Примеры кейсов применения 3D-сканеров Thor3D Calibry
Читайте о примерах применения 3D-сканеров Thor3D Calibry в разных областях — в науке, искусстве и музейном деле, тюнинге и ремонте транспорта, медицине и археологии, разработке и производстве.
Thor3D Calibry это лёгкие ручные 3D-сканеры с широчайшим диапазоном применения, малым весом и крайне простым управлением.
Читайте статью, чтобы узнать больше.
Содержание:
- Применение 3D-сканирования с Calibry в искусстве
- Применение 3D-сканирования с Calibry в обратном инжиниринге
- Применение 3D-сканирования с Calibry в медицине и протезировании
- Применение 3D-сканера Calibry в сканировании людей
- Применение 3D-сканера Calibry в археологии
- Оборудование
Применение 3D-сканирования с Calibry в искусстве
3D-сканирование с Calibry в сохранении культурных ценностей
Обелиск Севера в Архангельске
3D-сканеры Calibry применяются для проведения сканирования картин, ваз, скульптурных композиций и других предметов искусства при проведении работ в музеях и реставрационных мастерских.
В этом кейсе описан пример применения сканера для снятия данных с обелиска. Главной задачей было — получить максимально точные данные о форме предмета в сжатые сроки и с минимальными затратами времени и труда персонала.
Основными инструментами для проведения этих работ стали 3D-сканер Calibry и ПО Calibry Nest.
Результатом проведенных работ стали данные о трехмерном предмете с точностью, которая в 50 раз превысила требуемую — требуемая точность, согласно гост, составляла 5 миллиметров.
Обелиск Севера это памятник культуры — монумент, создание которого было посвящено освоению Северного края, открытый в тринадцатую годовщину Великой Октябрьской революции — седьмого ноября 1930 года, в Архангельске. Скульптурная композиция является охраняемым объектом культурного наследия РФ.
Композиция создана из бетона, каменной (гранитной) крошки и песчаника; состоит из постамента, расположенной на нем скульптуры «Помор с оленем», а также собственно обелиска — четырехгранного сужающегося кверху столба характерной для обелисков формы. В основании монумента, на сторонах постамента, находятся барельефные изображения разных видов деятельности народов севера.
Несколько пострадавший от времени памятник потребовал реставрации, которая и была организована властями города Архангельска.
«Памятник изготовлен из хрупкого материала, он подвергается постоянным и интенсивным разрушениям. В последние годы он, как раз, стал интенсивно разрушаться»,
— оценила положение монумента руководитель инспекции по охране объектов культурного наследия Архангельской области Анна Ивченко.
Последствия воздействия атмосферы
Сколы
По соответствующему ГОСТу регламенту, перед тем, как начать работы по восстановлению памятника, к этим работам нужно обязательно подготовить научно-проектную документацию, в которую входят описание технологии предстоящих работ и смета. Подготовленную проектную документацию, включая смету, необходимо согласовать и утвердить со специальной комиссией. Архитектурно-археологический обмер входит в число обязательных для проекта документов.
Раньше при таких работах использовали многочисленные фотографии и ручные замеры, количество которых было очень большим и изрядно отнимало время при подготовке к последующим работам.
В наше время такие замеры делаются всё чаще автоматизированными методами, в том числе посредством фотограмметрии или применением лазерного 3D-сканера. Фотограмметрия – весьма длительный и трудоемкий процесс, требующий высокой концентрации внимания на весьма продолжительном отрезке времени, и к тому же — не предоставляющий достаточной по условиям проекта точности. Лазерное 3D-сканирование также применить не получалось, так как объект был покрыт строительными лесами, и более крупный (по сравнению с оптическим Calibry) лазерный сканер не смог маневрировать в столь обильно загруженном пространстве.
Оптический 3D-сканер Calibry, в отличие от лазерных собратьев, имеет более компактные формы, а следовательно и лучшую маневренность в сложных условиях, то есть — куда лучше подходит для заданий такого рода. Он прекрасно справляется с 3D-сканированием объектов среднего и крупного размеров, таких как люди, скульптуры в человеческий рост, и более массивные — в несколько метров высотой.
Расположенный на корпусе сканера экран помогает инженеру-сканировщику с высокой точностью и продуктивностью производить сканирование, тщательно контролируя его. Небольшие размеры и мобильность сканера, его высокая точность, подходящая под требования заказчика — а точнее, перекрывающая их с лихвой, а также легкость и удобство аппарата стали залогом продуктивности и скорости работы с объектом.
Сканирование обелиска
При оцифровке памятника «Помор с оленем» и пяти барельефных плит его постамента оператор перемещался по сооруженным заранее вокруг скульптуры лесам и производил ручное сканирование. Собственно сканирование заняло порядка четырех часов, а затем полученные сканером данные, в виде облака точек, были обработаны на компьютере, для получения 3D-модели. Обработка, то есть чистка, сшивка и конвертация полученных при сканировании данных производилась в программном продукте Calibry Nest, это отняло ещё пять часов, что, при таком размере модели и полученной точности в 0,1 мм, совсем немного.
Часть скана монумента
После обработки трехмерные данные были конвертированы в твердотельный, то есть — имеющий заполнение, данные не только о поверхности, — объект.
Твердотельная модель
Основываясь на данных твердотельной модели реставраторы могут определять деформации и нарушения структуры объекта — поломанные, вмятые части, выкрошившиеся участки бетона, трещины и тому подобное.
Проверка повреждений скульптуры по твердотельной модели
На основании полученных данных специалисты создадут чертежи для комиссии, затем будут проведены историко-архивные исследования — для сравнения свежих данных и первоначальной формы объекта, и уже на основе этих сравнительных данных будет создан, утвержден и запущен в работу проект — процесс собственно реставрации, — восстановления этого прекрасного памятника.
Компактный и удобный ручной 3D-сканер Calibry прекрасно подошёл для работ по сканированию скульптурной композиции «Обелиск Севера. Помор с оленем» — одной из важных достопримечательностей Архангельска, Столицы Русского Севера. Легкость, компактность, мобильность и простота в обращении — то, что помогло сканеру Calibry отлично показать себя при работе в не самых простых северных условиях. Характеристики сканера перекрыли требуемую ГОСТами точность в полсотни раз, а сам процесс сканирования оказался значительно более быстрым, чем фотограмметрия.
