3D-laserskanner eller strukturerat ljus-skanner: vilken ska man välja?

Inom 3D-utskrifter är 3D-skannrar ofta ett avgörande steg för att underlätta  modelleringen av ett objekt. De gör det möjligt att samla in data om formen och ibland, beroende på 3D-skannern, även om utseendet (till exempel färger). 3D-skanning förbättrar alltså designprocessen, påskyndar och minskar fel vid datainsamling, samt sparar både tid och pengar. 3D-skanning kan baseras på olika tekniker, var och en med sina egna fördelar och begränsningar. I den här artikeln utforskar vi de två huvudteknikerna som används för 3D-skanning vid 3D-utskrift, nämligen lasertriangulering och strukturerat ljus. Vad är skillnaden mellan en 3D-laserskanner och en skanner med strukturerat ljus? Vilken bör man välja för sina projekt?

3D-laserskanner: teknik, fördelar och begränsningar

Laserskannrar bygger på trigonometrisk triangulering för att exakt fånga upp en 3D-form i form av miljontals punkter. Mer exakt arbetar de genom att projicera en laserpunkt eller en laserlinje på ett objekt och sedan fånga upp reflektionen med lämpliga sensorer. Eftersom sensorerna är placerade på ett känt avstånd från laserkällan är det möjligt att utföra exakta mätningar av punkterna genom att beräkna laserljusets reflektionsvinkel. Genom att känna till avståndet mellan skannern och objektet kan skanningshårdvaran kartlägga objektets yta och registrera en 3D-skanning.

Denna metod kallas triangulering eftersom laserpunkten (eller linjen), sensorn och lasersändaren bildar en triangel, såsom visas i bilden nedan. Det finns ett flertal typer av laserskannrar på marknaden att välja mellan: handhållna, stationära eller professionella/industriella enheter. Den avgörande faktorn är att de arbetar på kort avstånd.

Fördelarna med lasertrianguleringstekniken är dess upplösning och precision. Med precision avser vi här tiotals mikrometer. Det är också möjligt att köpa en 3D-laserskanner till ett mycket rimligt pris, eftersom dess design kan vara relativt enkel.

Man måste dock komma ihåg att egenskaperna hos ytan som ska skannas påverkar själva skanningsprocessen. Därför kan mycket blanka eller transparenta ytor vara ganska problematiska för denna teknik.

Matter & Form V2 (till vänster) är en stationär 3D-laserskanner som säljs för 749 $. Go!SCAN SPARK (till höger) från Creaform är en professionell handhållen 3D-laserskanner med ett startpris på omkring 30 000 $.

Skanner med strukturerat ljus: teknik, fördelar och begränsningar

Idag använder ett flertal handhållna 3D-skannrar för 3D-utskrift teknik med strukturerat ljus. Denna teknik använder i sin tur trigonometrisk triangulering, men fungerar genom att projicera ett ljusmönster på objektet som ska skannas istället för en laserlinje (eller punkt). Mönstret projiceras på objektet med hjälp av en LCD-projektor eller en annan stabil ljuskälla. En eller flera sensorer (eller videokameror), något förskjutna i förhållande till projektorn, observerar formen på ljusmönstret och beräknar avståndet för varje punkt i synfältet. Det strukturerade ljuset som används i skanningsprocessen kan vara vitt eller blått, och ljusmönstret består vanligtvis av en serie ränder, men kan även bestå av en punktmatris eller andra former. Denna typ av enhet arbetar, precis som laserskannern, på kort avstånd och kan användas för hand eller monteras på ett stativ.

Fördelen med teknik för strukturerat ljus är hur snabbt skanningarna går. En skanning kan utföras på cirka 2 sekunder och skanningsområdet är även det ganska stort. Precis som laserskannrar är de med strukturerat ljus extremt precisa och erbjuder en hög upplösning.

En av nackdelarna med denna typ av skanner är att den är känslig för ljusförhållandena i en viss miljö. Denna faktor påverkar laserskannrar i mindre utsträckning. Att arbeta utomhus skulle till exempel vara extremt svårt.

Structured Light Pro S3 (till vänster) från HP är en enhet monterad på stativ som säljs för cirka 4 390 $ (3 930 €). EinScan Pro 2X (överst) från Shining3D är en professionell handhållen enhet med strukturerat ljus som kostar cirka 6 899 $, och Scanner 2.0 (nederst) från XYZprinting är en handhållen enhet för nybörjare för 256 $ (226 €).

Andra tekniker

När det gäller de två tekniker som beskrivs ovan, är de avsedda för 3D-skanning på kort avstånd. Om du behöver skanna ett objekt på långt avstånd måste du välja andra lösningar. Vi kommer att nämna två andra tekniker som lämpar sig för 3D-skanning på medellångt och långt avstånd.

3D-skanning med teknik för strukturerat ljus

 Time-of-Flight 3D-skannrar (T.o.F.) använder pulsad laserteknik. Precis som laserskannrar använder de laser för att utföra en exakt skanning av ett 3D-objekt, men tekniken fungerar på ett helt annat sätt. Genom att känna till laserljusets exakta hastighet mäter systemet tiden det tar för själva lasern att nå ett objekt och reflekteras tillbaka till sin sensor.

En annan typ av Time-of-Flight 3D-skanner använder fasskillnadssystem. Denna teknik fungerar som den pulsade lasertekniken, men modulerar även laserns effekt. Skannern jämför fasen som skickas av lasern med den som återvänder till sensorn. Detta gör att den kan vara mer precis än en pulsad 3D-laserskanner, men inte lika flexibel för skanning på långt avstånd. Utan tvekan är Time-of-Flight 3D-skannrar inte lika precisa som laserskannrar eller skannrar med strukturerat ljus, men om du vill skanna ett stort objekt, som till exempel en byggnad, är detta den teknik du mest troligt kommer att använda.

3D-skanning utförd med lasertrianguleringsteknik

Källa: 3dnatives.com