La numérisation 3D occupe une place importante à plusieurs étapes des processus de travail de la fabrication numérique. Les ingénieurs, les concepteurs de produits, les chercheurs, les dentistes et les professionnels de la santé utilisent les scannners 3D pour être plus rapides et plus efficaces au début de la réalisation de modèles numériques, en intégrant des objets existants par rétro-ingénierie, en scannant des sculptures d’argile réalisées à la main, ou encore en reproduisant la forme exacte du corps humain.
Après la phase de fabrication, la numérisation 3D aide à vérifier la qualité et la précision de la pièce imprimée. Elle peut aussi révéler la façon dont la pièce a été déformée après utilisation et les endroits qui nécessiteront d’être renforcés dans les prochaines conceptions.
Étant donné le large choix de scanners, qui va des scanners 3D portables jusqu’aux scanners 3D de bureau, il peut être difficile de choisir celui qui vous convient en fonction de votre application et de votre budget. Dans ce guide, nous détaillons les facteurs les plus importants à prendre en compte lors de l’achat d’un scanner 3D et vous présentons certaines des applications clés rendues possibles par la combinaison de la numérisation et de l’impression 3D.
Types de technologies de numérisation 3D
De nombreuses technologies de numérisation sont proposées sur le marché, et chacune comporte des avantages et des inconvénients, des scanners portatifs aux scanners 3D de bureau. Le système de numérisation 3D qui vous convient le mieux dépend de votre application et de votre budget.
La triangulation laser utilise une lumière projetée sur l’objet pour prendre des millions de mesures (points) par seconde. La lumière reflétée par les points est enregistrée par le capteur du scanner afin de reproduire la forme de l’objet. Ces types de scanners sont en général les plus précis. Ils sont parfaits pour les pièces présentant de nombreux détails et des surfaces opaques.
Mais les scanners par triangulation laser ont également leurs limites. Par exemple, cette technologie n’est pas utilisée dans la plupart des lasers portables, car les points laser doivent être projetés d’une source stable, qui doit de plus être proche de l’objet scanné. Les scanners à triangulation laser ne fonctionnent pas toujours sur des surfaces transparentes ou brillantes. Ils nécessitent généralement d’appliquer des marqueurs réfléchissants sur l’objet, qui doivent par la suite être retirés. En fonction des objets scannés, cela peut constituer un obstacle.
Enfin, les points laser peuvent être dangereux pour les yeux. Il est donc important de respecter les consignes de sécurité lors de scans corporels ou faciaux avec un système de triangulation laser, ou de consulter le fabricant du scanner pour vérifier que le dispositif est sans danger pour les yeux.
Les scanners à lumière structurée (également appelés scanners à lumière blanche ou scanners à lumière bleue) utilisent généralement un projecteur avec deux appareils photo disposés de chaque côté. De la lumière est projetée sur le composant scanné, les appareils enregistrent la façon dont les objets dévient la lumière, puis toutes ces images sont intégrées dans un seul instantané 3D.
Les scanners à lumière structurée sont disponibles en format fixe et portatif. Cette technologie est la plus couramment utilisé par les scanners 3D portatifs. Les scanners à lumière structurée sont souvent utilisés pour les applications médicales, car ils sont sans danger pour les humains comme pour les animaux, et donnent de bons résultats même si un objet n’est pas parfaitement immobile. Les scanners à lumière structurée traditionnels sont moins rapides que les scanners par triangulation laser.
Le scan par lumière structurée est la technologie la plus couramment utilisée dans les scanners 3D portatifs.
Les appareils photo à détection de profondeur projettent un champ de points infrarouge (IR) pour capturer une scène en 3D. Ces appareils photo à détection de profondeur sont simples à utiliser et constituent l’option de numérisation la moins coûteuse, mais leur précision et leur résolution sont faibles, et de petits détails peuvent être perdus. Ils permettent de scanner des objets de grande taille, mais la précision diminue au fur et à mesure que la distance de l’objet augmente ou que l’angle de l’appareil photo devient plus raide.
