So wählen Sie den besten 3D-Scanner für Ihren 3D-Drucker

Der 3D-Scan spielt eine wichtige Rolle am Anfang und Ende jedes 3D-Fertigungsablaufs. Ingenieure, Produktdesigner und Forscher verwenden 3D-Scanner als schnellere und effizientere Methode zur Konstruktion digitaler Modelle, sei es durch die Integration vorhandener Designs mittels Reverse Engineering, die Digitalisierung handgeformter Tonmodelle oder die Abbildung der genauen Form des menschlichen Körpers.

Nach der Fertigung können 3D-Scans für Qualitätstests verwendet werden, um die Präzision eines 3D-gedruckten Teils zu kontrollieren oder auch die Leistung eines Teils nach seiner Verwendung zu überprüfen: Der Scan eines verformten Teils kann deutlich machen, inwiefern das Design für die nächste Version weiterentwickelt werden muss.

Bei den zahlreichen verfügbaren Produktoptionen, von Handscannern bis zu Desktop-3D-Scannern, kann es schwierig sein, den richtigen Scanner für Ihre Anwendung oder Ihr Budget zu finden. In diesem Beitrag behandeln wir die wichtigsten Faktoren, die beim Kauf eines 3D-Scanners zu beachten sind, und stellen einige der Anwendungsbereiche vor, die von der Kombination von 3D-Scan und 3D-Druck am meisten profitieren.

Derzeit gibt es mehrere Scantechnologien auf dem Markt, die alle ihre Vor- und Nachteile haben.

Bei der Lasertriangulation wird Licht auf das Objekt projiziert, um Millionen von Messungen (Punkte) pro Sekunde zu erfassen. Das von den Punkten reflektierte Licht wird auf den Sensor des Scanners zurückgeworfen, damit dieser die Geometrie des Objekts festhält. Diese Art von Scannern ist oft am präzisesten und eignet sich besonders für Teile mit vielen Details und lichtundurchlässigen Oberflächen.

Lasertriangulationsscanner haben aber auch Nachteile. Für die meisten tragbaren Scanner wird diese Technologie beispielsweise nicht verwendet, da die Laserpunkte von einer statischen Quelle projiziert werden müssen und die Quelle in einem geringen Abstand zum gescannten Objekt bleiben muss. Lasertriangulationsscanner funktionieren auch nicht immer auf transparenten oder glänzenden Oberflächen. In der Regel erfordert diese Technologien das Aufbringen reflektierender Markierungen auf das Objekt. Diese Markierungen müssen dann nach der Verwendung entfernt werden, was je nach dem zu scannenden Objekt hinderlich sein könnte.

Außerdem können die Laserpunkte schädlich für das menschliche Auge sein. Daher ist es wichtig, beim Scannen von Körperteilen mit einem Lasertriangulationssystem zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen oder sich beim Hersteller des Scanners zu erkundigen, ob das Gerät augensicher ist.

Streifenlichtscanner verwenden im Allgemeinen einen Projektor mit zwei in bestimmtem Winkel montierten Kameras auf jeder Seite.Ein Lichtmuster wird über die zu scannende Komponente projiziert, die Kamera erfasst die Krümmung dieses Lichtmusters auf der Oberfläche des Objekts und die Bilder werden zu einem einzigen 3D-Schnappschuss zusammengefügt.

Streifenlichtscanner sind sowohl in feststehender als auch tragbarer Form erhältlich — für tragbare 3D-Scanner ist dies die am weitesten verbreitete Technologie. In medizinischen Anwendungsbereichen sind Streifenlichtscanner am geläufigsten, da sie sicher für Menschen und Tiere sind und sich für Situationen eignen, in denen das Objekt nicht vollkommen stillsteht. Traditionelle Streifenlichtscanner arbeiten langsamer als Lasertriangulationsscanner.