3D-сканирование с Calibry в создании скульптуры из металла с применением 3D-принтера
Российский стартап Parc3D, производящий парковые объекты из металла, применил 3D-сканирование и последующую 3D-печать при выполнении заказа административного аппарата города Выкса.
Задачей этого заказа было создание парковых скульптур из металла, а главной особенностью этой задачи — необходимость найти новый способ создания таких скульптур, более быстрый и дешевый — достойную замену художественному литью.
В работе был использован сканер Calibry и DIY 3D-принтер, а также программное обеспечение Meshmixer, Calibry Nest и Marlin.
Результатом работы стало более чем двукратное ускорение и удешевление создания скульптуры, по сравнению с аналогичным процессом с применением общепринятых традиционных технологий — вместо нескольких месяцев, на это было потрачено около 10 дней, а экономия составила девять тысяч евро.
Небольшой российский город Выкса, основанный в 1765 году и находящийся всего в 350 километрах от столицы, выглядит очень оригинально, благодаря своей архитектуре — традиционные деревянные домики в нем соседствуют с более поздними зданиями, жилыми кварталами и промышленными объектами.
Администрация города, при подготовке к одному из Дней города, решила украсить городские пространства и, в том числе, сделала заказ на скульптуру для парка, символизирующую Выксу. Исполнителем этого заказа стала молодая компания Parc 3D, которая специализируется на изготовлении металлических объектов, которые создает по разным технологиям.
Объектом этого заказа стала металлическая парковая скульптура, изображающая двух рудокопов, которая должна была повторить предоставленный историками рисунок и символизировать собой историю основания города. Это был не рядовой заказ, так как раньше фирма-исполнитель не создавала подобные скульптурные проекты.
Традиционным для изготовления таких объектов методом можно назвать литье — дорогостоящий, трудоёмкий, требующий много металла и создающий очень тяжелые объекты метод. Инженеры Parc 3D решили заменить технологию изготовления, чтобы сэкономить и средства, и время, ведь создание такого изделия по традиционной технологии потребовало бы от двух месяцев до полугода, а себестоимость могла составить до пятнадцати тысяч евро. “Рудокопов” решили делать иначе.
Сотрудниками компании было принято решение применить в изготовлении скульптуры 3D-технологии, чтобы ускорить и удешевить процесс и уложиться в смету заказа. И прежде всего понадобился для этого печатающий металлом 3D-принтер, область печати которого позволила бы воссоздать элементы скульптурной композиции в натуральный размер, 1:1.
Исследования рынка показали, что подобное оборудование стоит очень дорого, да и приобретать его на заказ — долго, поэтому решено было создать собственный аппарат 3D-печати металлом для этих целей.
Как рассказали в компании, главной причиной для создания собственного печатающего металлом 3D-принтера стала необходимость выполнять подобные и еще более сложные и масштабные заказы в будущем, и речь о том, чтобы завести у себя такое оборудование, уже заходила, так что заказ на скульптурную композицию «Рудокопы» образовался как раз очень вовремя.
Историю выполнения этого заказа можно разделить на несколько шагов:
Шаг 1.: Разработка и создание 3D-принтера с большой площадью печати.
Шаг 2.: Поиск моделей.
Шаг 3.: Оцифровка моделей (3D-сканирование).
Шаг 4.: Обработка данных и подготовка к печати.
Шаг 5.: Печать скульптур.
Шаг 6.: Подготовка скульптур к установке.
Началом работы над этим заказом стало изготовление печатающего металлом 3D-принтера, устройство которого было разработано сотрудниками компании. Отдельно для него были приобретены шаговые двигатели, драйверы и плата управления, всё остальное они сделали сами.
Управляющее ПО для принтера было создано на основе прошивки Marlin с открытым исходным кодом. Область печати оборудования составила куб с ребром 800 миллиметров, а его производительность — от полутора до трех килограммов материала в час.
Проблемой стала печать нависающих элементов конструкции, но она была решена инженерами компании.
По завершении проектирования, сооружения и тестовых прогонов принтера, убедившись в его работоспособности, инженеры компании обратились к историкам для того, чтобы найти подходящие для воспроизведения в изделии модели, соответствующие историческому образу горнорабочего. Важны были телосложение и наличие бороды, например. Этот этап также был успешно завершен.
В 3D-сканировании человека-модели использовался легкий производительный 3D-сканер Calibry.
«Мы выбрали Calibry, потому что, на наш взгляд, это было идеальное соотношение цены и качества для нашего проекта», — комментирует Валерий Рысин, один из основателей компании.
При 3D-сканировании людей существует известная и вполне естественная трудность — человек не может стоять в процессе сканирования абсолютно неподвижно, как ни замирай — всегда есть микродвижения, непроизвольные сокращения мышц, моргание и т.д. Несколько облегчило ситуацию применение маркеров при сканировании, к тому же — в процессе сканирования была использована функция Live3D, и всё это вместе позволило получить высококачественные данные для моделирования объекта для последующей 3D-печати.
Большая часть работ с полученными от сканера данными была произведена на ПО Calibry Nest, также при постобработке полученных моделей был применен Autodesk Meshmixer, в котором было удобно финализировать модель для 3D-печати.
3D-печать скульптур в натуральный размер завершила технический цикл по их изготовлению — их создание заняло около 150 часов и более центнера металлической проволоки, использованной в качестве сырья сварочной головкой 3D-принтера. Вес каждого изделия составил около 80 килограмм, что позитивно сказалось на удобстве их транспортировки. Хоть область печати созданного специалистами компании принтера и велика, но до роста человека она, конечно, не дотягивает — элементы скульптурной композиции были напечатаны фрагментами, а затем собраны и сварены.
Непосредственно перед инсталляцией скульптурной композиции на место её пребывания, её элементы были отшлифованы и покрыты в несколько слоев краской цвета меди и патины, что не только сделало их более эстетически привлекательными, но и безусловно поспособствует их долголетию.
Примененный в процессе создания композиции техпроцесс оказался значительно более эффективным, по сравнению с традиционным литьем, и по себестоимости, и по скорости реализации.
Создание композиции заняло всего около десяти дней, из них — около трех дней ушло на сканирование и цифровую обработку данных, а затем около недели на 3D-печать, при рабочем дне по 12 часов.