La photogrammétrie désigne l’action de dériver des mesures précises à partir de photographies. Elle consiste à prendre un ensemble de photos superposées d’un objet, d’un bâtiment, d’une personne ou d’un environnement, et à les convertir en un modèle 3D à l’aide d’un certain nombre d’algorithmes informatiques. Il s’agit de la méthode la plus utilisée pour créer un scan 3D avec un smartphone, car les appareils photo des téléphones modernes sont capables de capturer et de combiner un grand nombre de photos. La photogrammétrie est la méthode la moins chère et la moins précise pour créer des impressions, et à ce titre, elle ne doit pas être envisagée pour des applications professionnelles.
Les capteurs LiDAR (light detection and ranging) équipent certains smartphones et tablettes haut de gamme, comme par exemple les dernières versions de l’iPhone Pro et de l’iPad Pro. De ce fait, l’iPhone et l’iPad sont devenus des scanners utilisables par les utilisateurs ayant parfois besoin de scanner un objet. Ils sont supérieurs aux smartphones qui ne proposent que la photogrammétrie. Les applications capables de générer des fichiers de maillage 3D via l’appareil photo d’un smartphone constituent l’entrée de gamme des techniques de numérisation. Vous devez vous attendre à effectuer un travail supplémentaire dans votre logiciel CAO pour retirer les trous du maillage et améliorer le fichier d’impression avant de l’envoyer à une imprimante 3D professionnelle. Les smartphones utilisent moins de points de lumière pour scanner les objets, et offrent ainsi des niveaux de détails plus bas qu’un véritable scanner autonome. L’iPhone est une bonne alternative au scanner si vous avez la possibilité de retravailler en profondeur les conceptions en CAO, ou si vous devez transférer des modèles simples dans un espace numérique.
Comment la numérisation 3D soutient les processus de développement de produit modernes
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Comment choisir le meilleur scanner 3D pour votre imprimante 3D
Précision des scanners 3D vs. prix
La précision de numérisation varie considérablement d’une technologie de scan à l’autre, et plus de précision implique généralement un prix plus élevé. Les tolérances requises pour la pièce finale peuvent vous aider à déterminer la précision que nécessite votre scanner 3D.
| Prix élevé, précision élevée (15 000 € et plus) | Prix et précision plus élevés (10 000 € et moins) | Plus abordable (moins de 2000 €) | Faible prix, faible précision |
|---|---|---|---|
| Hexagon Atlascan Max Zeiss T-Scan Hawk 2 Shining 3D EinScan Libre Creaform HandyScan Silver Series | Shining 3D EinScan SP V2 Peel 3D Peel 3 Shining 3D EinScan HX2 | Revopoint Miraco Plus Revopoint MetroX Matter and Form Three Creality Raptor Pro | iPhone Pro & iPad Pro Revopoint Inspire Shining 3D Einstar Structure Sensor 3 |
Les scanners laser et à lumière structurée sont bien adaptés aux applications professionnelles et aux imprimantes 3D haute résolution. Les scanners bon marché ont une précision allant de 0,1 mm à 1 mm, tandis que les scanners plus coûteux ont une précision allant jusqu’à 0,02 mm. Les différents scanners ont également une distance de travail différente, ce qui influe sur leur utilisation.Les imprimantes 3D
résine stéréolithographiques (SLA) Formlabs (telles que la série d’imprimantes 3D Form 4) offrent une précision similaire à la précision de nombreux scanners laser de bureau.En plus de la précision entre les points mesurés et leur emplacement réel, les scanners varient également en termes de résolution, à savoir la distance entre les points capturés à une distance donnée du scanner. Cela signifie que les détails de l’objet numérisé qui sont plus petits que la résolution du scanner ne seront pas capturés. Par exemple, un scanner haute précision avec une résolution basse peut détecter la forme générale d’un bijou sur une statue, mais ne montrera pas clairement tous les détails d’une bague ou d’un collier. En fonction des exigences de votre projet, cela peut être un problème.
Rappelez-vous ceci : la précision est la marge d'erreur entre la pièce réelle et la valeur numérique. La résolution, elle, désigne la densité des mesures.
La précision peut prendre des significations légèrement différentes en fonction du fabricant et de la technologie de numérisation 3D. Par exemple, la précision des scanners portables dépend de la distance par rapport à l’objet et de la qualité de reproduction, tandis que les scanners de bureau ont une précision constante dans un volume de numérisation limité. Si vous envisagez d’acheter un scanner 3D pour prendre des mesures précises, assurez-vous de bien comparer leurs propriétés.
