scan-Techniken

Jedes Objekt kann entweder durch Kontakt- oder berührungslose Methoden digitalisiert werden. Bei der Kontaktmethode ist eine aktive Interaktion mit dem Objekt erforderlich. Bei der zweiten Methode ist kein Kontakt erforderlich.

Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile.

Kontakt-3D-Scanner

Diese Scanner verfügen über eine mechanische Sonde mit einem speziellen Sensor, der Parameter misst und die gesammelten Informationen an das Gerät überträgt. Bei diesen Geräten wird das zu untersuchende Objekt auf einer speziellen Oberfläche platziert und (falls erforderlich) fixiert.

Durch diesen engen physischen Kontakt ist es möglich, das Objekt genau zu bestimmen und anschließend ein 3D-Bild zu erstellen. Es besteht jedoch ein geringes Risiko, dass der Prototyp beschädigt wird.

Berührungslose 3D-Scanner

Zu dieser Kategorie gehören alle Geräte, die aus der Ferne scannen können. Die Scanner können auch verwendet werden, um Daten für Objekte zu erhalten, die sich an schwer zugänglichen Stellen befinden.

Bei diesen Geräten wird ein Strahlungsfluss (es kann sich um Ultraschall, Licht, Röntgenstrahlen oder einen Laser handeln) auf ein Objekt gerichtet und von diesem reflektiert. Diese Strahlung wird von einem 3D-Scanner erkannt.

Die Scanner arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip wie die Videokamera. Außerdem können zusätzliche Geräte für eine bessere Beleuchtung erforderlich sein.

Es gibt zwei Arten von berührungslosen 3D-Scannern:

• Aktive Scanner

Diese Scanner arbeiten mit Hilfe eines Laserstrahls oder strukturierten Lichts, das auf ein Objekt gerichtet wird. Wenn das Licht reflektiert wird, liefert der Scanner Informationen über den Standort des Objekts in Form von Koordinaten.

• Passiv-Scanner

Diese Scanner arbeiten mit Flugzeit-Entfernungsmessern, die die Zeit und die Entfernung messen, die der Laserstrahl an jedem Punkt im Raum zum Objekt zurücklegt. Auf diese Weise können Sie das 3D-Bild des Objekts genau nachbilden.

Desktop-3D-Scanner sind sehr beliebt und weit verbreitet. Diese Scanner sind einfach und sicher in der Anwendung, erfordern keine besonderen technischen Kenntnisse und sind recht preiswert. Ein gutes Beispiel für einen solchen Scanner ist der EinScan-SE 3D-Scanner. Das Gerät kann sowohl zu Hause als auch im Büro verwendet werden. Außerdem hat es Zugriff auf die API vieler gängiger 3D-Drucker. Daher können Sie das erstellte 3D-Modell sofort zum Drucken versenden.

Arten von 3D-Scannern nach Verwendungszweck

Es gibt verschiedene Arten von 3D-Scannern. Die wichtigsten davon sind:

• Handbuch. Es handelt sich um einfache Modelle, die leicht zu bedienen sind. Die Geräte sind recht kompakt und erfordern keine besonderen Fähigkeiten. Ihre technischen Möglichkeiten können jedoch etwas eingeschränkt sein.
• Tragbar. Diese Scanner werden hauptsächlich für die Arbeit vor Ort verwendet, da sie leicht mitgenommen werden können.
• Desktop.  Diese Scanner verfügen über erweiterte Funktionen und werden zur Erstellung hochwertiger 3D-Modelle verwendet. Die meisten dieser Scanner werden in Büros eingesetzt.
• Stationär. Die Scanner werden in der Regel in der Produktion in Unternehmen eingesetzt, da sie eine große Anzahl von Objekten desselben Typs auf einmal scannen können. Die Geräte sind auf speziellen Drehtellern installiert.

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Unter den verschiedenen Arten von 3D-Scannern können Sie denjenigen finden, der für die jeweilige Aufgabe geeignet ist, mit der Sie sich beschäftigen. In einigen Fällen können Scanner die Daten von physischen Objekten selbständig erfassen. In anderen Fällen muss eine Person den Scanner nacheinander um das Objekt herumführen, bis alle erforderlichen Informationen erfasst sind.

Handgehaltene 3D-Scanner wie der Calibry sind sehr gefragt. Diese scheinbar einfachen Scanner haben eine hohe Auflösung und Scangenauigkeit. Der Calibry kann beispielsweise Objekte mit einer Länge von 0,2 bis 10 Metern scannen. Objekte mit einer nicht standardisierten Oberfläche (z. B. dunkel oder glänzend, mit vielen Ecken und kleinen Details) sind mit diesem Gerät problemlos zu scannen. Dieser Scanner ist leicht zu transportieren, da er nur 900 g wiegt.

Vorteile und Nachteile von 3D-Scannern

Brauchen Sie wirklich einen 3D-Scanner, wenn man bedenkt, wie teuer er sein kann?

Um festzustellen, ob Sie dieses Gerät benötigen, sollten Sie sich die Vor- und Nachteile ansehen.