Так как создание такой скульптуры традиционными методами лепки и литья продлилось бы от двух до шести месяцев, потребовало бы участия квалифицированного дорогостоящего скульптора, и ее стоимость составила бы около пятнадцати тысяч евро, а в данном случае оно заняло десять дней и вышло в шесть тысяч евро, можно говорить о значительной экономии времени и денег.
3D-сканирование с Calibry в репродукции уменьшенной копии скульптуры
Скриншот 3D-скана статуи
В этом кейсе представлена работа скульптора Сергея Полегаева и её оцифровка с помощью 3D-сканера Calibry.
Целью работ было создание масштабной уменьшенной копии статуи для ее представления заказчику. Миниатюра должна была полностью соответствовать скульптуре и передавать ее мельчайшие детали, так было сформулировано задание.
Общепринятый метод создания миниатюр очень трудоемок — скульптору пришлось бы фактически лепить статую заново в уменьшенном размере, а затем тщательнейшим образом переносить на нее все детали оригинального изделия. Это отняло бы у автора очень много времени и сил. Поэтому решено было создать уменьшенную копию при помощи 3D-сканирования и 3D-печати.
В мастерской скульптора было произведено 3D-сканирование оригинального объекта — статую поставили на вращающийся постамент, а сканирование производилось так: сначала тщательно отсканировали голову и плечи скульптуры, а затем всю статую вокруг — сверху вниз и снизу вверх, — по спирали.
Вращение статуи
По завершении первого сканирования была сделана проверка — вся ли площадь поверхности скульптуры захвачена хорошо. По ее результатам было проведено повторное сканирование с более тщательной проработкой областей подмышек и пересекающихся плоскостей. После этого результаты были проверены еще раз, чтобы убедиться, что информации теперь достаточно для детального и точного воспроизведения объекта. На этапе пост-обработки скана фреймы были сшиты в единый объект.
Предварительная проверка 3D-скана
Сканирование скульптуры и постобработка заняли менее получаса — семь минут непосредственно сканирование, пятнадцать минут работы с данными. Точность полученной информации для такого крупного объекта художественного назначения составила 1 миллиметр. По завершении сканирования и постобработки цифровая модель была готова и ее переслали для печати соответствующему специалисту.
Сканер уловил даже малейшие следы инструментов скульптора
Применение 3D-сканирования с Calibry в обратном инжиниринге
3D-сканирование с Calibry в апгрейде автомобиля BMW
Из этого кейса вы узнаете о том, как швейцарское тюнинговое ателье dÄHLer (Dähler Design & Technik GmbH, читается как “д’Элер дизайн унд техник”, или просто Делер) применило сканирование 3D-сканером Calibry в работе по апгрейду аэродинамических свойств кузовов автомобилей BMW моделей M240i и G80.
CHROMOS Group AG занимается внедрением высокотехнологичных решений в производственные процессы своих клиентов — промышленных компаний разного направления. CHROMOS поделилась информацией о кейсе применения сканера Calibry своим клиентом, дизайн-агентством designunity.ch, работавшим в этом случае на тюнинг-ателье dÄHLer.
Из описания кейса вы узнаете о том, как dÄHLer проводил работы по кастомизации кузовов BMW M240i и BMW G80 с тем, чтобы улучшить аэродинамические свойства этих автомобилей. При выполнении проекта применялись технологии оцифровки объектов и, в частности, для сканирования автомобиля применен был 3D-сканер Calibry.
Необходимо было получение точных 3D-данных о бамперах авто, с тем, чтобы в дальнейшем применять их для проектирования навесных деталей.
В кейсе использовались 3D-сканер Calibry, 3D-принтер, программное обеспечение Rhino и Calibry Nest.
Результатом действий специалистов стало получение подробной информации в виде высокоточных 3D-объектов, полностью повторяющих детали кузова автомобилей и пригодных для последующего использования при проектировании дополнительных деталей кузова, таких как спойлеры и другой обвес.
Швейцарская компания dÄHLer создает и поставляет кастомные детали для BMW с середины девяностых, точнее — с 1996 года. Фирма предлагает множество разнообразных деталей для тюнинга авто немецкой марки, таких как детали подвески, глушители, колесные диски и еще очень многое.
Как только речь заходит о достижении максимума скорости серийного автомобиля, на первый план выходят не только работы по доведению до идеала двигателя, топливной системы, выхлопа, но и аэродинамика — сопротивление воздуха необходимо сокращать как можно больше.
Инженеры dÄHLer предлагают своим клиентам такие детали, как сплиттеры, задние крылья, боковые юбки, диффузоры и крышки зеркал заднего вида, которые уменьшают лобовое сопротивление и позволяют набегающему потоку прижимать авто к трассе на большой скорости, делая достижение высоких скоростных показателей более реальным и более безопасным.
Приведенные в этом кейсе два апгрейда, сделанные компанией dÄHLer, были выполнены для BMW M240i и BMW G80, при этом, для проектирования переднего сплиттера использовались данные, полученные с помощью 3D-сканера Calibry.
Стартовая часть реализации проекта, то есть 3D-сканирование, производилась в шоу-руме компании dÄHLer. На передний бампер автомобиля был нанесен матирующий спрей, для исключения бликов и улучшения захвата сканером форм поверхности. Это помогло провести качественное 3D-сканирование — 3D-сканер Calibry захватил геометрию в высоком разрешении, при этом никаких маркеров не потребовалось, а сканирование продолжалось всего около сорока минут, начиная с распаковки сканера и подготовки рабочего места и до получения данных.
В процессе было выполнено несколько одиночных сканов бампера. Последовавшая за сканированием постобработка данных, с объединением сканов в единую модель, заняла около полутора часов. По завершении работ по собственно сканированию и обработке данных в Calibry Nest последовала следующая стадия проекта, то есть 3D-моделирование.
Сканы переднего бампера BMW M240i в ПО Calibry Nest:
Сканы переднего бампера BMW G80 в ПО Calibry Nest:
Дизайн навесного оборудования создавался в ПО Rhino, процесс его разработки включал в себя множество шагов по редактированию и корректировке. На заключительном этапе проектирования были отобраны несколько наиболее удачных работ, которые были напечатаны на 3D-принтере для того, чтобы примерить их на кузов авто вживую и выбрать максимально удачный вариант.
По завершении отбора был получен самый лучший по мнению специалистов вариант, образец которого был покрашен и смонтирован на бампере.
