3D-Scannen

Aus Punkten werden 3D-Modelle

Nicht immer müssen 3D-Modelle von Grund auf in CAD-Programmen konstruiert werden. Als Reverse-Engineering-Verfahren ermöglicht der 3D-Scan die Erfassung realer Objekte und die schnelle Übertragung in druckbare 3D-Datensätze. Das abzubildende Objekt wird dafür vom Scanner optisch erfasst oder abgetastet. Durch diesen Prozess werden unzählige einzelne Abtastpunkte gewonnen, die zusammen eine Punktwolke bilden und in ein Polygonflächennetz übertragen werden können. Aus diesem Flächennetz wird schließlich eine STL-Datei abgeleitet, die vom 3D-Drucker verarbeitet werden kann.

3D-Scanner gibt es in verschiedenen technischen Ausführungen, zum Beispiel als Laserscanner oder Streifenprojektoren. Beide Vorrichtungen bestehen aus einem Scanner und einer oder mehreren fest montierten Kameras. Obwohl die Objekterfassung beider Scanner-Varianten auf dem Triangulationsverfahren basiert, unterscheiden sich die Scan-Prozesse:

Laserscanner

Der Laserscanner projiziert eine Linie oder ein Netz auf die ihm zugewandte Oberfläche des Bauteils. Eine integrierte Kamera erfasst die Position der Laserpunkte auf dem Objekt sowie die Distanz zwischen Sensor und Gegenstand. Anhand dieser Informationen wird der Abstand zwischen Objekt und Laserscanner bestimmt. Die Laserstrahlen bewegen sich über das Objekt, bis es vollständig gescannt wurde. An den Punkten, an denen der Laser auf die Gegenstandsoberfläche trifft, verformt sich der Lichtstrahl. Diese Deformierungen werden als Höhenprofile erfasst und zu einer 3D-Punktwolke zusammengerechnet.

Streifenlichtprojektoren

Streifenlichtprojektoren (auch Weißlichtscanner genannt) werfen ein Linienmuster auf die Objektoberfläche und vermessen diese vollständig, indem die Lichtintensität jedes einzelnen Kamerapixels ausgewertet wird. Mit dieser Technik wird eine deutlich höhere Messpunktdichte produziert, als mit einem Laserscanner. Solche hochauflösenden Daten werden überall dort benötigt, wo das gedruckte Objekt exakt mit der Vorlage übereinstimmen oder sie ergänzen muss, zum Beispiel bei der Fertigung von Zahnimplantaten oder beim Werkzeugabgleich. Eine Streifenprojektion kann nur bei stationären Gegenständen angewandt werden, da eine Bewegung des Objekts während des Scanvorgangs zu Fehlern im Modell führen kann.

Die 3D-Modellierung mithilfe des Scan-Verfahrens birgt den Nachteil, dass nur äußere Formen abgebildet werden können, innere Strukturen jedoch verborgen bleiben. 3D-Objekte mit innenliegenden Funktionen oder Strukturen, wie beispielsweise konturnahe Kühlkanäle, können vom Scanner nicht aufgenommen werden und müssen in einem CAD-Programm konstruiert werden. Auch transparente oder reflektierende Bauteile sind vom 3D-Scanner nur schwer zu erfassen. Um sie für den Scanner „sichtbar“ zu machen, werden sie vor dem Scanvorgang mit einer dünnen Pulverschicht bestäubt.

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