اسکن سه بعدی

اسکن سه بعدی:

اسکن سه بعدی: فناوری جدید دیگری است که این روزها مانند پرینت سه بعدی بسیار بر سر زبان‎ها افتاده است. لغت گسترده‎ای که شامل فرآیند‎ها و برنامه‎های گوناگونی می‎شود. تکنولوژی اسکن سه بعدی به فرد اجازه می‎دهد اشیاء سه بعدی را خلق کند. با کمک این فناوری فرد می‎تواند یک کپی دیجیتالی از اجسام فیزیکی در دنیای واقعی بگیرد.

در این مطلب قصد داریم به طور کامل فناوری اسکن سه بعدی را بررسی کنیم. با ما همراه شوید.

فناوری اسکن سه بعدی و انواع اسکنر مختلف سه بعدی

با کمک فناوری اسکن سه بعدی می‎توانیم اشیاء سه بعدی خلق کنیم. برای این که مقدار تاثیرگذاری تکنولوژی اسکن سه بعدی را متوجه شوید بازسازی جمجمه یک شخص را در نظر بگیرید که به شدت صدمه دیده است، پزشکان با کمک فناوری سی تی اسکن از آن تصویربرداری کرده‎اند و برای بخش صدمه دیده یک قطعه طراحی و از جنس تیتانیوم پرینت سه بعدی گرفته شده است.

یا در کاربردی دیگر می‎توانیم میراث فرهنگی و هنری را به صورت دیجیتالی در آوریم، و آن را در برابر زمان و تاثیرات  ناشی از جنگ در امان نگه داریم. دنیای آینده به نظر به این شکل است که برای هر چیزی یک نمونه دیجیتالی وجود دارد.

جهانی که در آن فرقی بین واقعیت فیزیکی و دیجیتالی نیست و واقعیت مجازی (VR) مانند هر چیز دیگری است. شاید در نگاه اول سخنان ما با واقعیت فاصله زیادی داشته باشد.

 

تکنیک‎ های اسکن سه بعدی

باید بگوییم برای استفاده از پرینت سه بعدی از دو تکنیک اسکن سه بعدی استفاده می‎شود:

  • فوتوگرامتری (نورسنجی)
  • اسکن نوری

اسکن سه بعدی فوتوگرامتری

برای آغاز اسکن سه بعدی ساده‎ترین راه استفاده از فوتوگرامتری یا نورسنجی است. بنیاد و اساس این راه ثبت عکس‎های مختلف دو بعدی از اطراف سوژه از زوایای مختلف و اتصال آن‎ها به یکدیگر و تبدیل به یک تصویر نهایی سه بعدی با کمک تکنیک‎های پردازش عکس است.

مرحل آخر تبدیل عکس‎های دو بعدی به یک عکس سه بعدی به وسیله نرم‎افزار صورت می‎گیرد. برای گرفتن تصاویر فقط به یک دوربین نیاز است یعنی می‎توانید این کار را حتی با دوربین گوشی هوشمند خود انجام دهید!

مرحله بعدی یعنی ترکیب عکس‎ها را می‎توان توسط نرم‎افزارهایی مانند D Catch 123 (محصول شرکت محبوب AutoDesk)، Trimensional و Trnio انجام داد. در این نرم‎افزارها تمامی نقاط همپوشانی عکس‎ها با یکدیگر مطابقت داده می‎شوند تا یک مدل سه بعدی در نهایت به وجود آید.

اسکن سه بعدی مبتنی بر نور

برای اسکن سه بعدی مبتنی بر نور از دو نوع مرسوم اسکنر سه بعدی استفاده می‎شود یعنی «نور ساختار یافته» و «اسکن لیزری». اسکنرهای سه بعدی نور ساختار یافته، برای عکاسی الگوهایی از نور را روی جسم می‎تابانند. طبق تغییرات الگوی نور، شکل قطعه مشخص می‎شود و یک فایل سه بعدی یا یک ماکت دیجیتال ساخته می‎شود.

اسکن سه بعدی لیزری روش متفاوتی را به کار می‎گیرد. اسکن لیزری زاویه‎ای از لیزرهای منعکس را می‎سنجد که می‎تواند به مختصات سه بعدی یک شیء و به همین صورت به یک فایل مش سه بعدی تبدیل شود.

در اکثر اسکنرهای سه بعدی که در بازار وجود دارند از فناوری اسکن لیزری استفاده می‎شود. بعضی از مدل‎ها مانند اسکنرهای شرکتStructure.io  یا iSense شرکت ۳D Systems تنها یک فرستنده و گیرنده (یک لیزر و حسگر) هستند که امکان نصب آن‎ها روی گوشی هوشمند نیز وجود دارد.

