Desde que os scanners 3D se tornaram mais acessíveis, a digitalização 3D mudou o mundo da impressão 3D personalizada. Antigamente, a digitalização 3D era usada apenas na produção de equipamentos militares e peças de espaçonaves. Com impressoras 3D de mesa e portáteis disponíveis por algumas centenas de dólares, a digitalização 3D encontrou um lugar em projetos de diversão e hobby em casa. Você pode levar seus projetos de impressão 3D para o próximo nível com um scanner 3D econômico. Afinal, a impressão 3D personalizada é um novo fenômeno em alta. Até mesmo a digitalização 3D mínima está disponível em smartphones como iPhone 12 Pro e iPhone 13 Pro. Este artigo discutirá a digitalização 3D, do que se trata e como começar a digitalizar 3D.
O que são scanners 3D?
A digitalização 3D converte objetos físicos em modelos digitais 3D, capturando a forma e a geometria do objeto. É uma tecnologia não destrutiva e sem contato que cria nuvens de pontos de dados a partir da superfície de um objeto com a ajuda de varredura a laser ou outros métodos de varredura. Ajuda a adquirir a forma e o tamanho exatos de um objeto real como uma representação digital 3D. A digitalização 3D também ajuda a capturar detalhes de geometrias complexas e contornos irregulares, que são impraticáveis de medir, modelar ou estimar com métodos tradicionais.
Scanners 3D para engenharia traseira
A digitalização 3D não é algo novo. Tem sido usado nas indústrias militar, aeronáutica e aeroespacial para engenharia reversa ou reversa. Engenharia reversa é um processo de recriação de um produto ou peça sem documentação, desenho ou modelo 3D. Scanners 3D têm sido usados para criar modelos CAD digitais para peças que precisam de engenharia reversa ou reengenharia. A digitalização 3D tem sido útil na regeneração, otimização e modificação de peças. A engenharia reversa envolve três etapas. A primeira é adquirir uma representação 3D de um objeto com a ajuda de um scanner 3D. Segundo, os dados 3D capturados são convertidos em um modelo 3D sólido usando software especializado. Finalmente, o modelo é processado para eliminar artefatos e refinado para torná-lo pronto para produção. Posteriormente, é convertido para um formato adequado, que pode ser impresso em 3D.
À medida que a impressão 3D se tornou cada vez mais popular, a digitalização 3D foi reinventada para torná-la mais acessível para impressão 3D personalizada. Com scanners 3D que valem algumas centenas de dólares, a digitalização 3D alcançou usuários comuns, que podem utilizar a tecnologia para ajustar e aprimorar seus projetos regulares de impressão 3D. Para usuários de impressão 3D intermediários a avançados, um scanner 3D é um equipamento indispensável.
Como funcionam os scanners 3D?
Em primeiro lugar, os scanners 3D coletam dados com a ajuda da digitalização a laser. O objeto a ser digitalizado em 3D é colocado sobre uma mesa que serve de referência espacial para o digitalizador. Com o uso de um software especializado, a sonda do scanner se movimenta ao redor do objeto, capturando os detalhes da superfície do objeto. A sonda projeta um feixe de laser na superfície do objeto, que é recapturado por dois sensores de câmera. Os sensores da câmera acompanham as mudanças na distância e na forma do feixe de laser refletido ao longo de três dimensões à medida que a sonda se move ao redor do objeto.
O resultado de uma digitalização 3D é uma coleção de milhões de pontos chamados Nuvem. A nuvem de pontos é uma representação 3D bruta da forma do objeto. Um scanner 3D geralmente captura até 750.000 pontos por segundo com uma alta precisão de cerca de +/- 0,0005 por cento.
A nuvem de pontos é armazenada como um arquivo de computador. O arquivo é então mesclado e processado com a ajuda de um software especializado para criar um modelo CAD digital. Às vezes, o modelo CAD criado pode ser comparado com um modelo 3D projetado pelo usuário para fornecer um relatório de desvio de mapa colorido. O relatório é um PDF detalhando as diferenças entre os modelos CAD digitalizados e esperados.
Finalmente, o modelo digitalizado é processado e refinado para gerar um modelo de superfície ou um modelo 3D sólido de acordo com a aplicação. O processamento pós-digitalização do modelo digitalizado geralmente é objeto do caso de uso específico. Existem muitos tipos diferentes de scanners 3D baseados em sua tecnologia. Independentemente da tecnologia de digitalização, o funcionamento dos scanners 3D é o mesmo.
