3D-Scan
Ob in der Architektur, der Industrie oder der Unterhaltungsbranche: Der 3D-Scan eröffnet uns eine ganze Welt an Möglichkeiten zwischen realen Objekten und digitalen Informationen. Was genau hinter dieser Technologie steckt und in welchen Bereichen sie Anwendung findet, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Inhaltsverzeichnis:
- Was ist 3D-Scan?
- Anwendungsgebiete von 3D-Scan
- Vorteile des 3D-Scans
Was ist 3D-Scan?
Beim 3D-Scan werden reale Objekte in digitale Daten umgewandelt. Das Objekt kann ein Gegenstand, eine Umgebung bzw. ein Raum oder ein Lebewesen sein. Das dadurch entstehende 3D-Modell kann bearbeitet und als Basis für 3D-Projekte, zum Zweck der Analyse, Rekonstruktion oder Simulation verwendet werden.
Für den berührungslosen Scanprozess gibt es mobile oder ortsgebundene sowie manuelle oder automatische Geräte. Ein 3D-Scanner besteht in der Regel aus einer Laserstrahleinheit, dem sogenannten Scankopf, den Sensoren zur Erfassung der reflektierten Laserstrahlen und einer Recheneinheit zur Berechnung und Aufbereitung der empfangenen Daten. Hinzu kommt die Software, die für die Steuerung des Scan-Prozesses sowie für die Datenverarbeitung zuständig ist. Je nach Anwendungsbereich verfügen 3D-Scanner außerdem über Digitalkameras, um weitere Daten, wie Informationen zur Oberflächenbeschaffenheit, zu gewinnen.
Die meisten 3D-Scanner lassen sich in eine der beiden folgenden Kategorien einteilen:
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3D-Scanner mit Streifen- oder Punktbasierung
Ein einzelner Laserstreifen oder -punkt wird auf das zu scannende Objekt projiziert. Der Sensor erfasst die Projektionen, anhand derer die Recheneinheit die Relation der einzelnen Streifen bzw. Punkte zueinander berechnet. Die Messtechnik bezeichnet man als Triangulation. Das Verfahren ist vergleichsweise aufwendiger, das Ergebnis ist jedoch eine Punktwolke mit sehr hoher Dichte und Genauigkeit.
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3D-Scanner mit Lichtlaufzeitmessung
Weniger genau, dafür wesentlich schneller ist das Verfahren mit einem gepulsten Laserstrahl. Dabei erfasst der Sensor die vom zu scannenden Objekt zurückgeworfenen Laserstrahlen. Auf Basis der Lichtlaufzeit ermittelt die Recheneinheit des Scanners den Abstand zwischen den einzelnen Punkten des Objekts und des Sensors.
Die Abbildung der erfassten Daten erfolgt in Form einer digitalen Punktwolke. Auf Basis dieser Punktwolke kann mittels eines Polygonnetzes eine geschlossene Oberfläche konstruiert werden. Anders als ein statisches zweidimensionales Foto ermöglicht der 3D-Scan die digitale Visualisierung eines Objekts in einem dreidimensionalen System, sodass es aus verschiedenen Perspektiven betrachtet und damit interagiert werden kann. Auf diese Weise können Objekte außerdem in verschiedenen Umgebungen simuliert und angepasst werden.
Je mehr Punkte der Scanner dafür erfassen kann, desto genauer wird das 3D-Modell. So können selbst kleinste Details, komplexe Geometrien und Freiformen des realen Objekts digitalisiert werden.
Das fertige 3D-Modell kann anschließend in CAD-Programme übertragen und nach Bedarf modelliert werden.
Anwendungsgebiete von 3D-Scan
Viele Branchen von Automotive bis zur Zahntechnik setzen die Vorteile des 3D-Scans bereits gewinnbringend für sich und die Endverbraucher ein. Drei gängige Anwendungsbereiche stellen wir Ihnen im Folgenden vor.
Scan to Print
Die Digitalisierung realer Objektdaten mittels 3D-Scan ist ein relativ einfacher und schneller Weg zur Erstellung von 3D-Modellen für den 3D-Druck. Der große Vorteil liegt darin, dass das Modell nicht von Grund auf neu gestaltet werden muss und leicht angepasst werden kann – das spart Zeit, Arbeitskraft und damit bares Geld.
Vor allem im Bereich der Medizin profitiert man von den Möglichkeiten des 3D-Scans, beispielsweise bei der Entwicklung individueller medizinischer Lösungen wie der Maßanfertigung von Prothesen oder der Herstellung medizinischer Geräte.
