Dado que los escáneres 3D se han vuelto más asequibles, el escaneo 3D ha cambiado el mundo de la impresión 3D personalizada. En el pasado, el escaneo 3D sólo se utilizaba en la producción de equipos militares y piezas de naves espaciales. Con impresoras 3D de escritorio y portátiles disponibles por unos pocos cientos de dólares, el escaneo 3D ha encontrado un lugar en proyectos divertidos y de pasatiempo en el hogar. Puede llevar sus proyectos de impresión 3D al siguiente nivel con un escáner 3D asequible. Después de todo, la impresión 3D personalizada es un fenómeno nuevo y de moda. Incluso el escaneo 3D mínimo está disponible en teléfonos inteligentes como el iPhone 12 Pro y el iPhone 13 Pro. Este artículo analizará el escaneo 3D, de qué se trata y cómo comenzar con el escaneo 3D.
¿Qué son los escáneres 3D?
El escaneo 3D convierte objetos físicos en modelos digitales 3D, capturando la forma y geometría del objeto. Es una tecnología no destructiva y sin contacto que crea nubes de puntos de datos a partir de la superficie de un objeto con la ayuda de escaneo láser u otros métodos de escaneo. Ayuda a adquirir la forma y el tamaño exactos de un objeto real como una representación digital 3D. El escaneo 3D también ayuda a capturar detalles de geometrías complejas y contornos irregulares, que no son prácticos de medir, modelar o estimar con métodos tradicionales.
Escáneres 3D para ingeniería de espalda
El escaneo 3D no es algo nuevo. Se ha utilizado en las industrias militar, aeronáutica y aeroespacial para ingeniería inversa o inversa. La ingeniería inversa es un proceso de recreación de un producto o pieza sin documentación, dibujos o modelos 3D. Se han utilizado escáneres 3D para crear modelos CAD digitales para piezas que necesitan ingeniería inversa o reingeniería. El escaneo 3D ha sido útil en la regeneración, optimización y modificación de piezas. La ingeniería inversa implica tres pasos. La primera es adquirir una representación 3D de un objeto con la ayuda de un escáner 3D. En segundo lugar, los datos 3D capturados se convierten en un modelo 3D sólido utilizando un software especializado. Finalmente, el modelo se procesa para eliminar artefactos y se refina para prepararlo para la producción. Posteriormente se convierte a un formato adecuado que puede imprimirse en 3D.
A medida que la impresión 3D se ha vuelto cada vez más popular, el escaneo 3D se ha reinventado para hacerlo más accesible para la impresión 3D personalizada. Con escáneres 3D que valen unos cientos de dólares, el escaneo 3D ha llegado a los usuarios cotidianos, que pueden utilizar la tecnología para modificar y mejorar sus proyectos habituales de impresión 3D. Para los usuarios de impresión 3D de nivel intermedio a avanzado, un escáner 3D es un equipo imprescindible.
¿Cómo funcionan los escáneres 3D?
En primer lugar, los escáneres 3D recopilan datos con la ayuda del escaneo láser. El objeto a escanear en 3D se coloca sobre una mesa que sirve de referencia espacial para el escáner. Utilizando un software especializado, la sonda del escáner se mueve alrededor del objeto y captura los detalles de su superficie. La sonda proyecta un rayo láser sobre la superficie del objeto, que es captado nuevamente por dos sensores de cámara. Los sensores de la cámara rastrean los cambios en la distancia y la forma del rayo láser reflejado en tres dimensiones a medida que la sonda se mueve alrededor del objeto.
El resultado de un escaneo 3D es una colección de millones de puntos llamada Nube . La nube de puntos es una representación 3D sin formato de la forma del objeto. Un escáner 3D normalmente captura hasta 750.000 puntos por segundo con una alta precisión de aproximadamente +/- 0,0005 por ciento.
La nube de puntos se almacena como un archivo informático. Luego, el archivo se fusiona y procesa con la ayuda de un software especializado para crear un modelo CAD digital. A veces, el modelo CAD creado se puede comparar con un modelo 3D diseñado por el usuario para proporcionar un informe de desviación del mapa de colores. El informe es un PDF que detalla las diferencias entre los modelos CAD escaneados y esperados.
Finalmente, el modelo escaneado se procesa y refina para generar un modelo de superficie o un modelo 3D sólido según la aplicación. El procesamiento posterior al escaneo del modelo escaneado suele ser el tema del caso de uso específico. Existen muchos tipos diferentes de escáneres 3D según su tecnología. Independientemente de la tecnología de escaneo, los escáneres 3D funcionan igual.