Дизайн сплиттера для BMW M240i в ПО Rhino:
Дизайн сплиттера для BMW G80 в ПО Rhino:
Дизайн сплиттера для BMW G80. На данном скриншоте можно рассмотреть, как прорабатывались крепления.
По завершении всех согласований и утверждений, касательно конструкции новых деталей и методов их креплений, их проектная документация, включая чертежи, была отправлена на сотрудничающий с ателье завод, где детали должны были изготовить из углепластика. Подобные изделия — для ценителей, и ценителей обеспеченных, то есть — предмет далекий от масс-маркета, и предполагаемое количество выпуска таких деталей составляет всего около трех десятков в год.
На фото ниже: BMW M240i уже оснащена карбоновым сплиттером, а на M4 временно закреплена деталь-прототип, которая была напечатана на 3D-принтере.
BMW M240i с готовым сплиттером:
BMW G80 с деталями обвеса:
Как рассказали участники проекта, 3D-сканер Calibry был выбран ими "из-за простоты использования, точности, фантастического программного обеспечения, портативности, прочности и, наконец, стоимости, по сравнению с другими системами".
Более дорогие промышленные 3D-сканеры увеличили бы стоимость работ, сделав их дороже, чем было запланировано в проекте, а более скромно стоящие не обеспечили бы соответствие предъявляемым точности 3D-сканов требованиям. 3D-сканер Calibry выбрали за то, что, при достаточно низкой цене, он обеспечил более чем приемлемые качество и точность 3D-сканов.
3D-сканирование с Calibry в тюнинге внедорожника
Автомобиль перед сканированием
В этом кейсе мы рассмотрим совместный проект для оборудования Calibry3D и PICASO 3D — пример проектирования шноркеля для внедорожника.
PICASO 3D — разработчик и производитель 3D-принтеров, и THOR — разработчик и производитель 3D-сканеров Calibry были задействованы в усовершенствовании внедорожного автомобиля — проектировании, создании и монтаже шноркеля для УАЗ Патриот.
Шноркель предназначен для забора воздуха для двигателя авто на высоте его крыши, что обеспечивает поступление воздуха в двигатель при форсировании водных препятствий и уменьшает засорение пылью воздушных фильтров, что очень способствует проходимости авто и надежности работы двигателя в условиях бездорожья.
В описанном кейсе применялись: 3D-сканер THOR Calibry, 3D-принтер Picaso 3D Designer XL, программное обеспечение Calibry Nest, Geomagic Design X и Siemens NX.
В результате произведенных в рамках этого кейса работ была спроектирована и создана полнофункциональная и эстетически приемлемая конструкция шноркеля для автомобиля УАЗ Патриот, создан и испытан ее образец, получены хорошие результаты испытаний на бездорожье.
Клиент компании PICASO 3D сделал заказ: ему требовался шноркель для внедорожника. Шноркель выполняет функцию воздухозабора для двигателя автомобиля — он поднимает точку забора воздуха, что не позволяет попасть в двигатель воде. На рынке автозапчастей существует множество готовых изделий такого типа, но их внешний вид оставляет желать лучшего. Пожеланием клиента была уникальность внешнего вида изделия. Для реализации таких заказов лучше всего подходит применение 3D-технологий.
В ходе выполнения заказа специалист отсканировал кузов автомобиля 3D-сканером Calibry. Так как клиент хотел получить полную модель своего авто, проводилось сканирование всего кузова, но для дальнейшей работы по созданию шноркеля пригодилась лишь та часть, в которой предполагалось крепление данной детали. 3D-сканирование именно этого участка заняло около десяти минут, а постобработка скана в Calibry Nest – четверть часа.
3D-сканер Calibry может сканировать темные и блестящие поверхности без применения матирующего спрея, но, так как полученную информацию предполагалось использовать в проектировании детали, для наибольшей точности был применен в сканировании матирующий спрей. Также были применены и маркеры.
Подготовка кузова авто к сканированию. Нанесение матирующего спрея.
Сканирование автомобиля 3D-сканером Calibry
Сканирование с матированием и метками-стикерами
По завершении получения сканировочной информации в виде облака точек, после перевода его в 3D-модель в ПО Calibry Nest, следующим этапом стало твердотельное моделирование в ПО Geomagic Design X.
Перевод 3D-скана в параметрическую модель в Geomagic Design X
Обработка в ПО Siemens NX
Следующим шагом стало создание проекта собственно устройства воздухозабора. Взяв за основу по функционалу другие подобные устройства, инженеры спроектировали шноркель по аналогии с ними, но руководствуясь также и пожеланиями заказчика, и геометрией участка кузова авто, где он должен крепиться.
Совмещение 3D-скана кузова с CAD-моделью с завода
По завершении создания проекта шноркеля и примерки его к 3D-модели авто в CAD деталь была напечатана прочным ABS-пластиком на 3D-принтере Picaso 3D Designer XL.
Шноркель был смонтирован на кузов автомобиля и успешно испытан владельцем в деле.
3D-сканирование с Calibry в ремонте автокемпера
Дом на колесах, оригинальная деталь сломана
Рассказываем о примере применения 3D-сканера Calibry для изготовления детали для автомобиля, которая больше не выпускается производителем.
Испанская компания Uniqo Engineering применила 3D-сканер Calibry для оцифровки автокемпера, чтобы создать для него деталь взамен поломанной, которая перестала выпускаться производителем.
В работе были использованы: 3D-сканер Calibry, программные продукты Calibry Nest и SolidWorks, а для печати детали использовался 3D-принтер Blackbelt. В результате необходимая деталь была изготовлена и заняла свое место.
При прекращении выпуска нужных деталей непосредственным производителем авто, часто становится очень сложно найти необходимые комплектующие. Многие ищут запчасти для ремонта в интернете и на автомобильных свалках, но есть и другой способ — 3D-печать.
Испанской компании Uniqo Engineering клиент принес заказ на восстановление или замену сломанной когда-то детали автодома, которая перестала выпускаться уже очень давно. Инженеры Uniqo Engineering применили 3D-сканер Calibry, для сканирования парной зеркальной детали с другой стороны кемпера, чтобы воссоздать отраженную деталь взамен сломанной.
Другая сторона автомобиля, где заводская деталь сохранилась
Подготовка к сканированию авто, само сканирование и программная обработка полученных данных заняли не так уж и много времени.
1. В первую очередь, на область сканирования нанесли маркеры, из-за того, что поверхность была слишком ровной и простой.