Aplicações de digitalização 3D
Os scanners 3D não estão mais restritos a naves espaciais ou à produção militar. A digitalização 3D é agora uma tecnologia amplamente utilizada em vários setores, incluindo diversão doméstica e projetos de hobby. Algumas das aplicações notáveis de scanners 3D estão a seguir.
Impressão 3D para amadores: Os scanners 3D portáteis e de mesa são úteis na recriação de utensílios domésticos, reparos, miniaturas, brinquedos e outros projetos de hobby.
Dental: A digitalização 3D é usada para projetos de coroas personalizadas e implantes sob medida para atender às necessidades específicas de pacientes odontológicos.
Médico: A digitalização 3D é usada em diversas aplicações médicas, incluindo ortopedia, cirurgia plástica e próteses. A digitalização também é usada para projetar auxiliares de mobilidade e acessórios para cadeiras de rodas. Agora também é usado para criar manequins realistas para a prática médica.
Joia: A digitalização 3D é frequentemente usada para replicação, duplicação e reparo de joias antigas. Também é usado para armazenar digitalmente designs de joias descontinuados ou modificar e melhorar designs atuais.
Arquitetura: A digitalização 3D é amplamente utilizada para digitalizar edifícios para reparos, levantamentos e modelagem.
Arqueologia: a digitalização 3D é usada para conservar digitalmente objetos históricos, artefatos, restos de esqueletos e até sítios arqueológicos.
forense: Na ciência forense, a digitalização 3D é usada para replicar cenas de crimes e evidências como pegadas, armas de crimes, buracos de bala, manchas de sangue, etc.
Engenharia reversa: A digitalização 3D tem sido amplamente utilizada para engenharia reversa e reengenharia em áreas como tecnologia automotiva, aeroespacial e militar.
Tecnologias de digitalização 3D
Os scanners 3D são frequentemente classificados com base na tecnologia ou método de digitalização. As amplas classes de scanners 3D estão a seguir.
Triangulação a laser: Esta é a tecnologia de digitalização 3D mais utilizada. Nestes scanners, um feixe de laser é projetado de uma sonda até a superfície do objeto e refletido por um sensor laser que captura linhas de laser. Com base no ângulo de reflexão do sensor laser, o scanner captura detalhes precisos e precisos da superfície e textura do objeto usando várias funções trigonométricas. No entanto, o método de triangulação a laser é inútil se o objeto for transparente ou tiver superfícies brilhantes.
Varredura de luz estruturada: Este é o método mais eficaz de digitalização 3D e é usado por scanners 3D portáteis. Neste método, um padrão de luz é projetado em direção ao objeto e um par de sensores de câmera captura a luz refletida. Os sensores da câmera são colocados em ambos os lados do projetor. Esses sensores de câmera medem padrões de luz de cada lado e calculam diferenças em cada ponto de um determinado campo de visão. Os sensores avaliam como o objeto deformou o padrão de luz, triangulando vários pontos de referência em diferentes varreduras de objetos. Por triangulação e comparação repetitivas, a forma e as dimensões exatas do objeto são derivadas com a ajuda de software especializado. Este método de digitalização 3D é mais eficaz e portátil. No entanto, a digitalização pode ser afetada pelas condições de iluminação. Portanto, é frequentemente usado para aplicações específicas de digitalização 3D, como médica, odontológica e arqueológica.
Digitalização LiDAR 3D: Este tipo de digitalização 3D é usado por smartphones como o iPhone. Neste método, feixes de luz são projetados em direção ao objeto e, em seguida, a forma e as dimensões do objeto são calculadas com base no tempo que a luz leva para refletir. O funcionamento dos scanners LiDAR é idêntico aos scanners de tempo de voo usados para mapear terrenos, edifícios e estruturas arquitetônicas.
Varredura de pulso a laser: Isso também é chamado de varredura de tempo de voo. Neste tipo de digitalização 3D, pulsos de laser são disparados contra um objeto e captados por um sensor. Com base no intervalo de tempo entre a emissão e a coleta dos pulsos, são calculados os detalhes geométricos da superfície do objeto.
Digitalização fotogramétrica: Neste tipo de digitalização 3D, um modelo 3D de um objeto é construído com a ajuda de uma coleção de fotografias 2D do objeto. O método usa visão computacional e algoritmos geométricos para criar uma representação 3D da superfície ou objeto.
Digitalização 3D baseada em contato: Neste método, os pontos na superfície de um objeto são capturados por meio de uma sonda mecânica ou física.
Tipos de scanners 3D
Além da tecnologia de digitalização 3D, os scanners 3D vêm em vários tamanhos e modelos. Um scanner 3D para digitalizar joias não seria útil para digitalizar objetos grandes. Da mesma forma, um scanner 3D de mesa não seria usado para levantamentos arquitetônicos. Os scanners 3D são geralmente identificados pela sua aplicação. Os principais tipos de scanners 3D são os seguintes.
