El escaneo 3D ocupa un lugar importante en múltiples etapas de los procesos de trabajo de fabricación digital. Los ingenieros, diseñadores de productos, investigadores, dentistas y profesionales de la medicina usan los escáneres 3D como un modo más eficiente y rápido de empezar a construir modelos digitales, ya sea mediante la incorporación de diseños existentes mediante ingeniería inversa, digitalizando diseños de arcilla esculpidos a mano o siguiendo la forma exacta del cuerpo humano.
Después de la fabricación, el escaneo 3D puede servir de apoyo para el control de calidad y ayudar a verificar la precisión de una pieza impresa. Por otro lado, después de que la pieza se haya usado, un escáner puede revelar cómo ha sido su rendimiento: un escaneo de una pieza deformada puede mostrarte dónde reforzar el diseño en la próxima revisión.
Con una variedad tan amplia de productos disponibles (desde escáneres 3D de mano hasta escáneres de escritorio), elegir el sistema de escaneo 3D más adecuado para tu aplicación y tu presupuesto puede resultar difícil. En esta guía, exploramos los factores más importantes que hay que considerar a la hora de comprar un escáner 3D y mostramos algunas de las principales aplicaciones que se pueden potenciar combinando el escaneo 3D y la impresión 3D.
Tipos de tecnologías de escaneo 3D
Actualmente, hay varias tecnologías de escaneos disponibles en el mercado, cada una con sus propias ventajas y desventajas, desde escáneres portátiles de mano a escáneres 3D de escritorio. Cuál sea el mejor sistema de escaneo 3D para ti dependerá de tu aplicación y presupuesto.
La triangulación por láser realiza millones de mediciones (puntos) por segundo proyectando luz sobre el objeto. La luz se refleja desde los puntos hasta el sensor del escáner para ayudarlo a capturar la geometría del objeto. Estos tipos de escáner suelen ser los más precisos y son muy eficaces para piezas muy detalladas con superficies transparentes.
No obstante, los escáneres de triangulación por láser tienen límites. Por ejemplo, esta tecnología no se usa en la mayoría de los escáneres de mano porque los puntos del láser deben proyectarse desde una fuente estable y dicha fuente se debe mantener a una distancia corta del objeto escaneado. Además, los escáneres de triangulación por láser no siempre funcionan con superficies transparentes o brillantes. Esta tecnología suele requerir aplicar marcadores reflectantes al objeto, marcadores que deben retirarse después de su uso. Esto podría ser un obstáculo en función del objeto que se está escaneando.
Por último, los puntos del láser pueden ser dañinos para el ojo humano, por lo que es importante tomar precauciones adicionales cuando se escaneen partes del cuerpo con sistema de triangulación por láser o confirmar con el fabricante de la máquina que el escáner es seguro para los ojos.
Los escáneres de luz estructurada (también conocidos como escáneres de luz blanca o escáneres de luz azul) suelen usar un proyector con dos cámaras en ángulo a cada lado. Se proyecta y se dispone un patrón de luz sobre el componente que se escanea, las cámaras captan la manera de la que objeto deforma el patrón de luz y después todas las imágenes se integran en una única imagen 3D.
Los escáneres de luz estructurada están disponibles tanto en un formato estático como en uno portátil y su tecnología es el proceso más utilizado en los escáneres 3D de mano. Los escáneres de luz estructurada son mucho más comunes en aplicaciones médicas, ya que es segura para humanos y animales y es especialmente eficaz cuando un objeto no está totalmente quieto. Los escáneres de luz blanca tradicionales han sido más lentos al escanear que los escáneres de triangulación por láser.
El escaneo de luz estructurada es la tecnología más utilizada para los escáneres 3D de mano.
Las cámaras de detección de profundidad proyectan un campo de puntos en infrarrojo para analizar un espacio tridimensional. Las cámaras de detección de profundidad son sencillas de usar y son la opción de escaneo más económica, pero su precisión y su resolución son bajas, por lo que a veces se pierden algunos detalles precisos. Es posible capturar objetos de gran tamaño con estas cámaras, pero la precisión disminuye a medida que aumenta la distancia al objeto y cuando los ángulos son más pronunciados.