En général, le scan à lumière structurée offre la meilleure résolution et la meilleure précision par rapport au scan laser. Dans certains usages artistiques, vous aurez peut-être besoin de beaucoup de détails, tandis que la précision globale y sera moins importante, surtout si vous n’avez pas besoin que votre pièce s’ajuste précisément à d’autres pièces d’un assemblage. Dans ce cas, la photogrammétrie est une excellente option bon marché.
La caméra à détection de profondeur et la photogrammétrie sont de bonnes solutions de numérisation d’objets volumineux pour créer des modèles 3D à l’échelle et offrent également une précision suffisante pour capturer la forme du corps humain.
Plusieurs scanners laser d’entrée de gamme, portables ou de bureau, proposant une technologie similaire aux systèmes haut de gamme. Ces scanners sont un excellent moyen de commencer à reproduire de petits objets à l’échelle 1:1. Comme on peut s’y attendre, la précision des scanners laser 3D d’entrée de gamme est inférieure à celle d’un scanner haut de gamme, mais ils peuvent facilement fournir assez de détails pour reproduire de petits objets et figurines décoratifs, pour lesquels la précision n’est pas essentielle.
Si vous n’avez besoin de scanner des objets qu’occasionnellement, des prestataires peuvent scanner votre objet, effectuer une conversion CAO ou vérifier la précision.
Volume et portée des scanners 3D
La zone qu’un scanner 3D peut capturer varie considérablement d’un scanner à l’autre. Trouvez un scanner qui corresponde à vos besoins en termes de taille et en résolution, sans pour autant les dépasser, car le coût augmente généralement avec le volume de scan.
Les scanners portables peuvent être déplacés manuellement autour de l’objet et présentent moins de contraintes de taille que les modèles de bureau. La plupart des scanners portables bon marché peuvent capturer des objets dont la taille peut aller de celle d’un ballon de basket à celle d’une pièce entière. Les scanners portables haut de gamme ont une portée encore plus large et répondent aux besoins de numérisation de tout objet qui nécessite d’être mesuré avec précision, mais qui ne tient pas dans un scanner de bureau. Les scanners portables sont également capables de capturer des objets de manière quasi instantanée, ce qui les rend particulièrement adaptés aux mesures anatomiques (lorsque le sujet n’est pas parfaitement immobile) pour des applications ergonomiques et médicales.
Si une zone du modèle n’est pas visible par le scanner, cette partie manquera dans le modèle. Vous pouvez réparer automatiquement de petites parties manquantes avec la plupart des logiciels de numérisation et créer un modèle imprimable en 3D. Cependant, les parties réparées seront rarement fidèles à l’objet d’origine. La réparation automatique des trous ou des parties manquantes ne sera pas suffisante pour les pièces qui exigent une précision presque parfaite. Lisez notre tutoriel MeshMixer pour obtenir des conseils avancés sur la modification et la réparation des fichiers 3D pour l’impression 3D.
De nombreux scanners utilisent des plateaux rotatifs pour améliorer la capture. Ceux-ci influent sur la facilité à capturer l’objet dans son intégralité : certains appareils peuvent déplacer l’objet sur plusieurs axes et le scanner sous plusieurs angles. Cette caractéristique est importante pour la rétro-ingénierie de pièces en plastique présentant des concavités et des nervures profondes impossibles à capturer sous un seul angle.
Les scanners peuvent faire pivoter l’objet pour capturer les zones obstruées. Les régions rouges sont obstruées et ne seront pas numérisées. Les zones à relief profond sont difficiles à capturer avec un simple plateau rotatif à axe unique en raison du manque de visibilité.
Les questions de coûts sont assez simples : le montant que vous souhaitez investir dans un scanner reflète le budget de votre entreprise et l’utilisation prévue de votre scanner. Les scanners les plus chers pourront capturer les petits objets et créer des maillages plus détaillés, sans qu’il y ait besoin de trop les retoucher dans un logiciel CAO. Les scanners portables sont généralement les plus onéreux, du fait de leur maniabilité. Il existe de nombreux types de scanners bon marché, mais il faut tout savoir s’y retrouver.
