Bien choisir un scanner 3D

Les technologies utilisées dans les scanners 3D sont les suivantes :

Lidar (Light Detection and Ranging)

Les scanners 3D Lidar émettent des impulsions laser pour mesurer la distance entre l’appareil et l’objet cible. Les capteurs détectent ensuite les réflexions des lasers pour créer un nuage de points 3D représentant la surface de l’objet.

Scanners à triangulation laser

Cette technologie utilise un faisceau laser qui se réfléchit sur l’objet à mesurer. En mesurant les angles entre la source du faisceau, l’objet qui reçoit le faisceau incident et le capteur qui reçoit le faisceau réfléchi, on peut, grâce à la triangulation trigonométrique, calculer les distances avec une grande précision.

Scanners à temps de vol (TOF)

Les scanners TOF envoient des impulsions lumineuses vers l’objet, puis mesurent le temps que met la lumière pour revenir au scanner. Cette information est utilisée pour déterminer la distance et ainsi créer une image 3D de l’objet.

Scanners à phase-shift

Ces scanners projettent des motifs de lumière avec des phases différentes sur l’objet. Les capteurs mesurent la déformation des motifs pour calculer la distance et créer un modèle 3D.

Scanners à lumière structurée

Ils utilisent des motifs de lumière projetés sur l’objet et capturent ces motifs déformés pour calculer les coordonnées 3D de la surface de l’objet.

Les scanners 3D ont de nombreuses applications dans l’industrie:

Métrologie et contrôle qualité

Grâce à leur polyvalence, les scanners 3D pour la métrologie sont capables de mesurer des pièces de toutes tailles, des petites pièces électroniques aux grandes structures telles que des avions et des navires. Leur utilisation permet d’améliorer la précision des mesures, d’accélérer les processus de contrôle qualité et de faciliter le développement de produits innovants dans diverses industries.

Les secteurs industriels qui bénéficient des scanners 3D pour la métrologie sont variés. On les retrouve notamment dans l’aérospatiale, où ils sont utilisés pour mesurer des composants de précision dans la fabrication d’aéronefs. De même, l’industrie automobile en profite pour contrôler la qualité des pièces produites en série.

Fabrication

Les scanners 3D sont également largement utilisés dans la fabrication de pièces et d’équipements, où leur précision permet de vérifier la conformité des produits finis aux spécifications requises.

En laboratoire

Les laboratoires de recherche et de développement bénéficient de ces scanners pour des applications variées. Ils peuvent être employés dans des projets de rétro-ingénierie, c’est-à-dire pour comprendre la conception d’un produit existant en créant son modèle 3D à partir de mesures, ou encore pour simuler le comportement de pièces dans des environnements spécifiques.

Scanner 3D modèle HP-L-8.9 du fabricant HEXAGON MANUFACTURING INTELLIGENCE chez Directindustry pour bras de mesure et pour la rétroingénierie

Rétro-ingenierie à partir de données de scanner 3D avec calcul sur le logiciel REcreate du fabricant HEXAGON MANUFACTURING INTELLIGENCE chez Directindustry

Le scanner a pour objectif de générer un modèle numérique d’un objet, afin d’effectuer des analyses pour détecter d’éventuels défauts, mesurer les dimensions et les formes, ainsi que de comparer les caractéristiques du produit avec les tolérances de fabrication.

Le scan est généralement réalisé en tenant un scanner à la main. Certains scans sont réalisés de manière automatisée par un bras robotisé.

Un scan nécessite 3 éléments principaux:

une source de lumière (laser bleu, rouge ou lumière blanche) qui éclaire l’objet avec un maillage déterminé et connu du scanner (le bleu permettant le filtrage de la lumière blanche ambiante)
une ou plusieurs caméras qui vont lire le maillage projeté sur l’objet et déformé par le relief de ce dernier. Cette image déformée du maillage permet de modéliser le relief de l’objet en question.
un ordinateur qui recueille les données et calcule par trigonométrie les distances entre les points du maillage.

Différentes technologies et méthodes sont possibles pour capturer et mesurer la géométrie tridimensionnelle d’un objet dans l’industrie.

Voici les principales étapes :

1. Capturer les données de l’objet à mesurer : Les scanners 3D utilisent des méthodes de capture de données comme la lumière structurée, le laser, la lumière infrarouge, la stéréophotogrammétrie ou la tomographie par ordinateur (CT) pour numériser la surface ou la structure de l’objet.

2. Création du nuage de points : Les coordonnées tridimensionnelles mesurées vont être combinées pour créer un nuage de points. Ce nuage de points représente la surface externe de l’objet numérisé et contient des millions de points avec leurs coordonnées XYZ.

