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 3D 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 هزینهها
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.