2. После нанесения маркеров сделали сканирование 3D-сканером Calibry, оно заняло около пятнадцати минут.
3. Полученные сканером данные сканирования в виде облака точек были обработаны в программе Calibry Nest.
4. Получившуюся векторную модель превратили в твердотельную модель с заполнением с помощью программы SolidWorks.
3D-сканирование автокемпера:
Данные сканирования в Calibry Nest
Заново изготовленная деталь, напечатанная на 3D-принтере
По завершении создания твердотельной модели, она была конвертирована в управляющую программу — то есть файл объекта для 3D-печати на принтере. Модель, слишком крупная для печати одной деталью, была напечатана в три подхода, а затем склеена из этих деталей в одну. Печать этих составляющих частей заняла около двух суток, после чего деталь была склеена, загрунтована и покрашена.
Применение 3D-сканирования с Calibry в медицине и протезировании
3D-сканирование с Calibry в создании недорогих протезов для детей
E-Nable — это некоммерческая организация из Франции, которая применяет 3D-сканеры Calibry для того, чтобы помочь детям с отсутствующими конечностями, — она изготавливает недорогие протезы для них.
Так как традиционные протезы достаточно дороги, а растущему ребенку их нужно постоянно менять, что может быть очень дорого для родителей, E-Nables решила помочь им и выпускать недорогие, доступные протезы.
В проекте были использованы: 3D-сканер Calibry, собственное ПО сканера — Calibry Nest, а для непосредственно печати применено множество разных 3D-принтеров.
Благодаря этому проекту, цена на детские протезы была установлена достаточно низкая — они стали стоить около пятидесяти евро, при сохранении достаточной функциональности изделий и строго индивидуального их изготовления.
Ежегодно во Франции рождается около полутысячи детей с ахейрией — агенезией, то есть неразвитием, кистей рук. Проект был призван помочь им прожить полноценное детство.
У родителей таких детей есть два варианта при покупке протезов:
— Можно приобрести дорогостоящий роботизированный протез, который способен сжимать кисть. Такие протезы имеют свои недостатки — обычно они очень дороги, не особо прочны, к тому же действуют ограниченное время, из-за небольшой емкости аккумулятора. Кроме того, не все они могут быть приспособлены к изменению размеров растущей детской руки.
— Можно приобретать эстетические протезы, которые просто изображают руку. Такие протезы лишь скрывают инвалидность, маскируют её, а функционально почти бесполезны.
В E-Nable решили сделать функциональный протез недорогим, чтобы ежегодная его замена не была сильным ударом по бюджету родителей.
На вооружении E-Nable — три 3D-сканера Calibry. Они настолько удобны и просты в обращении, что даже далекий от 3D-сканирования человек может с легкостью использовать их для оцифровки предплечья — для создания посадочного места на протезе, а также для оцифровки кисти второй, здоровой руки — чтобы отразить ее зеркально и получить модель для замены не существующей кисти.
После сканирования полученные данные обрабатываются компьютером в программе Calibry Nest, а затем отправляются на печать на 3D-принтере.
На финальном этапе протезы украшают в стиле популярных мультфильмов и фильмов, чтобы сделать их индивидуальными для каждого ребенка.
Каждый год, с помощью 3D-печати, E-Nable France создает более полусотни протезов для детей, помогая им сохранить счастливое детство.
3D-сканирование с Calibry в ортопедии
Ортез стопы, фото Phoenix Gmbh & Co
3D-сканер Calibry был внедрен в техпроцесс ортопедической клиники, для снижения нагрузки врачей.
Одна из германских ортопедических клиник обратилась в компанию Phoenix GmbH & Co для того, чтобы найти решение для автоматизации производства ортезов, чтобы уменьшить постоянно растущую нагрузку на персонал. Phoenix GmbH это инженерная компания, специализирующаяся на разработке продуктов для спорта и ортопедии с применением 3D-технологий.
Подавляющее большинство пациентов клиники — это дети, а им приходится часто посещать врачей, по мере роста и изменения геометрии и размеров конечностей.
Задачей стала разработка такого стандартизированного процесса, которым мог бы пользоваться любой врач-ортопед без специальной подготовки в области цифровых и аддитивных технологий.
В проекте были использованы: 3D-сканер Calibry, программное обеспечение Calibry Nest, программное обеспечение Geomagic Wrap со специальными алгоритмами разработки Phoenix и 3D-принтер Tractus.
Результатом реализации проекта стала такая система работы, при которой удалось снизить нагрузку на ортопедов при производстве ортезов на 40% и сделать лечение более комфортным для пациентов.
Большинство пациентов этой клиники — дети, которым нужно часто посещать врача для производства новых ортезов, по мере того, как их стопы растут. Частота посещений может варьироваться, в зависимости от скорости роста каждого пациента.
Сам процесс представляет собой следующее:
1. Проведение измерений для моделирования стельки
Фото Phoenix Gmbh & Co
2. Моделирование стельки
3. Примерка стельки
Фото Phoenix Gmbh & Co
4. Внесение корректировок
Фото Phoenix Gmbh & Co
5. Подготовка стопы для гипсования
Фото Phoenix Gmbh & Co
6. Гипсование формы
Фото Phoenix Gmbh & Co
7. Отливка формы
Фото Phoenix Gmbh & Co
8. Внесение корректировок в форму
Фото Phoenix Gmbh & Co
9. Вакуумная термоформовка ортеза
Фото Phoenix Gmbh & Co
Общепринятый старый способ изготовления ортеза неэффективен, поскольку очень трудоемок. Например, на этапах с 3 по 6 требуется работа двух специалистов. Кроме того, если на этих этапах в производстве ортезов что-то пойдет не так, то весь процесс необходимо будет повторить.
Сейчас ортезы производятся иначе. Технологическая цепочка и длительность их создания были значительно сокращены. Без изменений только первый шаг — это ручное измерение врачом стопы пациента.
Второй шаг теперь — это сканирование гипсовой формы.
Фото Phoenix Gmbh & Co
Третий шаг: на основе замеров в полученной из скана цифровой форме делаются изменения, создается модель новой формы
Фото Phoenix Gmbh & Co
На четвертом шаге новую форму печатают на 3D-принтере.
Фото Phoenix Gmbh & Co
И пятый шаг — это вакуумная термоформовка детали нового ортеза.