- Scanners 3D de mesa
- Scanners 3D portáteis
- Scanners 3D para joias
- Scanners LiDAR terrestres
- Scanners metrológicos 3D
- Scanners de localização e mapeamento simultâneos (SLAM)
- Scanners 3D de mesa odontológicos
- Scanners corporais 3D
Como comprar um scanner 3D
Muitas considerações importantes devem ser feitas antes de optar por um scanner 3D específico. Primeiro, você precisa selecionar scanners 3D com base no seu caso de uso. Cada tipo de scanner 3D geralmente é adequado apenas para uma aplicação específica. Por exemplo, para impressão 3D personalizada, seria necessário um scanner 3D de mesa ou portátil. Ao contrário disso, um scanner SLAM ou iMMS seria necessário para a digitalização arquitetônica. Um caso de uso específico pode restringir as opções disponíveis de scanners 3D, já que muitas aplicações só podem ser atendidas por scanners 3D industriais.
Você também pode precisar considerar o tamanho dos objetos a serem verificados. Para objetos pequenos, os scanners 3D estacionários são melhores, pois fornecem maior resolução e precisão. Os scanners portáteis são adequados para objetos grandes que precisam ser digitalizados em ambientes externos. Os scanners portáteis podem não ter a resolução, velocidade e precisão que os scanners estacionários oferecem.
Antes de levar em conta as principais características dos modelos disponíveis, a próxima consideração é o orçamento. Os scanners 3D profissionais estão disponíveis de algumas centenas de dólares a dezenas de milhares. O preço varia de US$ 400 a US$ 200.000 para equipamentos de digitalização 3D. Para os usos mais comuns, podemos dividir os scanners 3D em três segmentos de preço: scanners 3D econômicos (preço de até US$ 1.000), scanners 3D profissionais (preço entre US$ 1.000 e US$ 10.000) e scanners 3D industriais (preço acima de US$ 10.000).
O próximo fator importante na compra de scanners 3D é a velocidade. Depende se o scanner foi adquirido para uso profissional, industrial ou pessoal. Idealmente, um scanner 3D deve ser rápido, com velocidade de digitalização de milhões de pontos por segundo e pelo menos 20 FPS. Para uso pessoal ou hobby, a velocidade pode ser comprometida.
Outro fator crítico é a resolução e a precisão. A precisão de um scanner 3D geralmente é especificada em mm. Os scanners 3D econômicos fornecem uma precisão de 0,1 ~ 0,2 mm. Os scanners 3D industriais são capazes de fornecer precisão de até 0,009 mm. Quanto maior será a precisão; os modelos 3D mais detalhados podem ser construídos.
Finalmente, deve-se considerar também o suporte de software de um scanner 3D. Os recursos de software de um scanner 3D podem variar desde a digitalização 3D básica até o pós-processamento de alto nível de modelos 3D. Mais um fator crítico na escolha de um scanner 3D é a sua conectividade. A maioria dos scanners 3D de mesa usa uma interface USB para conectar-se a um computador. Os scanners de mesa profissionais também podem fornecer conectividade através de Bluetooth e WiFi. Os scanners 3D portáteis são frequentemente projetados para serem emparelhados com bancos de energia e smartphones.
Principais scanners 3D
Scanners 3D de mesa e portáteis estão disponíveis em todos os segmentos de preço. Alguns dos scanners 3D de orçamento em 2022 incluem Revopoint POP, Creality CR-Scan 01, scanner Phiz 3D, scanner 3D Matter and Form V2, Structure Sensor Pro, BQ Ciclop, Shining 3D EinScan SE, Artec EVA, Scan Dimension SOL, Shining 3D EinScan SP, iPhone 12/13 Pro, Scantech KSCAN, Shining 3D EinScan Pro 2X Plus, Zeiss T-Scan Hawk, Creaform Goscan Spark, Evatronix EviXscan 3D Quadro+, Zeiss GOM Scan 1, Artec Space Spider, Artec Leo 2022, Faro Freestyle 2 , Creaform Academia 20, Polyga Compact S1, Creaform Handyscan 307 Silver, Peel 3D 1, Peel 3D 2, Peel 3D 2S, Artec Eva e Evatronix EviXscan Optima+ M. Alguns dos scanners 3D profissionais em 2022 incluem Shining 3D EinScan H, Shining 3D EinScan HX, Scantech iReal 2E, Scantech SIMSCAN, Creaform Handyscan Black Elite, GOM Scan 1 e GOM ATOS Q.