Organigramme : choisir le meilleur scanner 3D pour votre application
Utilisez cet organigramme pour déterminer le scanner dont vous avez besoin en fonction de la précision, du volume de numérisation et du budget disponible.
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Comment la numérisation 3D complète-t-elle l’impression 3D ?
Un scanner 3D démultiplie les capacités d’une imprimante 3D et vous permet de reproduire la forme de presque tous les objets. Ensemble, les deux technologies créent un puissant flux de travail numérique qui peut simplifier et perfectionner les processus dans toute une série de secteurs.
Un scan 3D résulte en un maillage de triangles représentant la surface d’un objet à l’échelle réelle. Dans certains cas, le scan peut être utilisé directement pour reproduire des objets, sans qu’il ne faille effectuer la moindre retouche dans un logiciel CAO. Un flux de travail hybride peut également s’avérer puissant, lorsque des modèles CAO solides sont combinés à des modèles 3D numérisés. Par exemple, il est possible de personnaliser un dispositif en capturant l’empreinte physique d’une partie du corps humain et en l’intégrant à une conception mécanique.
La combinaison d’une imprimante 3D et d’un scanner 3D permet de réaliser toute une série de flux de travail puissants :
- Rétro-ingénierie pour créer des pièces de rechange, des dispositifs ergonomiques sur mesure, et plus encore.
- Reproduction et restauration de pièces, en particulier pour l’art et la joaillerie.
- Applications dentaires et médicales pour la création de dispositifs médicaux spécifiques aux patients. Une fois l’anatomie du patient numérisée, un dispositif médical personnalisé, comme une prothèse, peut être imprimé en 3D pour le patient.
- Produits auditifs grand public pour créer des écouteurs personnalisés.
- La métrologie pour valider et mesurer la précision des objets fabriqués et fournir une image claire des performances d’un matériau pour des applications exigeantes.
Chez Brose, un fournisseur automobile, les composants existants sont numérisés en 3D et modifiés avant d’être fabriqués via l’impression 3D.
Les scanners intraoraux deviennent la norme et remplacent les empreintes manuelles dans les cabinets dentaires et orthodontiques tels que Alvetro Orthodontics.
Les prestataires de services médicaux spécialisés en orthopédie, comme Kriwat GmbH, utilisent la numérisation 3D pour prendre l’empreinte des pieds afin de produire des semelles personnalisées.
Chez Romans Ferrari, un centre de réadaptation pédiatrique, la numérisation 3D et l’impression 3D sont utilisées pour créer des masques compressifs personnalisés pour le traitement des brûlures faciales.
De la numérisation 3D à l’impression 3D : rétro-ingénierie rapide pour la restauration de machines, les gabarits d’assemblage et les produits d’après-vente
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Essai de précision de l’impression 3D : Métrologie et numérisation 3D de haute précision
La métrologie appliquée consiste à mesurer les dimensions réelles d’une pièce. Elle est essentielle à tout processus de fabrication, y compris l’impression 3D. Formlabs utilise la numérisation 3D lors du développement de ses produits pour mesurer et valider la précision des nouveaux matériaux SLA. C’est l’outil de métrologie le plus polyvalent pour les pièces imprimées en 3D, qui ont tendance à présenter des surfaces plus complexes que celles facilement mesurables à l’aide d’un micromètre ou même d’une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT).
Les scanners de métrologie et les logiciels de numérisation vous permettent de mesure la précision en comparant les résultats de scan au modèle source. Les modèles sont alignés par rapport à des points de référence sélectionnés, et le logiciel effectue une analyse d’écart, identifiant ainsi les zones où la surface imprimée diffère du fichier source.
L’analyse des écarts brosse un tableau statistique de la précision des pièces. Cependant, elle n’est pas toujours parfaitement uniforme sur une pièce imprimée en 3D. Par exemple, les surfaces avec supports sont moins précises que les surfaces supérieures, et la contraction lors de la post-polymérisation est plus importante sur les grandes surfaces de la pièce.
Développer un processus de travail numérique avec la numérisation et l'impression 3D
Les scanners 3D et les imprimantes 3D sont des parties essentielles des processus de travail numériques dans tous les secteurs, permettant une variété de processus de travail dans l’ingénierie, la conception de produits, et plus encore.
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