در حالی که سایر اسکنرهای سه بعدی یک سکوی چرخشی کوچک را به کار می‎گیرند تا شیء خود را روی آن قرار دهند و سپس این قطعه را اسکن می‎کنند. به عنوان مثال شیوه کار اسکنر Makerbot digitizer به این صورت است.

اسکنر سه بعدی به دستگاهی گفته می‎شود که این توانایی را به ما می‎دهد تا قطعات صنعتی در دنیای واقعی را تجزیه و تحلیل کنیم. از جمله کاربردهای این دستگاه می‎توان به جمع‎آوری فایل‎ها به شکل دیجیتالی طبق شکل و ظاهر فعلی آن‎ها اشاره کرد. این دستگاه می‎تواند اطلاعات مربوط به شکل، رنگ، ظاهر و حجم اجسام را جمع‎آوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد.

هدف اصلی یک اسکنر سه بعدی به وجود آوردن یک ابر نقطه از نمونه‎های هندسی از سطح یک جسم و شبیه‎سازی مجازی اشیاء است. در طراحی اسکنرهای سه بعدی از تکنولوژی‎های بسیار گوناگونی استفاده می‎شود و هر فناوری هزینه، مزایا و محدودیت‎های خاص خود را دارد.

از این اطلاعات سه بعدی به دست آورده شده می‎توان در زمینه‎های مختلف کاربردی استفاده کرد.

از اسکنر سه بعدی به شکل وسیعی در صنایع مختلف مانند سرگرمی و تولید فیلم و بازی‎های ویدئویی استفاده می‎شود. از جمله کاربردهای مرسوم دیگر فناوری اسکن سه بعدی می‎توان به طراحی صنعتی، ساخت اعضای مصنوعی، مهندسی معکوس و نمونه‎سازی سریع، کنترل کیفیت و مستندسازی مصنوعات فرهنگی اشاره کرد.

باید بگوییم برای ایجاد یک فایل سه بعدی از یک شیء راه‎های مختلفی وجود دارد. در یک دسته‎بندی عمومی می‎توان اسکنرهای سه بعدی را در دو گروه تماسی و غیرتماسی قرار داد که نوع غیرتماسی خود به دو مدل فعال و غیر فعال وجود دارد.

 

اسکنر غیر تماسی فعال

نوعی اسکنر که از تابش نور یا پرتوافکنی استفاده می‎کند و به کمک بازتاب این پرتوها شیء مورد نظر و محیط اطراف آن را شناسایی می‎کند. از جمله این اسکنرها می‎توان به اولترا سونیک و اشعه ایکس اشاره کرد.

اسکنر سه بعدی مثلثی

نوع دیگری از اسکنرها که با کمک نور لیزر به شکل خطی یا نقطه‎ای و همچنین به کارگیری یک حسگر یا دوربین کار اسکن سه بعدی را انجام می‎دهد. به دنبال جمع‎آوری نور لیزر بازتابیده شده از شیء به وسیله حسگر یا دوربین و به کارگیری یک سیستم محاسبات مثلثاتی، مسافت شیء تا اسکنر اندازه‎گیری می‎شود. این مسافت به همراه زاویه بین حسگر و منبع لیزر با دقت بالا مشخص است.

سیستم متناسب با نور لیزر بازتابیده شده از نمونه اسکن می‎تواند زاویه تابش نور به حسگر را بسنجد و بنابراین مسافت منبع نور تا سطح جسم را محاسبه کند.

 اسکنر سه بعدی با نور ساختار یافته

همچنین در این مدل از اسکنرها برای اندازه‎گیری فاصله از سیستم محاسبات مثلثاتی استفاده می‎شود. این دسته از اسکنرها در عوض استفاده از یک نور خطی و یا نقطه‎ای لیزر از تابش الگوهای خطی ساختار یافته‎ای روی سطح جسم اسکن شده کمک می‎گیرد. با بررسی لبه‎های هر کدام از خطوط نوری الگوی تابانده شده، مسافت اسکنر تا سطح نمونه اندازه‎گیری می‎شود.

اسکنر سه بعدی time of flight (زمان پرواز)

در این مدل از اسکنرهای سه بعدی برای سنجش مسافت از پالس‎های لیزر استفاده می‎شود. شیوه عمل اسکنرهای سه بعدی زمان پرواز بر پایه یک مفهوم بسیار ساده فیزیک است. چون سرعت نور مشخص و برابر با مقدار C است، برای دستیابی به فاصله منبع نور تا سطح شیء فقط باید مدت زمانی را محاسبه کرد که نور لیزر برای رسیدن به شیء از منبع خود طی می‎کند که سپس این نور به کمک حسگر ضبط می‎شود. مدارهای به کار گرفته شده در این نوع اسکنرها دقت اندازه‎گیری در حد پیکو ثانیه دارند.

