Was ist ein 3D-Scan?
Als 3D Scan bezeichnet man die berührungslose dreidimensionale Erfassung einer Oberfläche. Je nach eingesetzter 3D Scanmethode entsteht ein genaues digitales Abbild.
Die unmittelbar erzeugten 3D-Daten (Punktwolke, Mesh) können entweder direkt verwendet (Inspektion, 3D Druck) oder in weiteren Schritten (Reverse Engineering) zu CAD-Daten aufbereitet werden.
3D Scannen Vorteile
Das 3D Scannen ist die beste Methode um schnell digitale 3D Modelle von physischen Gegenständen zu erzeugen. Im Wesentlichen kann man folgende Punkte nennen:
- Maßlich hochgenaue Abbildung
- Hoher Detailgrad feiner Strukturen
- Wirtschaftliche schnelle Datenerfassung
- Hohe Datenqualität zur Weiterverarbeitung in entsprechender Software
Wie funktioniert das 3D Scannen?
Heute werden überwiegend zwei Technologien am Markt verwendet:
- 3D-Laserscannig
- 3D-Streifenlichtscanner
Beim 3D-Laserscanning wird Zeilenweise eine „Laserlinie“ über das Objekt geführt. Für Objekte bis Fahrzeuggröße sind das in der Regel handgeführte Systeme.
Zur 3D Vermessung von Bauwerken wird ein Laser über einen rotierenden Umlenkspiegel über die Struktur geführt. Das 3D-Scansystem dreht sich dabei zusätzlich 360° um die eigene Achse.
Diese kompakten Systeme sind sehr flexibel einsetzbar und erfassen auch dunkle oder glänzende Oberflächen ohne spezielle Vorbehandlung durch einweißen.
3D-Streifenlichtscanner projizieren mit einer Projektionseinheit abwechselnd Helle und Dunkle Streifen auf das Objekt.
Via Triangulationsprinzip misst die Recheneinheit beim 3D Scannen dann den Abstand zu den Streifen. Teilweise erschließt sich die Geometrie auch aus den jeweiligen Verformungsmustern. Diese Technik bietet eine vergleichsweise hohe Auflösung.
Der 3D-Scanner erzeugt so einzelne Scans wobei entweder das Objekt oder der 3D-Scanner jeweils neu positioniert wird um die Kontur komplett zu erfassen.
3D-Scan Ausgabeformate
.STL
Das „Stereo Lithography“ Format kann von den meisten 3D-Programmen und auch teilweise mit einer CAD-Software eingelesen werden. Die Dateien sind relativ groß da jeder Netzpunkt je nach Anzahl der verbundenen Dreiecke mehrfach beschrieben ist. STL fungiert als die allgemein anerkannte „Gemeinschaftssprache“ in der 3D Scan und 3D Druck Branche.
.OBJ
Das Wavefront Format bietet gegenüber dem STL die Möglichkeit zusätzlich noch die Farbinformationen des Objekts als Textur zu speichern sofern diese beim 3D Scan erzeugt wurden.
.3DS
Ist in der Anzahl der speicherbaren Dreiecksflächen (Mesh) begrenzt und daher nur für Modelle mit geringer Auflösung geeignet wie sie z.B. für Animation oder Spiele verwendet werden.
.G3D
Das Format der Firma GOM kann für die Messtechnische Auswertung von 3D-Scans in der Software gominspect, DesignX und Polyworks verwendet werden.
.STEP
„Standard for the Exchange of Product“. Wie der Name bereits vermuten lässt, kann man das ISO-Format mit den meisten 3D-Programmen öffnen. In der Praxis kann es zu Problemen kommen wenn das Modell lückenhaft als nicht geschlossener Volumenkörper eingelesen wird.
Beim 3D-Scan bzw. Reverse Engineering sollte „AP214 AutomotiveDesign“ in den Export-Einstellungen gewählt werden. Komplexe Modelle wenn möglich im Native-Format der jeweiligen Software ausgeben.
.DXF
Das sogenannte Drawing Interchange File Format wurde von der Firma Autodesk entwickelt. Beim 3D Scannen wird es für die Ausgabe von Konturen oder die Erstellung von 2D Zeichnungen benutzt. Bei DXF Daten handelt es sich um die ASCII-Version von DWG Daten.
