Gli scanner 3D sono dispositivi che acquisiscono le misure tridimensionali di un oggetto o di una superficie per creare una rappresentazione digitale 3D. Questi dispositivi utilizzano diverse tecnologie (a seconda del modello), come la luce strutturata, la fotogrammetria e il laser, per analizzare l’oggetto da varie angolazioni e ottenere dati sulla sua forma, dimensione e consistenza.
Gli scanner 3D sono ampiamente utilizzati in diversi settori industriali. Poiché consentono di creare modelli digitali precisi e dettagliati, semplificano la progettazione, l’analisi e la rappresentazione di oggetti reali in un ambiente digitale.
Gli scanner 3D con tecnologia LiDAR emettono impulsi laser e, grazie a un sensore, misurano il tempo di ritorno di questi impulsi riflessi dall’oggetto bersaglio per misurare la distanza tra questo e il dispositivo. In questo modo, sono in grado di creare una nuvola di punti tridimensionale che rappresenta la superficie dell’oggetto.
Questa tecnologia emette un raggio laser che viene poi riflesso dall’oggetto. Misurando gli angoli tra la sorgente del raggio, l’oggetto su cui cade il raggio e il sensore che riceve il raggio riflesso, è possibile calcolare le distanze con grande precisione in base al principio della triangolazione.
Scanner a tempo di volo (ToF)
Gli scanner laser ToF inviano impulsi di luce verso l’oggetto e misurano il tempo impiegato dal segnale luminoso per tornare allo scanner. Queste informazioni permettono di determinare la distanza e di creare un’immagine 3D dell’oggetto.
Scanner a spostamento di fase
Questa tecnologia si basa sulla differenza di fase tra il raggio laser emesso e quello riflesso dall’oggetto. Misurando la differenza di fase tra i due raggi, è possibile calcolare la distanza e creare un modello 3D.
Questi scanner proiettano modelli di luce sull’oggetto e catturano la deformazione di questi modelli per calcolare le coordinate tridimensionali della superficie dell’oggetto.
Quali sono le applicazioni degli scanner 3D nell'industria?
Gli scanner 3D hanno un’ampia gamma di applicazioni nell’industria:
Grazie alla loro versatilità, gli scanner 3D per la metrologia sono in grado di misurare pezzi di tutte le dimensioni, dalle piccole parti elettroniche alle grandi strutture come aerei e navi. Permettono di effettuare misurazioni con maggiore precisione, di velocizzare i processi di controllo qualità e di facilitare lo sviluppo di prodotti innovativi in vari settori. Sono diversi i segmenti industriali che traggono vantaggio dall’uso degli scanner 3D per la metrologia. Ad esempio, nell’industria aerospaziale vengono utilizzati per misurare i componenti di precisione per la produzione di aerei. Anche il settore automobilistico li utilizza per controllare la qualità dei pezzi prodotti in serie.
Produzione
Gli scanner 3D sono molto utilizzati anche nella produzione di parti e attrezzature, in quanto la loro precisione permette di valutare la conformità conformità dei prodotti finiti ai requisiti delle norme e dei regolamenti tecnici applicabili.
Nei laboratori
I laboratori di ricerca e sviluppo utilizzano gli scanner 3D per diverse applicazioni. Sono molto utili nei progetti di reverse engineering, sia per ottenere informazioni sul design di un prodotto esistente (in base alla sua misurazione e alla successiva modellazione tridimensionale) sia per simulare il comportamento dei pezzi in determinate condizioni.
Modello di scanner 3D HP-L-8.9 di Hexagon Manufacturing Intelligence per la misurazione del braccio e il reverse engineering
Reverse engineering dai dati dello scanner 3D con i calcoli del software REcreate di Hexagon Manufacturing Intelligence
Come funziona uno scanner 3D?
Lo scopo dell’utilizzo di uno scanner è quello di generare il modello digitale di un oggetto per effettuare analisi che permettano di individuare eventuali difetti, misurare dimensioni e forme o addirittura confrontare le caratteristiche del prodotto con le tolleranze definite per la sua fabbricazione. La scansione viene solitamente effettuata con uno scanner portatile. Tuttavia, a volte viene eseguita automaticamente con un braccio robotico.
Ci sono tre elementi principali che sono indispensabili per il processo di digitalizzazione:
Una sorgente luminosa (laser blu, rosso o bianco), che proietta sull’oggetto un determinato schema di luce, a seconda dello scanner (la luce blu permette di filtrare la luce bianca dell’ambiente).
Una o più telecamere leggono il modello di luce proiettato sull’oggetto e deformato dal suo rilievo. È dall’immagine deformata di questo modello che viene creato il modello dell’oggetto in questione.
Un computer raccoglie i dati e, utilizzando calcoli trigonometrici, determina le distanze tra i punti dell’immagine.
Esistono diverse tecnologie e tecniche per acquisire e misurare la geometria tridimensionale di un oggetto nelle applicazioni industriali. Ecco le fasi principali di questo processo:
1. Acquisizione dei dati dall’oggetto fisico: gli scanner 3D utilizzano metodi di acquisizione dei dati come la luce strutturata, il laser, la luce infrarossa, la stereofotogrammetria o la tomografia computerizzata (TC) per digitalizzare la superficie o la struttura dell’oggetto.
