Si sente sempre più spesso parlare di scansione 3D ma: cos’è? Come funziona? E come può aiutare il tuo business? Oggi vi proponiamo una panoramica sulle diverse tecnologie di scansione 3D, il loro funzionamento e i vantaggi che ognuna di esse comporta.
Cos’è la scansione 3D?
La scansione 3D consiste in un processo di raccolta di dati relativi alle superfici di un oggetto fisico tramite un apposito macchinario (scanner 3D). Le informazioni raccolte da uno scanner 3D descrivono la forma dell’oggetto in termini di spazio tridimensionale. Il risultato della scansione è una digitalizzazione dell’oggetto, il quale può essere modificato, rielaborato ed in fine anche stampato in 3D, per tornare ad una forma fisica.
Come funziona uno scanner 3D?
Esistono numerose tecnologie e tipologie di scansione 3D. In generale, la tipologia più diffusa è quella che utilizza laser (triangolazione laser), ma spesso vengono usate tecnologie che sfruttano luce (luce strutturata) e mappatura fotografica (fotogrammetria). Ogni tipologia di scansione ha vantaggi e limitazioni proprie, ed ognuna un costo relativo.
Vediamole insieme.
1) Scanner 3D a triangolazione laser
La triangolazione, come suggerisce il termine, è un processo geometrico-matematico che utilizza 3 punti nello spazio per costruire un piano (triangolo) che li contenga tutti e tre.
Gli scanner basati sulla tecnica della triangolazione laser sfruttano, appunto, un fascio laser per l’analisi delle superfici di un oggetto. Il fascio laser, emesso ad impulsi costanti dallo scanner, colpisce la superficie dell’oggetto da analizzare, vi si riflette sopra e torna indietro allo scanner, che lo capta grazie ad un sensore. Il sensore calcola lo scostamento della traiettoria e sfruttando un’operazione trigonometrica viene calcolato l’angolo di deviazione. L’angolo calcolato fornisce allo scanner informazioni sulla distanza dall’oggetto scansionato. Raccogliendo un elevato numero di informazioni di questo tipo, i software dello scanner riescono a mappare ogni punto della superficie dell’oggetto e di conseguenza costruirne una copia digitale.
Oltre al fatto di essere la tecnologia più accessibile economicamente, un vantaggio di questa tecnologia è la sua altissima risoluzione ed accuratezza. Al contrario però, l’utilizzo di un laser pone limiti nel caso di superfici riflettenti o trasparenti.
2) Scanner 3D a Luce strutturata
Anche gli scanner che usano la luce strutturata si basano la tecnica della triangolazione, ma invece di sfruttare un laser utilizza una serie di proiezioni di luce. Una lampada proiettore viene affiancata da una serie di telecamere ad angolazioni differenti. I sensori delle telecamere analizzano i pattern di luce proiettati sull’oggetto scansionato calcolando di conseguenza delle coordinate XYZ per i punti della superficie illuminati dalla proiezione. Il colore della luce della proiezione impatta in maniera diretta sulla risoluzione della scansione finale: ad esempio scanner a luce blu garantiscono la qualità di acquisizione migliore in assoluto, grazie alla precisione data dalla corta lunghezza d’onda della luce blu.
Anche questa tecnologia si dimostra estremamente accurata e rapida nella fase di acquisizione e la migliore in termini di cancellazione di rumori di fondo, ma è tuttavia molto sensibile alle condizioni di illuminazioni dell’ambiente di scansione: le sue performances subiscono un drop notevole in casi di forte illuminazione e scansioni in esterno.
3) Scanner 3D a fotogrammetria
Come suggerito dal suo nome, questa tecnologia di scansione 3D estrapola informazioni sulla geometria di un oggetto basandosi sull’analisi di una serie di fotografie ad altissima risoluzione dell’oggetto scansionato dietro complessi algoritmi geometrici.
Una fotocamera cattura immagini dell’oggetto in rapida successione e da prospettive ed angolazioni sempre differenti. Un potente software analizza le immagini e tramite una serie di calcoli riesce a stabilire l’orientamento dei vari punti nello spazio tridimensionale. Assieme alle fotocamere altri sistemi giroscopici tengono traccia dei movimenti dello scanner attorno all’oggetto.
Tra i punti di forza maggiori di questa tecnologia c’è sicuramente la libertà di movimento del macchinario di scansione, che può essere mosso ed angolato secondo le preferenze dell’utilizzatore. Questo tipo di tecnologia non risente gravemente delle condizioni di illuminazione ambientale, rendendolo adatto anche ad acquisizioni all’aperto.
Rimane anche con questa tecnologia la limitazione all’acquisizione di oggetti altamente riflettenti o trasparenti. In oltre la risoluzione della singola fotografia impatta grandemente sulla risoluzione delle superfici dell’oggetto 3D. In ultimo, il tempo e la potenza di calcolo necessari a processare le immagini tridimensionali sono sicuramente maggiori rispetto alle tecnologie precedentemente illustrate.
Scansione 3D: Controllo dimensionale e Reverse Engineering
A cosa può essere utile utilizzare la scansione 3D in ambito produttivo?
Sebbene possa risultare costosa, i benefici offerti dall’impiego di questa tecnologia ripagano a pieno gli investimenti iniziali.