Aplicaciones de escaneo 3D
Los escáneres 3D ya no se limitan a naves espaciales o a la producción militar. El escaneo 3D es ahora una tecnología ampliamente utilizada en múltiples industrias, incluido el entretenimiento en el hogar y los proyectos de pasatiempos. Algunas de las aplicaciones notables de los escáneres 3D se detallan a continuación.
Impresión 3D para aficionados : los escáneres 3D portátiles y de escritorio son útiles para recrear artículos del hogar, reparaciones, miniaturas, juguetes y otros proyectos de pasatiempos.
Dental : el escaneo 3D se utiliza para diseñar coronas personalizadas e implantes personalizados para satisfacer las necesidades específicas de los pacientes dentales.
Médico : el escaneo 3D se utiliza en una variedad de aplicaciones médicas, incluidas ortopedia, cirugía plástica y prótesis. La digitalización también se utiliza para diseñar ayudas a la movilidad y accesorios para sillas de ruedas. Ahora también se utiliza para crear maniquíes realistas para la práctica médica.
Joyería : el escaneo 3D se utiliza a menudo para replicar, duplicar y reparar joyas antiguas. También se utiliza para almacenar digitalmente diseños de joyería descontinuados o modificar y mejorar diseños actuales.
Arquitectura : el escaneo 3D se usa ampliamente para escanear edificios para reparaciones, estudios y modelado.
Arqueología : el escaneo 3D se utiliza para conservar digitalmente objetos históricos, artefactos, restos óseos e incluso sitios arqueológicos.
Análisis forense : en la ciencia forense, el escaneo 3D se utiliza para replicar escenas del crimen y evidencia como huellas, armas homicidas, agujeros de bala, manchas de sangre, etc.
Ingeniería inversa : el escaneo 3D se ha utilizado ampliamente para ingeniería inversa y reingeniería en áreas como la tecnología automotriz, aeroespacial y militar.
Tecnologías de escaneo 3D
Los escáneres 3D a menudo se clasifican según la tecnología o el método de escaneo. Las clases generales de escáneres 3D se encuentran a continuación.
Triangulación láser : Esta es la tecnología de escaneo 3D más utilizada. En estos escáneres, se proyecta un rayo láser desde una sonda sobre la superficie del objeto y se refleja en un sensor láser que captura líneas láser. Basado en el ángulo de reflexión del sensor láser, el escáner captura detalles precisos y precisos de la superficie y textura del objeto utilizando varias funciones trigonométricas. Sin embargo, el método de triangulación láser es inútil si el objeto es transparente o tiene superficies brillantes.
Escaneo de luz estructurada : este es el método más efectivo de escaneo 3D y lo utilizan los escáneres 3D portátiles. En este método, se proyecta un patrón de luz hacia el objeto y un par de sensores de cámara capturan la luz reflejada. Los sensores de la cámara están colocados a ambos lados del proyector. Estos sensores de cámara miden patrones de luz de cada lado y calculan las diferencias en cada punto en un campo de visión determinado. Los sensores evalúan cómo el objeto deformó el patrón de luz triangulando múltiples puntos de referencia en diferentes escaneos de objetos. Mediante triangulación y comparación repetitivas, se obtienen la forma y las dimensiones exactas del objeto con la ayuda de un software especializado. Este método de escaneo 3D es más eficaz y portátil. Sin embargo, el escaneo puede verse afectado por las condiciones de iluminación. Por lo tanto, se utiliza a menudo para aplicaciones específicas de escaneo 3D, como las médicas, dentales y arqueológicas.
Escaneo 3D LiDAR : este tipo de escaneo 3D lo utilizan teléfonos inteligentes como el iPhone. En este método, se proyectan rayos de luz hacia el objeto y luego se calculan la forma y las dimensiones del objeto en función del tiempo que tarda la luz en reflejarse. El funcionamiento de los escáneres LiDAR es idéntico al de los escáneres de tiempo de vuelo utilizados para mapear el terreno, los edificios y las estructuras arquitectónicas.
Escaneo de pulso láser : también se llama escaneo de tiempo de vuelo. En este tipo de escaneo 3D, se disparan pulsos láser a un objeto y son capturados por un sensor. A partir del intervalo de tiempo entre la emisión y la recogida de pulsos, se calculan los detalles geométricos de la superficie del objeto.
Escaneo fotogramétrico : en este tipo de escaneo 3D, se construye un modelo 3D de un objeto con la ayuda de una colección de fotografías 2D del objeto. El método utiliza visión por computadora y algoritmos geométricos para crear una representación 3D de la superficie u objeto.