Фото Phoenix Gmbh & Co
Рассмотрим далее, более подробно, как была реализована новая технологическая цепочка.
-
Сканирование существующей гипсовой формы c помощью 3D-сканера Calibry:
На этом этапе важно правильно расположить сканер: угол между Calibry и поворотным столом составляет 45*; высота штатива — 60 см; расстояние между объективом и центром поворотного стола должно быть 62 см.
Схема правильной настройки Calibry. Изображение Phoenix Gmbh & Co
Важно, что стандартизированная установка гарантирует оптимальный результат и не требует никаких инженерных знаний от оператора.
Гипсовая форма сканировалась с обеих сторон, причем каждый скан содержал около 500 кадров.
Кто-то может спросить, можно ли сразу сканировать стопу пациента (например, есть новый пациент, и для него еще не сделали гипсовую форму), а затем обработать 3D-модель в программном обеспечении?
На данный момент в производстве ортезов создание исходной формы производится традиционным способом. Скан формы отличается от скана стопы, так как 3D-скан содержит много анатомических деталей ноги, которая нуждается в лечении, тогда как гипсовая форма имеет упрощенную и уже анатомически правильную геометрию. В настоящее время Phoenix разрабатывает алгоритмы, которые также автоматизируют создание исходной формы. Таким образом, в будущем производство ортезов станет полностью бесконтактным.
Схема правильной настройки Calibry. Сканирование объектов такого размера обычно занимает около 2-3 минут.Изображение предоставлено: Phoenix Gmbh & Co
Далее следует обработка 3D-сканов в Calibry Nest.
Два скана загружены в ПО и объединены. В результате обработки была получена детальная модель гипсовой формы. Модель, в формате STL, была готова к последующей работе в Geomagic Wrap.
Полученные STL-модели переносятся в плагин Geomagic Wrap, где они автоматически увеличиваются в соответствии с более чем 12 параметрами.
Затем новая форма печатается на 3D-принтере. Конечный продукт, новый ортез, получают методом вакуумного термоформования.
Увеличение модели в Geomagic Wrap. Изображение Phoenix Gmbh & Co
Новая форма. Изображение Phoenix Gmbh & Co
Печать новой формы на 3D-принтере. Изображение Phoenix Gmbh & Co
В результате проведенной автоматизации, персонал клиники стал тратить меньше времени и сил при создании ортезов — нагрузка на врачей была уменьшена на 40%.
Стандартизация и максимальное упрощение процессов гарантируют оптимальные результаты, независимо от опыта оператора в 3D-сканировании.
«До Calibry нам приходилось использовать более дорогие и менее удобные сканеры для выполнения тех же задач. Это являлось сдерживающим фактором при внедрении 3D-сканеров в сектор B2B, где пользователь не является экспертом в сканировании», — прокомментировал сотрудник клиники.
Ортопеду совсем не обязательно быть экспертом в 3D: Calibry Nest позволяет генерировать оптимальную полигональную сетку для автоматического преобразования данных и проектирования в CAD, а моделирование формы в Geomagic Wrap полностью автоматизировано и легко воспроизводится.
В отличие от гипсовых моделей, цифровым не требуется физического места для хранения.
Изготовление цифрового ортеза намного удобнее для пациентов, ведь нет необходимости каждый раз делать новый слепок.
3D-сканирование с Calibry в создании протезов мягких и хрящевых тканей
Исток Аудио — крупный производственный холдинг, разрабатывающий технические средства реабилитации людей с ограниченными возможностями, приобрел свой первый 3D-сканер Drake Mini в декабре 2017 года.
В принадлежащей холдингу лаборатории Protez-Studio трехмерное сканирование применяется для создания высокохудожественных протезов лицевой зоны, в том числе протезов глазниц.
Производственное предприятие Исток-Аудио
В проекте использовались: 3D-сканер Thor3D Drake Mini, ПО Thor3D Suite, Blender, Meshmixer, 3D-принтер 3DSLA.
В рамках проекта производилось 3D-сканирование частей человеческого лица — уши, носы, глаза.усредненное время сканирования составило около пяти минут, а последующая цифровая обработка сканов около 15-20 минут. Для 3D-печати применялся красный фотополимер 3DSLA.
Время, необходимое оператору для освоения и уверенного использования 3D-сканера и ПО, составило около пяти сеансов применения.
Происходило это так: оператор проводил сканирование места расположения будущего протеза и загружал данные для обработки в программу Thor3D Suite, а затем производил экспорт полученной информации в Blender или Meshmixer для дальнейшей обработки — там создавалась 3D-модель будущего протеза и подготавливалась к 3D-печати.
Протез печатался на фотополимерном стереолитографическом 3D-принтере, обеспечивающем наибольшую точность.
По завершении процесса печати он подвергается дополнительной обработке специалистами, после чего поступает на примерку пациенту.
|
|
|
|
|
|
Сергей Гладченко, руководитель производственного департамента, рассказывает:
“Сперва пост-обработка данных занимала около 30 минут. Мы приобрели новый более мощный компьютер – и время обработки сократилось вдвое”.
“Наиболее важным аспектом использования сканера Drake Mini стало значительное ускорение процедуры сканирования наших маленьких клиентов. Работа с детьми всегда отрадна, а теперь и легка: сканирование проходит быстро, и даже если во время этого процесса пациент пошевелился, то программное обеспечение способно успешно устранить помехи”.
Применение 3D-сканера Calibry в сканировании людей
3D-сканирование с Calibry в создании рекламных материалов
Пример использования 3D-сканера Calibry для сканирования человека при создании видеоматериалов для рекламы.
В этом кейсе мы рассмотрим, как рекламное агентство применило материалы 3D-сканирования актрисы в создании ролика, рекламирующего медицинскую продукцию.
Итак, инструментами в этом случае послужили 3D-сканер Calibry и ПО Calibry Nest, а результатом стала цифровая информация — трехмерная модель, которая затем применялась в создании видео.
Заказчик, агентство Robilant Associati, обратилось к итальянской компании 3DiTALY, использующей в работе 3D-сканеры производства Thor, с заказом на оцифровку человека — актрисы. Было необходимо перевести в цифровой вид ее голову и кисти рук — те части тела, которые должны были участвовать в видео.
Работы были выполнены с применением 3D-сканера Calibry, поскольку он предоставляет возможность проводить сканирование без какой-то особой подготовки, достаточно быстро, в отличие от фотограмметрии, например. Полученная при сканировании информация была далее обработана в фирменном ПО Thor 3D — программе Calibry Nest.