Tiefenkameras projizieren ein Punktmuster im Infrarotbereich (IR), um eine 3D-Fläche abzutasten. Tiefenkameras sind benutzerfreundlich und stellen die kostengünstigste Scanoption dar, doch ihre Genauigkeit und Auflösung ist niedrig und filigrane Details gehen manchmal verloren. Sie sind in der Lage, auch große Objekte zu erfassen, aber die Genauigkeit nimmt mit der Entfernung zum Objekt und bei steileren Kamerawinkeln ab.

Photogrammetrie beschreibt die Erfassung präziser Messdaten aus Fotos. Bei diesem Verfahren werden überlappende Fotos eines Objekts, eines Gebäudes, einer Person oder einer Umgebung aufgenommen und mittels verschiedener Algorithmen computergestützt in ein 3D-Modell überführt. Dies ist die am häufigsten verwendete Methode zur Erstellung eines 3D-Scans mit einem Smartphone, da die Kameras moderner Smartphones in der Lage sind, eine große Anzahl an Bildern aufzunehmen und zu kombinieren. Photogrammetrie ist die günstigste, aber die am wenigsten präzise Methode, um 3D-Drucke zu erstellen. Für anspruchsvolle Geschäftsanwendungen ist sie nicht geeignet.

LiDAR-Sensoren (von Englisch 'light detection and ranging') sind in einigen hochwertigeren Smartphones oder Tablets vorhanden, wie etwa den neuesten Versionen des iPhone Pro oder iPad Pro.Das macht iPhones und iPads zu brauchbaren Scannern für alle Anwender, die nur gelegentlich scannen müssen. Die Leistung dieser Sensoren liegt etwas über der von Geräten, die nur Photogrammetrie ermöglichen. Anwendungen, die 3D-Gittermodelldateien mithilfe der Kamera eines Mobilgeräts erzeugen, sind als Untergrenze für Scan-Einsteiger zu betrachten. Nutzer dieser Technik müssen mit zusätzlichen Arbeitsschritten in ihrer CAD-Software rechnen, um Lücken in den Gittermodellen zu entfernen und das 3D-Modell zu verbessern, bevor sie dieses an einen 3D-Drucker senden. Smartphones nutzen weniger Lichtpunkte beim Scannen von Objekten, was zu einer geringeren Detailtiefe im Vergleich zu eigenständigen Scannern führt. Ein iPhone ist ein geeigneter Ersatz, wenn Sie viel Erfahrung im CAD-Design haben oder einfache Modelle in ein digitales Abbild umwandeln wollen.

Die Scangenauigkeit unterscheidet sich bei den einzelnen Scantechnologien erheblich, und größere Genauigkeit hat ihren Preis. Die erforderlichen Toleranzen Ihres fertigen Teils sind eine geeignete Richtlinie, um Ihre Genauigkeitsanforderungen an einen 3D-Scanner zu bestimmen.

Mit einer Genauigkeit im Bereich von 0,1 mm oder höher eignen sich Laserscanner oder Streifenlichtscanner gut für professionelle Anwendungen oder als Ergänzung von 3D-Druckern mit hoher Auflösung. Stereolithografie-3D-Drucker (SLA) von Formlabs wie der Form 3+ produzieren Teile mit einer ähnlichen Genauigkeit und mit einem Fertigungsvolumen, das mit dem Scanvolumen vieler Desktop-3D-Scanner vergleichbar ist.

Neben der Genauigkeit zwischen den gemessenen Punkten und deren tatsächlicher Position unterscheiden sich Scanner auch hinsichtlich der Auflösung, also dem Abstand zwischen den erfassten Punkten bei einem bestimmten Scan-Abstand. Das bedeutet, dass Details auf dem gescannten Gegenstand nicht erfasst werden, wenn sie kleiner sind als die Auflösung des Scanners. So kann ein hochpräziser Scanner mit geringerer Auflösung zwar die allgemeine Form von Schmuckstücken auf einer Statue erkennen, nicht aber einzelne Details eines Rings oder einer Halskette. Je nach den Anforderungen Ihres Projekts kann dies ein Hindernis sein oder auch nicht.

Eine Eselsbrücke für diese Metriken ist: Die Genauigkeit entspricht dem Unterschied (Messfehler) zwischen dem Teil und dem digitalen Wert. Die Auflösung bezieht sich auf die Dichte der Messungen.