2. Creazione della nuvola di punti: le coordinate tridimensionali misurate vengono combinate per creare una nuvola di punti. Questa nuvola di punti rappresenta la superficie esterna dell’oggetto e contiene milioni di punti con le rispettive coordinate XYZ.
3. elaborazione dei dati: una volta creata la nuvola di punti, i dati ottenuti devono essere elaborati per eliminare gli errori o i disturbi causati da riflessi, ombre o interferenze. Per filtrare e ottimizzare la nuvola di punti viene utilizzato un software specifico.
4. creazione del modello digitale 3D: a partire dalla nuvola di punti già elaborata, il sistema crea un modello tridimensionale completo dell’oggetto digitalizzato. Questo modello può consistere in una maglia di triangoli o in una maglia volumetrica più dettagliata, a seconda della precisione richiesta. *
5. analisi e applicazione dei dati: il modello digitale 3D può essere utilizzato per vari scopi, come l’ispezione della qualità, il reverse engineering, l’analisi della deformazione, la simulazione, la progettazione assistita da computer (CAD) o la stampa 3D.
Quali sono i vantaggi dell'utilizzo degli scanner 3D nell'industria?
I dati raccolti dagli scanner 3D sono estremamente accurati e dettagliati e offrono quindi diversi vantaggi:
Prodotti di migliore qualità: gli scanner 3D sono in grado di acquisire dati con un elevato grado di accuratezza, consentendo così misurazioni affidabili e precise di oggetti e parti. Contribuiscono quindi a una migliore qualità di produzione e a una maggiore conformità ai requisiti tecnici.
Analisi completa: gli scanner 3D forniscono informazioni complete sulla geometria dell’oggetto, consentendo un’analisi dettagliata di dimensioni, forme, difetti e altre caratteristiche chiave del prodotto.
Velocità: gli scanner 3D digitalizzano un oggetto in pochissimo tempo, quindi il loro utilizzo accelera notevolmente i processi di controllo qualità, reverse engineering e progettazione dei prodotti.
Migliore controllo della qualità: gli scanner 3D facilitano l’ispezione e la verifica della conformità dei prodotti agli standard di sicurezza e qualità. In questo modo, contribuiscono alla produzione di prodotti finali affidabili e conformi ai requisiti.
Riduzione dei costi: poiché sono in grado di rilevare rapidamente i difetti dei pezzi prima che vengano utilizzati, gli scanner 3D aiutano a ridurre gli sprechi di materiale e a evitare errori che potrebbero essere costosi. Inoltre, riducono il tempo del ciclo di produzione e quindi i costi di produzione.
Ottimizzazione dei processi produttivi: i dati forniti dagli scanner permettono di individuare le fasi del processo produttivo che possono essere migliorate e ottimizzate.
Reverse engineering: gli scanner 3D vengono utilizzati per creare modelli 3D precisi di oggetti esistenti, il che facilita il processo di reverse engineering e consente di riprodurre o modificare i componenti con grande precisione.
Automazione: alcune operazioni di misurazione e ispezione possono essere automatizzate, riducendo la dipendenza dai metodi di misurazione manuale, che sono più inclini all’errore umano.
Stampa 3D: gli scanner 3D possono essere utilizzati insieme alle stampanti 3D per creare prototipi o parti personalizzate.
Come scegliere uno scanner 3D adatto alle proprie esigenze e quali fattori tenere in considerazione?
La scelta di uno scanner 3D dipende da diversi fattori. Di seguito abbiamo identificato i più importanti per scegliere lo scanner 3D più adatto alle tue esigenze.
Livello di precisione: determina il livello di precisione di cui hai bisogno per le tue misurazioni. Alcune applicazioni richiedono una precisione molto elevata, mentre per altre è sufficiente un livello di precisione inferiore. Opta per uno scanner 3D ad alta precisione se hai bisogno di effettuare misurazioni precise.
Dimensioni e tipo di oggetti: è fondamentale scegliere uno scanner 3D adatto alle dimensioni e alla complessità degli oggetti che stai per digitalizzare. Alcuni scanner sono adatti per oggetti piccoli e con dettagli sottili, mentre altri sono progettati per la digitalizzazione di strutture di grandi dimensioni.
Velocità di scansione: determina la velocità con cui devi scansionare gli oggetti. Alcuni scanner sono più veloci di altri, il che sarà fondamentale nei settori con un alto volume di produzione.
Tipo di superficie: assicurati di scegliere uno scanner 3D adatto al tipo di superficie che vuoi scansionare (riflettente, scura, liscia, ruvida, ecc.).
Tipo di materiale: alcuni scanner non funzionano bene con certi tipi di materiali. Assicurati di scegliere uno scanner in grado di elaborare correttamente i materiali degli oggetti che vuoi digitalizzare.
Tecnologia di scansione: esistono diversi tipi di scanner 3D: a luce strutturata, laser, fotogrammetrici.
Portabilità: se devi digitalizzare oggetti in luoghi diversi o difficili da raggiungere, scegli uno scanner 3D portatile e facile da trasportare.
Software: verifica che il software di elaborazione dati dello scanner 3D sia compatibile con gli altri strumenti CAD/CAM già presenti in azienda, in modo da facilitare il flusso di lavoro. Preferisci un software sofisticato e intuitivo per poter sfruttare al meglio le potenzialità dello scanner 3D.
Prezzo: il prezzo può variare notevolmente da un modello all’altro.