Reverse Engineering
Die Entwicklung des 3D-Scans bedeutet eine echte Revolution im Bereich von Entwicklung und Produktion. Der Konstruktionsprozess wird hier kurzerhand umgedreht: Bereits vorhandene Bauteile können mittels 3D-Scan ganz einfach digitalisiert werden. So lassen sich die Konstruktionseigenschaften eines Objekts erfassen und in 3D-Modelle oder Baupläne für die Rekonstruktion übersetzen – ein Verfahren, das zum Beispiel im Bereich des Qualitätsmanagements Anwendung findet. Der durch Reverse Engineering ermittelte Bauplan kann mit dem originalen Bauplan verglichen und somit eine mögliche Fehlerquelle in der Produktion frühzeitig ermittelt werden. Alternativ können bereits produzierte Teile auf diese Weise digitalisiert und dadurch in einen effizienteren Produktionszyklus überführt werden.
Um ein Objekt ganzheitlich zu erfassen und auf seine Konstruktionseigenschaften zurückzuführen, werden verschiedene Messtechniken angewendet, mit denen u.a. die exakten Maße, das Material, die Oberflächenbearbeitung sowie die verschiedenen Zustände und Funktionen ermittelt werden können. Zu den gängigen Techniken gehören beispielsweise diverse 3D-Scan-Verfahren, Ultraschallvermessung, taktile Messungen und Computer-Tomographie.
In der Industrie werden die Vorteile von Reverse Engineering, additiver Fertigung und verschiedenen Messtechniken kombiniert, um Produktionsabläufe zu verschlanken und Kosten zu minimieren.
Messtechnik
Ob kleinste Bauteile oder große komplexe Objekte: 3D-Scan wird auch zur optischen Messung eingesetzt und kann herkömmliche taktile Messtechniken ergänzen bzw. sogar ersetzen. Die Daten können dann direkt mit dem originalen Bauplan verglichen und dadurch mögliche Abweichungen ermittelt werden. Die hohe Präzision und Schnelligkeit dieses Verfahrens stellt vor allem im Bereich der Qualitätssicherung und Produktentwicklung einen entscheidenden Vorteil auf dem Markt dar.
Augmented Reality
Augmented Reality bezeichnet eine Wahrnehmungserweiterung durch die Kombination der realen Welt mit visuellen Elementen einer virtuellen Realität. Um diese beiden Ebenen miteinander zu verknüpfen, sind Hilfsmittel notwendig, z.B. Smartphones oder spezielle Brillen Das Prinzip der Augmented Reality findet bereits in vielen Bereichen Anwendung:
- Architektur: Visualisierung von existierenden oder geplanten Projekten
- Automotive: digitale Leit- und Navigationssysteme
- Fertigung und Logistik: Visualisierung von Arbeitsschritten und Abläufen zur Optimierung
- Medizin: Simulationen und Hilfestellungen für Operationen
- Rapid Prototyping und Produktentwicklung: Vereinfachung von Prozessen
Auch in der Unterhaltungsbranche werden 3D-Scanverfahren genutzt, um mittels Motion Capture und Gestenerkennung reale Schauspieler in die digitale Welt von Filmen und Videospielen zu versetzen.
Vorteile des 3D-Scans
Die Investition in 3D-Scan lohnt sich – und ist mehr als nur ein Trend: Diese Technologie hat das Potenzial, herkömmliche Produktionsprozesse nachhaltig zu verändern! Überzeugen auch Sie sich von den Vorteilen:
Schnelligkeit
Die Daten eines Objektes können innerhalb weniger Minuten vom Scanner erfasst werden.
Kostenersparnis
Indem Sie die gescannten Daten als Basis für 3D-Modelle verwenden, sparen Sie viele Arbeitsstunden im Vergleich zu einem Modell, das von Grund auf neu entwickelt werden muss. Auch Qualitätskontrollen oder Simulationen lassen sich durch diesen Prozess schnell und kostengünstig durchführen.
Benutzerfreundlichkeit
Scan-Geräte lassen sich in der Regel auch von ungeübter Hand einfach bedienen.
Flexibilität
Verschiedene Scan-Geräte erlauben es Ihnen, reale Objekte in allen möglichen Größen zu erfassen – sogar Lastwagen und Flugzeuge! Mobile Geräte lassen sich außerdem ganz einfach überallhin mitnehmen.
Realitätsnahe Abbildung
Der Scanner ermöglicht die detailgetreue Erfassung der Objekteigenschaften von Form und Farbe bis hin zu Texturen und kleinsten Details. Das Ergebnis ist eine digitale Abbildung, die Sie aus allen Winkeln genau betrachten und an Ihre Anforderungen anpassen können.
Visualisierung
Ob fotorealistische Produktpräsentation, digitale Archivierung oder schnelle Prototypenfertigung – 3D-Scan ist vielseitig einsetzbar und treibt Arbeitsprozesse von der ersten Idee über Korrekturschleifen und Qualitätskontrollen bis zur Markteinführung effektiv voran.
Sie möchten mehr erfahren? Dann sprechen Sie uns an! Wir sind Experten auf diesem Gebiet und beraten Sie ausführlich, wie auch Sie von den Vorteilen des 3D-Scans profitieren können.
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