Fotogrametría es el nombre que recibe el proceso de extraer mediciones precisas de fotografías. Consiste en hacer una serie de fotografías de un objeto, edificio, persona o entorno, para convertirlos en un modelo 3D mediante diversos algoritmos informáticos. Este es el método que más se utiliza para crear un escaneo 3D con un teléfono inteligente, ya que las cámaras actuales de los teléfonos son capaces de capturar y combinar una gran cantidad de fotos. La fotogrametría se debería considerar el método menos caro y menos preciso para crear impresiones 3D y no es adecuada para aplicaciones empresariales serias.
Los sensores LiDAR (detección por luz y distancia) se pueden encontrar en algunos teléfonos inteligentes y tabletas de gama alta, como las últimas versiones del iPhone Pro y el iPad Pro. Esto ha convertido al iPhone y al iPad en escáneres viables para quien tenga una necesidad puramente ocasional de realizar escaneos, además de ofrecer un rendimiento que está un nivel por encima de los dispositivos inteligentes que solo tienen acceso a la fotogrametría. Las aplicaciones que generan archivos de malla 3D utilizando la cámara de tu teléfono inteligente o tableta se deberían considerar como los sistemas de escaneo más básicos; los usuarios deberían esperar que sea necesario más trabajo en su software CAD para eliminar los huecos en la malla y mejorar el archivo de impresión para finalidades como enviarlo a una impresora 3D. Los teléfonos inteligentes usan menos puntos de luz cuando escanean objetos, por lo que obtienen menos detalle que un verdadero escáner. Los iPhone son unos buenos sustitutos para los escáneres si tienes bastante experiencia diseñando en CAD o si necesitas transferir modelos básicos a un espacio digital.
Cómo ayuda el escaneo 3D al proceso moderno de desarrollo de productos
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Cómo elegir el mejor escáner 3D para tu impresora 3D
La precisión del escáner 3D frente a su precio
La precisión del escaneo varía de forma notable entre las diferentes tecnologías y, a mayor precisión, el precio suele ser mayor también. El nivel de tolerancia de tu pieza final puede servirte de guía para determinar los requisitos de precisión para un escáner 3D.
| Precio elevado y máxima precisión (desde 15 000 €) | Mayor precio y precisión (10 000 € o menos) | Más asequible (menos de 2000 €) | Precio bajo y baja precisión |
|---|---|---|---|
| Atlascan Max de Hexagon T-Scan Hawk 2 de Zeiss EinScan Libre de Shining 3D HandyScan serie Silver de Creaform | EinScan SP V2 de Shining 3D Peel 3 de Peel 3D EinScan HX2 de Shining 3D | Miraco Plus de Revopoint MetroX de Revopoint Three de Matter and Form Raptor Pro de Creality | iPhone Pro & iPad Pro Revopoint Inspire Einstar de Shining 3D Structure Sensor 3 |
Los escáneres láser y de luz estructurada son una opción eficaz para aplicaciones profesionales o para combinarlos con impresoras 3D de alta resolución. Los escáneres de bajo coste tienen una precisión de hasta 0,1 mm a 1 mm, mientras que los de precio más elevado tienen una precisión de hasta 0,02 mm. Los distintos escáneres también tendrán una distancia de funcionamiento diferente, lo que afectará a cómo puedes utilizarlos. Las impresoras 3D de resina de estereolitografía (SLA) de Formlabs (como las impresoras 3D de la serie Form 4) producen piezas con una precisión similar a la de muchos escáneres 3D de escritorio.
Además de la precisión entre los puntos medidos y su ubicación real, los escáneres también varían en función de la resolución, que es la distancia entre puntos capturados a una distancia de escaneo determinada. Esto significa que el escáner no capturará los detalles que sean más pequeños que la resolución del escáner. Por ejemplo, un escáner 3D muy preciso con una resolución baja podría detectar la forma general de las joyas que lleva una estatua, pero no mostrarían con claridad detalles concretos de un anillo o un collar. En función de los requisitos de tu proyecto, esto podría ser un factor determinante para tu elección.
Una forma fácil de recordar estas medidas es saber que la precisión es el valor que representa el error de medición entre la pieza y su valor digital. La resolución se refiere a la densidad de las mediciones.