Escaneo 3D basado en contacto : en este método, los puntos de la superficie de un objeto se capturan mediante una sonda mecánica o física.
Tipos de escáneres 3D
Además de la tecnología de escaneo 3D, los escáneres 3D vienen en varios tamaños y modelos. Un escáner 3D para escanear joyas no sería útil para escanear objetos grandes. Asimismo, no se utilizaría un escáner 3D de superficie plana para estudios arquitectónicos. Los escáneres 3D generalmente se identifican por su aplicación. Los principales tipos de escáneres 3D son los siguientes.
- Escáneres 3D de escritorio
- Escáneres 3D portátiles
- Escáneres 3D para joyería.
- Escáneres LiDAR terrestres
- Escáneres metrológicos 3D
- Escáneres de localización y mapeo simultáneos (SLAM)
- Escáneres 3D de escritorio para odontología
- Escáneres corporales 3D
Cómo comprar un escáner 3D
Se deben hacer muchas consideraciones importantes antes de optar por un escáner 3D específico. Primero, debe seleccionar escáneres 3D según su caso de uso. Cada tipo de escáner 3D generalmente sólo es adecuado para una aplicación específica. Por ejemplo, para la impresión 3D personalizada, se necesitaría un escáner 3D de escritorio o portátil. Por el contrario, para el escaneo arquitectónico se necesitaría un escáner SLAM o iMMS. Un caso de uso específico puede restringir las opciones de escáner 3D disponibles, ya que muchas aplicaciones solo pueden ser realizadas por escáneres 3D industriales.
Es posible que también deba considerar el tamaño de los objetos que se van a escanear. Para objetos pequeños, los escáneres 3D estacionarios son mejores porque proporcionan mayor resolución y precisión. Los escáneres portátiles son adecuados para objetos grandes que deben escanearse al aire libre. Es posible que los escáneres portátiles no tengan la resolución, velocidad y precisión que ofrecen los escáneres estacionarios.
Antes de tener en cuenta las principales características de los modelos disponibles, la siguiente consideración es el presupuesto. Los escáneres 3D profesionales están disponibles desde unos pocos cientos de dólares hasta decenas de miles. El precio oscila entre 400 y 200.000 dólares por el equipo de escaneo 3D. Para los usos más comunes, podemos dividir los escáneres 3D en tres segmentos de precios: escáneres 3D económicos (precio de hasta 1.000 dólares), escáneres 3D profesionales (precio entre 1.000 y 10.000 dólares) y escáneres 3D industriales (precio superior a 10.000 dólares).
El siguiente factor importante a la hora de comprar escáneres 3D es la velocidad. Depende de si el escáner se compró para uso profesional, industrial o personal. Lo ideal es que un escáner 3D sea rápido, con una velocidad de escaneo de millones de puntos por segundo y al menos 20 FPS. Para uso personal o de hobby, la velocidad puede verse comprometida.
Otro factor crítico es la resolución y la precisión. La precisión de un escáner 3D suele especificarse en mm. Los escáneres 3D rentables proporcionan una precisión de 0,1 ~ 0,2 mm. Los escáneres 3D industriales son capaces de proporcionar una precisión de hasta 0,009 mm. Cuanto mayor sea la precisión; Se pueden construir modelos 3D más detallados.
Por último, también se debe considerar la compatibilidad con el software de un escáner 3D. Las capacidades del software de un escáner 3D pueden variar desde el escaneo 3D básico hasta el posprocesamiento de alto nivel de modelos 3D. Otro factor crítico a la hora de elegir un escáner 3D es su conectividad. La mayoría de los escáneres 3D de escritorio utilizan una interfaz USB para conectarse a una computadora. Los escáneres planos profesionales también pueden proporcionar conectividad a través de Bluetooth y WiFi. Los escáneres 3D portátiles suelen estar diseñados para combinarse con baterías externas y teléfonos inteligentes.
Los mejores escáneres 3D
Los escáneres 3D de escritorio y portátiles están disponibles en todos los segmentos de precios. Algunos de los escáneres 3D económicos en 2021 incluyen Revopoint POP, Creality CR-Scan 01, escáner 3D Phiz, escáner 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 y Evatronix EviXscan Optima+ M. Algunos de los escáneres 3D profesionales en 2021 incluyen Shining 3D EinScan H, Shining 3D EinScan HX, Scantech iReal 2E, Scantech SIMSCAN, Creaform Handyscan Black Elite, GOM Scan 1 y GOM ATOS Q.