„Genauigkeit“ bezeichnet je nach Hersteller und 3D-Scantechnologie leicht unterschiedliche Auslegungen. Beispielsweise hängt die Genauigkeit von Handscannern vom Abstand zum Objekt und der Qualität der Scan-Rekonstruktion ab, während Desktop-Scanner eine einheitliche Genauigkeit innerhalb des begrenzten Scanvolumens haben. Wenn Sie einen 3D-Scanner für genaue Messungen kaufen möchten, stellen Sie sicher, dass Sie Gleiches mit Gleichem vergleichen.

Im Allgemeinen bietet das Streifenlichtscannen im Vergleich zu Laserscannern die höhere Auflösung und Genauigkeit. Für Anwendungen des 3D-Scans im künstlerischen Bereich ist möglicherweise ein hoher Detailgrad erforderlich, während die Gesamtgenauigkeit weniger wichtig ist – besonders wenn das Teil nicht passgenau mit anderen Teilen einer Baugruppe kombiniert werden muss. In diesen Fällen ist Photogrammetrie eine hervorragende kosteneffiziente Lösung.

Sowohl Tiefenkameras als auch Photogrammetrie sind gute Lösungen zum Scannen großer Objekte, um maßstabsgetreue 3D-gedruckte Modelle zu erstellen. Sie sind außerdem genau genug, um die menschliche Anatomie zu erfassen.

In der Einstiegsklasse sind mehrere Scanner mit ähnlicher Technologie wie hochwertigere Modelle erhältlich. Diese Scanner eignen sich hervorragend, um kleine Objekte originalgetreu nachzubilden. Wie nicht anders zu erwarten, ist die Genauigkeit günstiger Laserscanner geringer als bei teuren Scannern. Ihre Detailtreue ist jedoch ausreichend, um kleine dekorative Objekte oder Figuren nachzubilden, bei denen Genauigkeit nicht ausschlaggebend ist.

Wenn Sie nur gelegentlich 3D-Scans benötigen, können Scandienstleister Ihr Objekt scannen, in CAD-Dateien umwandeln und auf ihre Genauigkeit hin prüfen.

Die Fläche, die ein 3D-Scanner erfassen kann, unterscheidet sich je nach Scanner sehr stark. Wählen Sie einen Scanner, der Ihre Größen- und Auflösungsanforderungen möglichst genau erfüllt, da die Kosten für gewöhnlich mit dem Scanvolumen zunehmen.

Handscanner können manuell um das Objekt bewegt werden und weisen deshalb geringere Größeneinschränkungen auf als Desktopmodelle. Die meisten kostengünstigen Handscanner können Objekte von der Größe eines Basketballs bis zu einem ganzen Raum erfassen. Hochwertige Handscanner bieten sogar einen noch breiteren Größenbereich und schließen die Lücke für alle Objekte, bei denen genaue Messungen erforderlich sind, die aber nicht in einen Desktop-Scanner passen. Handscanner erfassen Objekte auch beinahe sofort, wodurch Sie sich gut für die Messung an Menschen für ergonomische und medizinische Anwendungen eignen, da das Objekt dieser Messungen nie vollkommen regungslos sein kann.

Wenn ein Bereich des Modells vom Scanner nicht erfasst werden kann, entsteht ein Loch im Modell. Kleine fehlende Abschnitte können mit den meisten Scan-Programmen automatisch repariert werden, um ein 3D-druckbares Modell zu erzeugen. Jedoch bilden reparierte Löcher das ursprüngliche Modell selten genau ab. Bei Teilen, die eine nahezu perfekte Genauigkeit erfordern, ist die automatische Reparatur von Lücken oder Löchern nicht ausreichend. Lesen Sie unser MeshMixer-Tutorial für fortgeschrittene Tipps zur Bearbeitung und Reparatur von 3D-Dateien für den 3D-Druck.