Ретопологию и анимацию выполнил специалист по 3D VFX/CGI Агостино Давилла. Пост-продакшн был выполнен компанией TEX Srl.
В октябре 2022 года рекламный ролик был показан по телевидению. В ролике рекламируется медицинское устройство для гигиены полости рта Afterapid, предназначенное для лечения язв. Действие происходит в пустой красной комнате, полной неподвижных людей. Лазерные лучи сканируют их, и как только они определяют проблему у одного из персонажей, женщины, обстановка меняется. Вместо прежней картинки проступает 3D-реальность с цифровой копией женщины в кадре. Крупным планом демонстрируется пораженный участок – губа с болячкой, которую необходимо обработать. После использования спрея обстановка в комнате меняется: тревожный красный свет уходит и комната становится белой. Зритель чувствует, что рекламируемый продукт принесет немедленное облегчение.
3D-сканирование с Calibry в улучшении аэродинамики велосипедиста
Итальянская национальная команда по велогонкам применила 3D-сканер Calibry для работы по улучшению аэродинамики велосипедистов на треке.
Компания 3DiTALY, партнер Thor3D в Италии, выполнила заказ на сканирование велогонщиков итальянской сборной в рамках исследований в области аэродинамики, проводимых специалистами производящей велосипеды компании Pinarello.
Необходимо было провести оцифровку велогонщиков в полной экипировке и в положении, соответствующем таковому во время гонки. Руководствуясь полученной информацией, для каждого из велосипедистов команды должен быть изготовлен персональный уникальный руль для велосипеда, делающий, при пользовании им, положение его рук и корпуса максимально обтекаемыми.
В работе над проектом использовались 3D-сканер Calibry и ПО Calibry Nest. Инженеры 3DiTALY сделали серию 3D-моделей в высоком разрешении, предназначенную для дальнейшей реализации проекта.
«Велосипед, более любого другого изобретения, напоминает самолет: он сводит к минимуму контакт с землей, и только его скромность не позволяет ему летать».
- Мауро Паррини, философ
Аэродинамика очень важна для любого гонщика, и велогонки тут не исключение, ведь она прямо влияет на скорость, а значит и на результат любого заезда.
Сопротивление воздуха — самая большая сила, замедляющая спортсмена во время гонки. Наибольшее сопротивление вызывает фигура самого гонщика — около 80%.
Сила сопротивления в зависимости от скорости, картинка Hale Dynamics
Велосипедист. фото Hale Dynamics
С помощью технологий 3D-сканирования и CFD-моделирования можно улучшить обтекаемость велогонщика на трассе.
Выглядят работы в этом направлении так:
1. Инженер проводит измерения велосипеда ручным инструментом: рулеткой, угломером, уровнями, а также производит фотосъемку первоначального положения велосипедиста.
2. После этого гонщика сканируют в исходном положении, для этого применяется 3D-сканер Calibry.
3. Полученная трехмерная модель обрабатывается в компьютере, где моделируется ее обтекание потоками воздуха, на основании чего в положение велосипедиста вносятся корректировки, которые должны способствовать улучшению его аэродинамики. Компьютер предоставляет информацию о силе сопротивления воздуха велосипедисту с учетом его положения.
4. Все предыдущие шаги повторяются, пока результат не удовлетворит клиента.
5. Клиент получает предварительные рекомендации.
6. Специалист обрабатывает полученные при сканировании данные, в случае необходимости чистит геометрию 3D-модели.
Очистка геометрии модели. Изображение Hale Dynamics
7. После этого инженер выполняет анализ каждого отсканированного положения тела велосипедиста, это дает возможность получить его CdA — коэффициент сопротивления. Анализ производится в ПО OpenFOAM — это ПО с открытым исходным кодом для вычислений в области аэродинамики и гидродинамики.
а) Первым шагом является создание меша (сетки) гидродинамической области (fluid domain). Используется преимущественно шестигранная сетка, представляющая виртуальную аэродинамическую трубу (от внешней стороны гонщика до стен туннеля). Гексаэдрическая (шестигранная) сетка предпочтительнее тетраэдрической (пирамидальной) сетки в целях повышения эффективности анализа. Этот шаг требует хорошей геометрии - например, инвертированные ячейки меша и внутренние элементы могут вызвать проблемы с сеткой.
б) После построения области расчётов можно выполнять анализ, который обычно занимает от 10 минут до нескольких часов, в зависимости от сложности и требуемой точности.
Пример обработки, изображение Hale Dynamics
Пример отображения области расчетов, изображение Hale Dynamics
8. Велогонщик получает на руки отчет, в который входят изображения и сравнительный анализ прогнозируемых скоростей в разных положениях, а также информация о необходимых изменениях для улучшения результата.
Образец отчета. Изображение Hale Dynamics
У истоков этого проекта стоят два известных в мире велоспорта бренда – Pinarello и Hardskin, которые сотрудничают со сборной Италии и снабжают ее всем необходимым оборудованием. Pinarello — производитель велосипедов, Hardskin — спортивной одежды.
Сотрудники Hardskin попросили 3DiTALY оцифровать спортсменов на велосипедах Pinarello. Проект состоялся в феврале 2021 года на велодроме Монтикьяри в провинции Брешиа.
3D-сканирование велосипедистов было первым из многих шагов, необходимых для улучшения их аэродинамических показателей. Для этих работ был выбран 3D-сканер Calibry.
Работы по сканированию включали в себя следующие шаги:
-
Разминка спортсмена и подготовка механической подставки.
-
Имитация гонки с целью поиска максимально аэродинамической позиции.
-
Фиксация выбранной позиции. Спортсмен был одет в боди и шлем, чтобы полностью имитировать условия гонки.
Благодаря высокой производительности 3D-сканера Calibry, каждое сканирование занимало всего около двух минут. Далее, полученные при сканировании данные обрабатывались в Calibry Nest и передавались инженерам Pinarello для последующих исследований, описанных выше.
3D-сканирование с Calibry в создании компьютерной игры
Скан модели без текстуры
В этом кейсе мы рассказываем о 3D-сканировании человека, для использования полученных данных в создании компьютерной игры, при помощи 3D-сканера Calibry. Использованные инструменты включают в себя: 3D-сканер Calibry, антропометрический костюм, ПО Calibry Nest и 3D Max.