El significado de "precisión" puede variar ligeramente en función del fabricante de la tecnología de escaneo 3D. Por ejemplo, la precisión de los escáneres de mano depende de la distancia al objetivo y de la calidad de la reconstrucción del escáner, mientras que los escáneres de escritorio ofrecen un nivel de precisión constante dentro del volumen de alcance del escáner. Si estás pensando en comprar un escáner 3D para realizar mediciones precisas, asegúrate de realizar una buena comparación entre productos.
En general, el escaneo de luz estructurada ofrece la mejor resolución y precisión si se compara con el escaneo láser. En algunos usos artísticos del escaneo 3D es posible que necesites un alto nivel de detalle, pero que el nivel de precisión general sea menos importante; especialmente, si no necesitas que las piezas encajen perfectamente en una composición. En estos casos, la fotogrametría es una excelente opción de bajo coste que puedes considerar.
Tanto las cámaras con sensor de profundidad como la fotogrametría son una buena solución a la hora de escanear objetos grandes para imprimir en 3D modelos a escala y también ofrecen la suficiente precisión como para capturar la forma del cuerpo humano.
Hay varios escáneres láser básicos disponibles que utilizan una tecnología similar a la de los sistemas de alta gama. Estos escáneres son una opción estupenda para empezar a reproducir objetos pequeños a escala 1:1. Como cabe esperar, la precisión de los escáneres láser básicos es menor que la de un escáner láser de alta gama, pero proporcionan un nivel de detalle suficiente para reproducir pequeños objetos de decoración y figuras donde la precisión no es el aspecto principal.
Si necesitas realizar escaneos 3D solo de vez en cuando, los servicios de digitalización pueden escanear tu objeto, hacer editable en un programa CAD el archivo generado y comprobar el grado de precisión.
Volumen y cobertura del escáner 3D
El área que puede capturar un escáner 3D varía de forma notable entre modelos. Busca un escáner que se ajuste a tus requisitos de tamaño y resolución sin exceder tu presupuesto, ya que el coste suele aumentar en función del volumen de escaneo.
Los escáneres 3D de mano se pueden mover de forma manual alrededor del objeto y tienen menos limitaciones de tamaño que los modelos de escritorio. Los escáneres de mano más económicos pueden capturar objetos con tamaños que abarcan desde una pelota de baloncesto hasta toda una habitación. Los escáneres de mano de alta gama tienen un radio aún más amplio y pueden utilizarse con todos los objetos que requieren mediciones precisas, pero son demasiado grandes para un escáner de escritorio. Los escáneres 3D de mano también permiten capturar objetos de forma casi instantánea, por lo que son una opción ideal para medir personas (cuando el sujeto no está totalmente quieto), piezas ergonómicas y aplicaciones médicas.
Si una zona del modelo no es visible para el escáner, aparecerá un hueco en el modelo. La mayoría de programas de escaneo para la creación de modelos 3D imprimibles reparan automáticamente estas pequeñas secciones vacías. No obstante, los agujeros reparados no suelen ser precisos con respecto al objeto original. La reparación automática de huecos o agujeros no será suficiente para piezas que requieran una precisión prácticamente perfecta. Lee nuestro tutorial de MeshMixer si necesitas consejos avanzados para editar y reparar archivos 3D para la impresión 3D.
Muchos escáneres usan plataformas giratorias para aumentar su campo de visión. La sofisticación de la plataforma giratoria de un escáner puede afectar a su facilidad y capacidad para capturar el objeto en su totalidad: algunos escáneres pueden mover el objeto en diferentes ejes y escanearlo desde más ángulos. Esta función es importante cuando se trata de piezas de plástico de ingeniería inversa con rebajes profundos y molduras, imposibles de capturar desde un único ángulo.
Algunos escáneres pueden rotar el objeto para capturar las zonas ocultas. Las zonas en rojo quedan ocultas y no aparecen en el escáner. Es complicado que un escáner con una plataforma con un solo eje pueda capturar completamente zonas con relieves profundos.
La cuestión del coste es sencilla: cuánto estás dispuesto a gastar en un escáner depende del presupuesto de tu negocio y de con cuánta frecuencia se va a utilizar el aparato. Los escáneres de costes más elevados son capaces de capturar objetos pequeños y crear mallas muy detalladas que no requieren retoques significativos en un software CAD. De hecho, los escáneres de mano a menudo están también en la gama más alta de precios, debido a su carácter portátil. El mercado del escaneo de bajo coste ofrece diversas opciones, pero hay que saber qué buscar.