Vorteile

• Sie können Objekte an entlegenen oder unzugänglichen Orten scannen
• Die Scanner können nicht nur Farben und Bilder “lesen”, sondern auch die Beschaffenheit der Oberfläche vermitteln
• Scanner beschleunigen den Prozess der Datenerfassung von Objekten, egal wie komplex sie sein mögen
• Scanner gibt es in verschiedenen Ausführungen, unter anderem als Handscanner oder tragbare Geräte. Sie können also das für Sie geeignete Modell wählen.

Benachteiligungen

• Einige Scanner können keine transparenten, schwarzen oder weißen Objekte erkennen. In diesem Fall müssen sie vorher vorbereitet werden (Verarbeitung mit einer speziellen Zusammensetzung).
• Einige Scanner stellen komplexe Objekte nicht immer korrekt dar. Dies ist vor allem bei Objekten der Fall, die viele Einsätze und Unterteilungen haben.
• Um ein qualitativ hochwertiges Ergebnis zu erzielen, müssen Sie mit 3D-Modellierungssoftware vertraut sein.
• Es ist teuer, die Geräte zu reparieren, wenn ihre Teile ausfallen.

Wenn Sie hochpräzise und hochwertige 3D-Kopien von Objekten benötigen, kommen Sie um einen 3D-Scanner nicht herum. Das Gerät kann sowohl in Innenräumen als auch im Freien und für jede Art von Objekt verwendet werden. Die große Auswahl an 3D-Scanner-Modellen macht es Ihnen leicht, ein Gerät zu finden, das in Bezug auf Qualität und Preis zu Ihnen passt.

Auswahl eines 3D-Scanners

Wenn Sie einen 3D-Scanner kaufen möchten, gibt es zwei wichtige Dinge zu beachten. Dies sind die Funktionen des gewünschten Geräts und sein Preis.

Im Folgenden sind die wichtigsten technischen Aspekte aufgeführt, die beim Kauf eines 3D-Scanners zu berücksichtigen sind, da sie die erzielten Scanergebnisse bestimmen können:

• Genauigkeit. Je höher die Genauigkeit des Scanners ist, desto detaillierter ist das Scanergebnis.
• Auflösung. Die Auflösung bestimmt die Qualität des Scanergebnisses.
• Arbeitsbereich. Finden Sie heraus, wie nah/weit das Gerät vom gescannten Objekt entfernt sein kann.
• Scanbereich. Dies bestimmt die Größe des Objekts, das in einer Sitzung gescannt werden kann.
  Erfasst der Scanner verschiedene Arten von Oberflächen mit komplexen Merkmalen (z. B. Kanäle, Umlenkungen, Löcher usw.)?
• Tragbarkeit. Können Sie den Scanner leicht bewegen? Diese Eigenschaft wird auch durch die Größe des Geräts bestimmt.
• Wie lange dauert es, bis der Scanner einsatzbereit ist?
• Wie lange dauert ein Scanvorgang?
• Möglichkeiten des Scannens. Kann das Gerät Objekte verschiedener Formen, Texturen und Materialien scannen und unter verschiedenen Bedingungen (Temperatur, Beleuchtung usw.) arbeiten?

Natürlich sind hochwertige 3D-Scanner im Allgemeinen teurer. Dennoch sollten Sie in erster Linie die Aufgaben berücksichtigen, die Sie erledigen werden, bevor Sie andere Funktionen oder Fähigkeiten des Scanners in Betracht ziehen.

Anwendung von 3D-Scannern

3D-Scanner sind in vielen Bereichen gefragt. Die Geräte werden sowohl in der Industrie als auch im Privatbereich eingesetzt. Beispiele für Bereiche, in denen 3D-Scanner eingesetzt werden, sind unter anderem Medizin, Automobilbau, Fertigungsindustrie, Architektur, Bauwesen, Film und Design.

In der Zahnmedizin können 3D-Scanner zum Beispiel dazu verwendet werden, genaue 3D-Modelle von Zahnersatz zu erstellen. Ein solcher Scanner ist der AutoScan DS-EX PRO von Shining 3D. Das Gerät meistert eine Vielzahl von Aufgaben perfekt, ist erschwinglich und zuverlässig.

3D-Scannertechnologien sind auch im Ingenieurwesen unverzichtbar. Die Erstellung von Prototypen auf digitalem Wege ist heute einfacher und schneller als früher. Früher war es erforderlich, mehrere Messungen von Hand vorzunehmen und diese dann in eine Datenbank einzugeben. Mit dem 3D-Scanner kann nun jedes physische Objekt schnell und mit minimalen Fehlern in 3D-Form nachgebildet werden.

In Kinos werden Fantasiefiguren dank der Motion-Capture-Technologie zum Leben erweckt. Die Technologie ermöglicht es, realistische Charaktere zu schaffen, was ohne 3D-Scanner unmöglich wäre.

Das 3D-Scannen hat die Arbeitsweise in vielen technischen Branchen verändert. 3D-Scanner haben die Arbeit für technische Spezialisten – Ingenieure, Designer, Konstrukteure usw. – erleichtert. Um die Geräte optimal nutzen zu können, muss man jedoch mit der 3D-Scanner-Software vertraut sein.