Grazie alla scansione 3D è possibile ottimizzare prodotti già esistenti in pochissimo tempo, riducendo sprechi di tempo e costi di progettazione guadagnando invece una spinta competitiva sul piano produttivo.
Utilizzando le più avanzate ed innovative tecnologie di scansione 3D, moltissimi produttori hanno già accesso a tutta una serie di dati dimensionali ad altissima precisione. Questo tipo di informazioni possono contribuire ad una semplificazione ed ottimizzazione dei processi di produzione. Identificando in anticipo geometrie problematiche e parti a rischio, i produttori possono risparmiare tempo e denaro intervenendo prontamente sulle geometrie dell’oggetto. Inoltre, la scansione 3D si presta perfettamente come tool di controllo dimensionale a fine produzione.
Altri aspetti positivi dell’integrazione della scansione 3D nel workflow di un’azienda sono l’opportunità di sfruttare i modelli 3D per operazioni di reverse engineering su pezzi e componenti già esistenti al fine di ottimizzarne le prestazioni oppure la riproduzione di pezzi originali e pezzi di ricambio in tempi rapidissimi e senza necessità di progettazioni ex novo.
I vantaggi della scansione 3D
La scansione 3D può essere applicata in un vasto numero di campi comportando una serie di vantaggi tangibili e, per alcuni versi, quasi rivoluzionari.
Vi riportiamo alcuni esempi pratici per farvi capire le potenzialità di questa tecnologia.
Scansione 3D e stampa 3D in campo medico e sanità
La scansione e la stampa 3D hanno trovato nel campo medico una vastissima applicazione grazie a caratteristiche uniche come:
- Tecnologie non invasive: la scansione 3D può avvenire senza un diretto contatto con i tessuti dei pazienti. Un esempio è rappresentato dallo scanner 3D intraorale usato in ortodonzia, che presenta una forma simile proprio a quella di uno spazzolino da denti e che non necessita di contatto con i tessuti e le strutture della cavità orale. Soprattutto nel caso di analisi di tessuti molli, l’utilizzo di uno scanner 3D garantisce un grado di accuratezza ancora maggiore, questo perché lo scanner non appoggiandosi alla superficie morbida non ne modifica la forma naturale;
- Rapidità: le scansioni avvengono in pochi minuti così come l’elaborazione delle immagini velocizzando il processo di analisi e successiva creazione di un’ipotetica protesi o prototipo;
- Altissima customizzazione: grazie alla scansione 3D è possibile ottenere duplicati esatti per ogni tipo di geometria, permettendo la produzione di protesi, tutori, supporti o riproduzioni perfettamente customizzabili e adattabili all’anatomia dei pazienti
- Grado di accuratezza elevatissimo: il grado di accuratezza raggiunto dagli scanner 3D permettono di creare protesi che si adattano perfettamente alle caratteristiche fisiche e alle esigenze del paziente. Allo stesso tempo i modelli 3D possono essere usati dai medici in fase preoperatoria per affrontare con maggiore precisione qualunque intervento;
- Materiali innovativi e biocompatibili: se a seguito della scansione si necessita di protesi o strumenti medicali su misura, interviene anche la stampa 3D. Gli innovativi materiali utilizzati per la stampa 3D, sviluppati appositamente per protesi mediche e odontoiatriche, hanno un grado di rigetto quasi nullo.
Tutti questi elementi rendono la combinazione di scansione 3D e stampa 3D ideale per la produzione di:
- modelli anatomici su misura;
- protesi su misura;
- ortesi su misura;
- stampa dentale (distanziatori, impianti, ecc.);
- attrezzature mediche;
- solette.
Scansione 3D e stampa 3D per l’architettura
Gli scanner 3D vengono già ampiamente utilizzati in architettura, per l’edilizia e l’ingegneria civile e industriale. Essi immagazzinano una mole di dati enorme che permettono di ricostruire in un file CAD oggetti di grandi dimensioni come stanze, sculture, infrastrutture. A differenza di una normale mappatura laser, la scansione 3D riesce a catturare anche elementi come arredi, finestre, dettagli di pavimenti.
Tutto ciò permette agli esperti di:
- Creare modelli 2D (quindi piante, sezioni, modelli) partendo dai dati 3D;
- Simulare processi di ristrutturazione o ampliamento di edifici già esistenti attraverso l’uso dei modelli tridimensionali;
- Eseguire analisi dettagliate e rilievi su infrastrutture esistenti per eventuali verifiche;
- Eseguire lavori di restauro su opere artistiche e sculture grazie al Reverse Engineering;
- Raccogliere dati per progettare e stampare modelli plastici in 3D, da utilizzare in fase di studio o presentazione ai clienti.
Scansione 3D: Treddy in aiuto di aziende e liberi professionisti
Treddy oltre ai suoi servizi di produzione additiva offre ai suoi clienti anche un servizio completo di scansione 3D, controllo dimensionale e reverse engineering. Se avete un’azienda o siete liberi professionisti e volete approfondire alcuni aspetti legati alla scansione 3D e alla stampa 3D, vi invitiamo a contattarci tramite e-mail o telefono.
Il nostro staff sarà lieto di rispondere a tutte le vostre domande!