Organigrama: Cómo elegir el mejor escáner 3D para tu aplicación
Usa el siguiente organigrama para determinar el escáner que necesitas en función de la precisión, el volumen de escaneo y tu presupuesto.
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¿Cómo complementa el escaneo 3D a la impresión 3D?
Un escáner 3D amplía las capacidades de una impresora 3D, ya que te permite reproducir la forma de casi cualquier objeto. Juntas, estas dos tecnologías crean un proceso de trabajo digital eficaz que permite simplificar y optimizar procesos en una gran variedad de industrias.
El resultado de un escáner 3D es una malla de triángulos que representa la superficie de un objeto a escala real. En algunos casos, la imagen resultante puede utilizarse para reproducir objetos directamente sin tener que procesarla con un programa CAD. Un proceso de trabajo híbrido también puede resultar muy efectivo cuando se combinan modelos CAD sólidos con modelos escaneados. Por ejemplo, las piezas ergonómicas personalizadas capturan la impresión física de una parte del cuerpo humano para integrarla en diseños mecánicos.
Hay varios procesos de trabajo potentes que son posibles gracias a la combinación de una impresora 3D y un escáner 3D:
- Ingeniería inversa para crear piezas de recambio, productos con ergonomía a medida y más.
- Reproducciones y restauraciones de piezas, especialmente en los sectores del arte y la joyería.
- Aplicaciones en odontología y medicina para la creación de productos adaptados a cada paciente. Una vez escaneada la anatomía de un paciente, se puede imprimir en 3D un producto sanitario personalizado para él, como una prótesis.
- Productos de sonido de consumo, para crear productos auditivos hechos a medida.
- Metrología para validar y medir la precisión de los objetos fabricados y proporcionar una imagen clara de cómo se comporta un material en aplicaciones exigentes.
En Brose, un proveedor del sector del automóvil, los componentes existentes se escanean en 3D y se modifican antes de fabricarlos mediante impresión 3D.
Los escáneres intraorales se están convirtiendo en la norma y están sustituyendo a las impresiones manuales en clínicas dentales y de ortodoncia como Alvetro Orthodontics.
Los proveedores médicos especializados en ortopedia, como Kriwat GmbH, utilizan el escaneo 3D para capturar impresiones de los pies y fabricar plantillas ortopédicas personalizadas.
En Romans Ferrari, un centro de rehabilitación pediátrica, se utiliza el escaneo 3D y la impresión 3D para crear máscaras compresivas hechas a medida para el tratamiento de quemaduras faciales.
Del escaneo 3D a la impresión 3D: Ingeniería inversa rápida para la restauración de máquinas, soportes para montaje y productos para el mercado de recambios
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Ensayo de precisión de la impresión 3D: Metrología y escaneo 3D de alta precisión
La metrología aplicada es la medición de las dimensiones de una pieza y es esencial para todos los procesos de fabricación, incluida la impresión 3D. Uno de los fines para los que Formlabs utiliza el escaneo 3D durante el desarrollo de productos es para medir y validar la precisión de nuevos materiales para SLA. El escaneo 3D es la herramienta de metrología más versátil para las piezas impresas en 3D, que tienden a tener superficies más complejas de lo que se podría medir con facilidad usando un micrómetro o incluso una máquina de medición de coordenadas (CMM).
Los escáneres aptos para metrología y el software de escaneo permiten medir la precisión comparando el resultado del escaneo con el modelo de origen. Los modelos se alinean en función de puntos de referencia seleccionados y el software realiza un análisis de desviación, identificando zonas en las que la superficie impresa es diferente al archivo de origen.
El análisis de desviación ofrece una visión estadística de la precisión y la fidelidad de las piezas. Sin embargo, la precisión no siempre es uniforme en toda una pieza impresa en 3D. Por ejemplo, las superficies con soporte son menos precisas que las superficies superiores y la contracción causada por el poscurado tiene un efecto mayor en las piezas cuando los vanos entre los soportes son grandes.
Cómo crear un proceso de trabajo digital con el escaneo 3D y la impresión 3D
Los escáneres 3D y las impresoras 3D son partes esenciales de los procesos de trabajo digitales en todo tipo de sectores, ya que hacen posible una gran variedad de flujos de trabajo en ingeniería, diseño de productos y mucho más.
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