.DWG
Das populären Autocad Format wird für technische Zeichnungen benutzt. 3D Scans von Gebäuden oder Anlagenteilen lassen sich aber auch als 3D Volumenkörper speichern.
Von der Firma Autodesk wurden im Laufe der Zeit verschiedene Varianten veröffentlicht von denen einige nicht mit jedem CAD-Programm lesbar sind.
.XYZ, .TXT, .ASCII, .PTS
Auch Punktwolke genannt ist eine Textdatei die Zeilenweise Koordinatenangaben in X, Y und Z Richtung sowie zugehörige RGB Farbwerte enthält.
Beispiel: 234,34 231,67, 34,89 255 250 240
Welche Objekte kann man 3D scannen?
Per 3D-Scan kann man die Oberflächen von Objekten jeder Größe erfassen.
Wie beim Fotografieren können die Objektbereiche die sich mit der Kamera erfassen lassen auch gescannt werden. Bei Innenliegenden Strukturen können Bauteile zersägt oder per Computertomographie vermessen werden. Bei Gebäuden oder Anlagenteilen Verkleidungen oder Isolierungen vorab entfernen.
3D Scannen Anwendungsbereiche
Hier ein Überblick über die gängigsten Anwendungen:
Industrie
- Konstruktion und Qualitätskontrolle
- Maschinelle Fertigung
- 3D Druck
- Anlagenplanung
- Automatisierung
Prototypen und Entwicklung
- Dokumentation des Bearbeitungsstands
- Designanpassungen
.
Medizin
- Fertigung von Zahnersatz oder Orthesen
- Bildgebende Diagnostik
Animation und VR
- Spieleentwicklung
- Marketing
Immobilien
- Bestandsaufnahme „as-built“
- Marketing und Vertrieb
- Versicherungen
3D Scannen Datenaufbereitung
Die gewonnenen STL-Daten (Polygonmodell) lassen sich für die weitere Nutzung parametrisiert und in allen gängigen CAD-Datenformaten zur Verfügung stellen. Die Prozesskette zwischen Digitalisierung und Ihrem CAD-/CAM-System wird damit perfekt geschlossen. Beim 3D-Laserscanning werden zudem auch die ursprünglichen Scandaten (Punktwolke) zusätzlich an das CAD-System übergeben.
Wie genau ist ein 3D-Scan?
Die Praxistypischen Genauigkeiten von 3D-Streifenlichtscannern oder handgeführten 3D-Scansystemen liegen bei 0.01mm (High-End) – 0.5 mm(Low-Cost). Um die Messgenauigkeit zu erhöhen können bei kleineren Objekten sogenannte Referenzkulissen bzw. kann bei großen Objekten die Photogrammetrie zusätzlich eingesetzt werden. In beiden Fällen werden kleine Klebemarken unabhängig eingemessen.
Beim 3D-Laserscanning liegt die Genauigkeit im 1-2mm Bereich. Diese kann durch einen optimalen Scanabstand bzw. durch zusätzliches Einmessen von Einzelpunkten mit einem Tachymeter erhöht werden.
Welche Oberflächen kann man 3D scannen?
Helle und Matte Oberflächen eigenen sich am besten zum 3D Scannen da diese das Licht des 3D Scanners am saubersten abbilden. Je dunkler und glänzender eine Fläche ist desto diffuser wird das Licht wiedergegeben. Abhilfe schafft hier das „Einweissen“ mit speziellem Spray um die Oberflächen zu „mattieren“. Somit lässt sich auch Glas scannen. Das Pulver kann je nach Methode sehr dünn aufgebacht und später wieder abgepinselt werden. Schichtdicken ab 0.008mm sind hier möglich.
Was kostet ein 3D-Scan?
Die Kosten beim 3D Scannen richten sich nach dem benötigten Datenformat. Abhängig davon ob eine händische Aufbereitung der Daten notwendig ist und wie lange diese dauert. Ein STL-Format beginnt bei uns ab 150,00 EUR. STEP-Daten ab 300,00 EUR.