اسکنر غیر تماسی غیر فعال

در این مدل از اسکنرهای سه بعدی هیچ نوع اشعه‎ای از آن‎ها ساطع نمی‎شود، بلکه به منظور مشخص‎سازی جسم مورد نظر از بازتاب تابش نور محیط کمک می‎گیرند. اکثر اسکنرهای غیرتماسی غیر فعال از نور مرئی بهره می‎برند چون به سهولت در دسترس است. ولی سایر اشعه‎ها مانند مادون قرمز نیز می‎توانند در این نوع اسکنرها به کار گرفته شوند. استفاده از این اسکنر هزینه زیادی به همراه ندارد چون به جز یک دوربین دیجیتالی نیازی به هیچ سخت‎افزار خاص دیگری نیست.

مزایای استفاده از اسکنر سه بعدی:

  • راهی سریع و ساده به منظور ایجاد فایل سه بعدی از یک نمونه واقعی
  • راهی ساده به منظور اسکن نمونه‎های دارای سطح بالایی از جزئیات
  • استفاده در فرآیند‎های معندسی معکوس برای ساخت قطعات به شکل فوری
  • بهبود فرآیند‎های شخصی‎سازی در ساخت لوازم و تجهیزات مختلف
  • کاهش وابستگی به دانش طراحی سه‎ بعدی اجسام
  • کاهش زمان و هزینه

 

کاربردهای اسکن سه بعدی:

صنعت ماشین‎سازی

از اسکنرهای سه بعدی می‎توان در طراحی و ساخت قطعات بدنه ماشین استفاده کرد. مثلا برای طراحی اولیه قطعات ماشین و برداشت اندازه از موقعیت‎های مونتاژی می‎توان از این تجهیزات استفاده کرد. علاوه بر این می‎توان ماکت‎های اولیه و دست‎ساز از طراحی‎های مفهومی را به صورت سه بعدی اسکن کرد و در طراحی‎های بعدی به کار برد.

صنعت هواپیمایی

از جمله کاربردهای اسکنرهای سه بعدی در صنعت هواپیمایی می‎توان به ساخت منحنی‎های آیرودینامیک و بررسی و کنترل کیفیت ساخت اجزای هواپیما اشاره کرد. مثلا این امکان وجود دارد که به کمک تجهیزات اسکنر سه بعدی علاوه بر اسکن کردن اجزای هواپیما و تبدیل آن به مدل‎های CAD از مدل به وجود آمده در نرم‎افزارهای تحلیل تنش Finite Element استفاده کرد.

صنعت پزشکی

یکی از حوزه‎هایی که در آن می‎توان از اسکنرهای سه بعدی استفاده زیادی کرد صنعت پزشکی است. به عنوان مثال برای مشخص‎سازی موقعیت دقیقی و ابعادبرداری از محل کاشت دندان می‎توان محل مربوطه را با دقت بالا اسکن و توسط آن دندان را برای موقعیت دقیق خود محل طراحی کرد. در مرحله بعدی می‎توان توسط ماشین‎های CNC ایمپلنت را با دقت و کیفیت بالا ساخت.

صنایع قالب ‎سازی و پلاستیک‎ سازی

استفاده از اسکنر سه بعدی در صنایع قالب سازی و پلاستیک سازی به منظور ساخت قالب های تزریق پلاستیک، بادی، باکالیت و غیره باعث می‎شود کار سریع‎تر به جلو پیش برود. از نمونه اولیه ابعاد برداری می‎شود تا اجزای ساخت قالب و بررسی کیفی آن‎ها مشخص شود.

استفاده از اسکنر سه بعدی باعث می‎شود از سطوح مختلف نمونه‎های اولیه، الکترود، ابزار و قطعات قالب تزریق بدون توجه به اندازه، جنس و رنگ قطعات، اندازه‎گیری‎های غیر تماسی انجام شود. نسبت به تکنیک‎های لمسی این روش سرعت بیشتری دارد و کاملا از منحنی‎های پیچیده استفاده می‎کند.

صنایع ریخته گری و دایکست

استفاده از اسکنرهای سه بعدی در صنایع ریخته گری ماسه و دایکست برای تضمین کیفیت است. در این صنایع کاربردهای مختلفی برای اسکنرهای سه بعدی وجود دارد از جمله تهیه مدل سه بعدی اولیه، طراحی صفحات مدل و جعبه ماهیچه‎های قطعه.

پس از ساخت قطعات ریخته‎گیری با کمک این تجهیزات می‎توان موارد مختلفی مانند هندسه قسمت، ضخامت مواد، انقباض و پیچ و سایر مسائل فنی قطعه را بررسی کرد.

خانه تماس