Компания «Фора Роботикс» — разработчик в таких областях, как робототехника и цифровые технологии, использовала 3D-сканер Calibry для создания цифровой копии человека в мобильной игре.
Сутью проекта было предоставить пользователю игру в стиле файтинг с персонажем, имеющим внешность пользователя. Концепцию назвали «Fight for Yourself» — “дерись за себя”, или просто “FFY–единоборства”.
В планах «Фора Роботикс» также — отсканировать и ввести в игру профессиональных мастеров единоборств, известных спортсменов.
Предлагается использование концепции FFY также для создания корпоративных игр, в которых персонал сможет драться друг с другом и с руководством.
Как проходит сам процесс оцифровки:
1. Человек сканируется 3D-сканером Calibry.
Текстурированный скан
2. После создания цифровой модели происходит анимирование персонажа. Прописывание реалистичных движений вручную – очень трудоемко и сильно устарело, поэтому всё чаще применяется технология motion capture – захват реальных движений человека с помощью специального костюма с датчиками.
3. До размещения 3D-объекта как персонажа в игре была произведена ретопология в 3D Max.
Вы можете видеть на скриншотах, как оцифрованный персонаж выглядит в игре. Проект еще не завершен.
Игровое меню. Концепт
Выбор локации битвы. Концепт
Битва. Концепт 1
Битва. Концепт 2
Битва. Концепт 3
Битва. Концепт 4
Главное меню игры. Концепт
Применение 3D-сканера Calibry в археологии
3D-сканирование отпечатков лап динозавров в Польше
Рассказываем о применении 3D-сканера Calibry в археологии — в деле сохранения самых крупных следов динозавров, из когда-либо найденных в Польше.
Следы были обнаружены в плитах камня, песчаника. Плиты очень тяжелые, от нескольких сотен килограммов до нескольких тонн, поэтому их было бы сложно изъять из шахты, и было принято решение применить для их документирования технологию 3D-сканирования. Для съемки следов динозавров использовались 3D-сканер Calibry и его проприетарное ПО Calibry Nest.
Полученные 3D-сканы окаменевших следов дали палеонтологам возможность говорить о том, что в польском регионе Мазовия обитали когда-то не менее семи видов древних ящеров.
Летом 2021 геолог из “Польского геологического института” профессор Гжегож Пеньковский, вместе с коллегой из “Уппсальского университета” в Швеции доктором Гжегожем Недзведзким нашли множество очень хорошо сохранившихся следов динозавров, как травоядных так и плотоядных. Находки относятся к юрскому периоду и обнаружены были на плитах песчаника. Местом их обнаружения стал карьер в Борковице.
Окаменевшие следы оказались очень высокого качества, в хорошей сохранности. Их обнаружение говорит о том, что на этом месте в доисторическую эпоху, около 200 миллионов лет назад, обитало большое количество достаточно крупных и очень разнообразных живых существ.
Самые крупные из найденных следов имеют длину почти в сорок сантиметров.
«Для того, чтобы окаменелости так хорошо сохранились, за короткий промежуток времени должна была произойти особая цепочка событий: обмельчание водоема и обнажение глинистого дна, выход динозавров на еще не подсохший, пластичный грунт, высыхание субстрата и затвердевание следов (о чем свидетельствуют трещины от высыхания), затем быстрое затопление территории и столь же быстрое покрытие поверхности осадком песчаной отмели вышележащего барьера, благодаря чему следы превратились в слепки»,
— комментирует проф. Гжегож Пеньковский.
Обнаруженные окаменелые следы пребывания древней мегафауны могут быть полезны как палеонтологам, так и геологам.
Плиты песчаника, к большому сожалению, очень сложно извлекать и перемещать, так как их вес составляет от нескольких сотен килограммов до нескольких тонн, а при попытке вырезать фрагменты со следами, они, с большой вероятностью, разрушатся.
3D-сканирование тут становится самым надежным и щадящим способом документации и сохранения находок.
В 3D-сканировании отпечатков лап ящеров задействовали 3D-сканер Calibry, как максимально простой в обращении, легкий и удобный. 3D-сканирование дало специалистам возможность запечатлеть и сохранить объемные данные об окаменелостях с наиболее возможной детальностью и точностью.
Тщательное изучение окаменелых следов — незаменимый источник знаний для палеонтологов, ведь оно позволяет с очень высокой степенью достоверности предполагать множество разных фактов о древней фауне: держались ли ящеры стадами или в одиночку, как они охотились, как спасались от более крупных хищников. Прямо из глубины и формы следов можно сделать достаточно точные выводы о весе особей, их размерах, походке и скорости.
«По следам, оставленным динозаврами, можно прочесть их поведение и привычки. Так, в Борковице мы имеем следы, оставленные бегающими, плавающими, отдыхающими и сидящими на илистых отложениях динозаврами, а также множество интересных биогенных структур, вероятно, связанных с различными видами жизнедеятельности обитавших здесь динозавров, например — следы питания или зарывания в илистые отложения. Находки следов указывают на исключительно сложную фауну, некогда населявшую этот район»,
— комментирует доктор Гжегож Недзведски.
Это прекрасный и очень информативный пример того, как 3D-сканеры используются в палеонтологии, хотя и далеко не первый, конечно.
3D-сканеры в палеонтологии и археологии применяются в первую очередь для фиксации, документирования найденных объектов. Также они дают незаменимую возможность подробного и точного запечатления этих объектов во всей полноте их размеров и форм, в отличие от фото и ручных измерений.
Созданные с помощью 3D-сканирования трехмерные модели могут использоваться учеными всего мира, без необходимости снятия копий со слепков, сделанных из гипса, как это делалось раньше, и пересылки этих копий почтой.
Кроме того, сделанные с помощью 3D-технологий копии настоящих экспонатов, в 3D-печатном или прямо цифровом виде, могут экспонироваться в музеях по всему миру, что служит просвещению населения и увеличению интереса к науке среди новых поколений. И 3D-сканеры Calibry помогают ученым в этой области.
А у карьера в Борковице всё хорошо: обилие найденных там следов весьма многообещающе для науки, так что уже ведутся административные действия по признанию его палеонтологическим природным памятником. Возможно, когда-нибудь вы сможете побывать там и увидеть настоящие следы динозавров лично.
Оборудование
Оставить комментарий