3. Traitement des données : Une fois le nuage de points créé, il est nécessaire de traiter les données pour nettoyer les éventuelles erreurs ou imperfections dues à des reflets, des ombres, ou des interférences. Les logiciels spécialisés sont utilisés pour filtrer et optimiser le nuage de points.

4. Création du modèle 3D : En utilisant le nuage de points, le scanner 3D crée un modèle 3D complet de l’objet numérisé. Ce modèle peut être constitué d’un maillage de triangles qui forme la surface de l’objet ou d’une représentation volumétrique plus détaillée, selon la précision requise.

5. Analyse et utilisation des données : Une fois le modèle 3D créé, il peut être utilisé pour l’inspection de la qualité, la rétro-ingénierie, l’analyse de déformation, la simulation, la conception assistée par ordinateur (CAO) ou encore l’impression 3D.

Les données récoltées par les scanners 3D sont hautement précises et détaillées et offrent dès lors de nombreux avantages :

Amélioration de la qualité des produits: Les scanners 3D peuvent capturer des données avec une précision importante ce qui permet des mesures fiables et précises des objets et des pièces. Cela garantit une meilleure qualité de production et une plus grande conformité aux spécifications.

Analyse complète : Les scanners 3D fournissent des données complètes sur la géométrie des objets, ce qui permet d’analyser en détail les dimensions, les formes, les défauts et autres caractéristiques critiques des produits.

Rapidité : Les scanners 3D sont capables de numériser des objets en quelques instants, ce qui accélère considérablement les processus de contrôle qualité, de rétro-ingénierie et de conception.

Contrôle qualité amélioré : Les scanners 3D facilitent l’inspection et la vérification de la conformité des produits aux normes de sécurité et de qualité, assurant ainsi des produits finaux fiables et conformes aux exigences.

Réduction des coûts : En détectant rapidement les défauts sur les pièces avant leur utilisation, les scanners 3D permettent d’éviter des erreurs coûteuses et de réduire les déchets matériels. Cela permet aussi une réduction des temps de cycle de production et donc des coûts de fabrication.

Optimisation des processus de fabrication : Les données fournies par les scanners permettent aussi d’identifier les zones de processus de fabrication qui pourraient être améliorées et optimisées.

Rétro-ingénierie : Les scanners 3D sont utilisés pour créer des modèles 3D précis d’objets existants, ce qui facilite le processus de rétro-ingénierie et permet de reproduire ou de modifier des composants avec une grande précision.

Automatisation : Certaines tâches de mesure et d’inspection peuvent être automatisées ce qui réduit la dépendance à l’égard des méthodes de mesure manuelles et potentiellement sujettes à des erreurs humaines.

Impression 3D : Les scanners 3D peuvent aussi être utilisés en combinaison avec des imprimantes 3D pour créer des prototypes ou des pièces personnalisées.

Le choix d’un scanner 3D dépend de plusieurs facteurs. Voici les critères principaux à prendre en compte pour choisir le scanner 3D qui correspondra le mieux à vos besoins :

Le niveau de précision: vous devez identifier la précision dont vous avez besoin pour vos mesures. Certaines applications nécessitent une précision très élevée, tandis que d’autres peuvent se contenter d’une précision moindre. Optez pour un scanner 3D offrant une haute précision.

La taille et le type d’objets à numériser : Déterminez la taille et la complexité des objets que vous souhaitez numériser. Certains scanners sont adaptés aux petits objets finement structurés, tandis que d’autres sont conçus pour numériser de grandes structures. Si vous travaillez avec des pièces de grande taille, choisissez un scanner 3D adapté.

La vitesse de numérisation : Évaluez la vitesse à laquelle vous avez besoin de numériser vos objets. Certains scanners sont plus rapides que d’autres, ce qui peut être crucial dans des environnements de production exigeant une haute cadence.

Le type de surface : Assurez-vous que le scanner 3D choisi est adapté aux surfaces que vous souhaitez mesurer (réfléchissantes, sombres, lisses, rugueuses….).

Le type de matériaux : Certains scanners peuvent rencontrer des difficultés avec certains types de matériaux. Assurez-vous que le scanner que vous choisissez fonctionne bien avec les matériaux que vous allez numériser.

Le type de technologie de numérisation : Il existe différents types de scanners 3D ( scanners à lumière structurée, scanners laser, scanners photogrammétriques).

La portabilité : Si vous travaillez sur plusieurs sites ou dans des endroits difficiles d’accès, privilégiez un scanner 3D portable et facilement transportable.

Le logiciel : Vérifiez que le logiciel de traitement de données du scanner 3D est compatible avec vos autres outils de CAO et de FAO pour faciliter le flux de travail. Un logiciel intuitif et puissant est essentiel pour exploiter pleinement les capacités du scanner 3D.

Le prix : Il peut varier considérablement d’un modèle à l’autre.