Bei vielen Scannern kommen Drehteller zum Einsatz, um den Erfassungsbereich zu vergrößern. Die Ausgereiftheit des Drehtellers bestimmt, wie leicht und vollständig ein Objekt erfasst wird: Bei einigen Scannern kann das Objekt um mehrere Achsen rotiert werden, wodurch es sich aus mehreren Blickwinkeln erfassen lässt. Diese Funktion ist beim Reverse Engineering von Kunststoffteilen mit Vertiefungen und Rippen wichtig, die sich aus einem einzigen Blickwinkel nicht erfassen lassen.

Die Kostenfrage ist einfach: Wie viel Sie bereit sind, für einen Scanner auszugeben, hängt vom Budget Ihres Unternehmens ab und davon, wie oft der Scanner benutzt werden soll. Kostenintensivere Scanner sind in der Lage, kleine Objekte zu erfassen und detaillierte Gittermodelle zu erstellen, die keine großen Nachbearbeitungen in der CAD-Software erfordern. Handscanner gehören oft zum Hochpreissegment, da Tragbarkeit mit erhöhten Kosten einhergeht. Der Markt für kostengünstige Scanner bietet eine breite Auswahl, aber Sie müssen wissen, worauf Sie achten sollten.

Mit einem 3D-Scanner erweitern Sie die Möglichkeiten eines 3D-Druckers und sind in der Lage, die Form fast jeden Objekts zu replizieren. Zusammen bilden diese beiden Technologien leistungsstarke digitale Arbeitsabläufe zur Vereinfachung und Verfeinerung von Prozessen in einer Vielzahl von Branchen.

Der 3D-Scanner erzeugt ein Gittermodell aus Dreiecken, das die Oberfläche eines Objekts im Maßstab 1:1 abbildet. In manchen Fällen kann der Scan genutzt werden, um Objekte ohne CAD-Nachbearbeitung direkt zu replizieren. Auch hybride Arbeitsabläufe, bei denen reine CAD-Modelle mit gescannten 3D-Modellen kombiniert werden, können effizient sein. So wird für maßgefertigte Ergonomie zum Beispiel ein physisches Abbild eines Körperteils erfasst und mit einem mechanischen Design integriert.

Auch für die Messung der Genauigkeit von Fertigungsobjekten stellen 3D-Scanner ein nützliches Hilfsmittel dar. Die Genauigkeit von 3D-Drucken wird durch viele Faktoren beeinflusst. Metrologietaugliche 3D-Scanner geben einen verlässlichen Eindruck davon, wie ein Material unter anspruchsvollen Bedingungen arbeitet.

Die Kombination von 3D-Druckern mit 3D-Scannern eröffnet eine Vielzahl von Arbeitsabläufen:

• Reverse Engineering für die Herstellung von Ersatzteilen, Produkten mit maßgefertigter Ergonomie und mehr.
• Nachbildung und Restauration von Teilen, insbesondere für Kunst und Schmuck.
• Herstellung maßgefertigter Ohrhörer für Verbraucher-Audiogeräte.
• (Zahn)medizinische Anwendungen und Ermöglichung patientenspezifischer Arbeitsabläufe.
• Metrologie zur Messung und Validierung der Präzision gefertigter Teile.

3D-Scanner und 3D-Drucker sind branchenübergreifend grundlegende Komponenten digitaler Arbeitsabläufe. Laden Sie unser Whitepaper herunter oder sehen Sie sich unser Webinar an, um einen detaillierten Einblick in die Nutzung von 3D-Scannen zur Verbesserung des Designs und der Fertigung von Teilen zu erhalten. Zusätzlich erklären wir Ihnen, wie Sie 3D-Druck in Kombination mit 3D-Scan für eine Reihe von Arbeitsabläufen im Maschinenbau, beim Reverse Engineering, dem Produktdesign und mehr einsetzen.

Machen Sie sich mit der Seite des 3D-Druck besser vertraut: Lernen Sie die Technologien Stereolithografie (SLA) und selektives Lasersintern (SLS) kennen und entdecken Sie die fortschrittlichen 3D-Druckmaterialien von Formlabs aus erster Hand durch einen kostenlosen 3D-Probedruck.