Come scegliere il miglior scanner 3D da usare con la tua stampante 3D

La scansione 3D ha un ruolo importante all'inizio e alla fine dei processi di stampa 3D. Ingegneri, designer e ricercatori usano gli scanner 3D per iniziare a costruire modelli digitali in modo più facile ed efficiente, incorporando progetti esistenti tramite l'ingegneria inversa, digitalizzando modelli in argilla scolpiti a mano oppure riproducendo la forma esatta del corpo umano.

Dopo la fabbricazione, la scansione 3D può contribuire al controllo qualità e a verificare l'accuratezza di una parte stampata in 3D, oppure, una volta che la parte è stata usata, può rivelare come si è comportata: scansionare una parte deformata può mostrare dove occorre rinforzare il modello nella prossima revisione.

Con una gamma così ampia di prodotti disponibili, dagli scanner 3D portatili alle versioni desktop, può essere difficile scegliere il sistema di scansione giusto per il tipo di utilizzo che intendi farne e il tuo budget. In questo articolo scopriremo quali sono i fattori più importanti da considerare quando si acquista uno scanner 3D e quali sono le applicazioni chiave supportate dalla combinazione di scanner 3D e stampante 3D.

Sul mercato sono presenti numerose tecnologie di scansione, ognuna caratterizzata da pro e contro.

La triangolazione laser utilizza la luce proiettata sull'oggetto per acquisire milioni di misurazioni (punti) al secondo. La luce riflessa dai punti sul sensore dello scanner agevola l'acquisizione della geometria dell'oggetto. Questo tipo di scanner è solitamente il più preciso, nonché l'ideale per le parti estremamente dettagliate con superfici opache.

Tuttavia, gli scanner a triangolazione laser hanno delle limitazioni. Ad esempio, non è possibile usare questa tecnologia nella maggior parte degli scanner portatili in quanto i punti laser devono essere proiettati da una fonte stabile, che deve essere tenuta a distanza ravvicinata dall'oggetto scansionato. Gli scanner a triangolazione laser a volte non funzionano sulle superfici trasparenti o lucide. In genere, queste tecnologie richiedono l'applicazione di segnali riflettenti sull'oggetto, che devono poi essere rimossi dopo la scansione e possono rappresentare un ostacolo per alcuni oggetti scansionati.

Infine, i punti laser potrebbero essere dannosi per la vista. È quindi importante osservare istruzioni di sicurezza addizionali quando si scansionano parti del corpo con un sistema di triangolazione laser, oppure verificare insieme al produttore dello scanner che il dispositivo sia sicuro per gli occhi.

Gli scanner a luce strutturata (anche detti scanner a luce bianca o a luce blu) utilizzano un proiettore con due fotocamere inclinate su ogni lato. Una struttura luminosa viene proiettata sul componente da scansionare, le fotocamere rilevano il modo in cui l'oggetto deforma la luce e successivamente tutte le immagini vengono integrate in un singolo scatto 3D.

Gli scanner a luce strutturata sono disponibili in versione fissa e portatile. Questa tecnologia è la più utilizzata per i dispositivi di scansione 3D portatili. Gli scanner a luce strutturata sono molto più comuni nelle applicazioni mediche, perché il loro utilizzo è sicuro per esseri umani e animali, con prestazioni eccellenti anche quando l'oggetto non è perfettamente immobile. Gli scanner a luce strutturata tradizionali eseguono la scansione più lentamente rispetto a quelli a triangolazione laser.

Le fotocamere con sensore di profondità proiettano un campo di punti a infrarossi (IR) per il campionamento di una scena in 3D. Le fotocamere con sensore di profondità sono facili da usare e rappresentano gli strumenti per la scansione meno costosi, ma hanno una precisione e una risoluzione limitate, quindi si possono perdere i dettagli più minuti. Le fotocamere con sensore di profondità potrebbero catturare gli oggetti più grandi, ma la precisione diminuisce se aumenta la distanza dal soggetto e se l'angolo di visione è più stretto.

La fotogrammetria è la capacità di ricavare misure precise dalle fotografie. Consiste nel prendere in esame un insieme di foto sovrapposte di un oggetto, di un edificio, di una persona o di un ambiente e trasformarle in un modello 3D utilizzando diversi algoritmi. Questo è il metodo più usato quando si eseguono scansioni 3D con gli smartphone, grazie alle loro fotocamere moderne in grado di acquisire e combinare un gran numero di fotografie. La fotogrammetria è probabilmente il metodo meno costoso e preciso per la creazione di stampe e non è dunque adatto per applicazioni commerciali importanti.

I sensori LiDAR (light detection and ranging, rilevamento e portata della luce) si possono trovare anche su alcuni smartphone e tablet di fascia alta, ad esempio nelle ultime versioni di iPhone Pro e iPad Pro. Perciò iPhone e iPad sono diventati degli scanner utili per chi ha bisogno di eseguire scansioni occasionali, e sono in grado di offrire prestazioni che sono un gradino al di sopra dei dispositivi che hanno accesso alla sola fotogrammetria. Le applicazioni che generano file mesh 3D tramite la fotocamera dello smartphone permettono un primo approccio al mondo della scansione. Gli utenti dovranno poi trasferire e perfezionare il progetto con un software CAD per completare le parti mancanti nei mesh e migliorare il file di stampa prima di inviarlo a una stampante 3D. Gli smartphone utilizzano meno punti luce quando scansionano un oggetto e questo si traduce in una resa meno dettagliata rispetto a uno scanner vero e proprio. Ma se hai una buona padronanza della progettazione CAD o hai bisogno di trasferire modelli base in uno spazio digitale, un iPhone può essere un ottimo sostituto.

La precisione della scansione varia notevolmente a seconda delle tecnologie e, in genere, a una maggiore precisione corrisponde un costo superiore. Le tolleranze richieste dalla parte finale possono essere un parametro utile per determinare il grado di precisione che dovrà avere lo scanner 3D.

Con una precisione dell'ordine di 0,1 mm o superiore, gli scanner laser e a luce strutturata sono adatti per le applicazioni professionali e per essere affiancati alle stampanti 3D ad alta risoluzione. Le stampanti 3D stereolitografiche (SLA) di Formlabs (come la Form 3+) producono parti con un grado di precisione simile a quello di molti scanner 3D desktop e con un'area stampabile simile al loro volume di scansione.

Oltre alla precisione nella corrispondenza fra i punti misurati e la loro effettiva posizione, gli scanner possono anche presentare una diversa risoluzione, che è la distanza fra i punti acquisiti a una certa distanza di scansione. Ciò significa che i particolari dell'oggetto scansionato inferiori alla risoluzione dello scanner non verranno acquisiti. Ad esempio, uno scanner 3D ad alta precisione con una risoluzione minore può rilevare la forma generale di un gioiello su una statua ma non mostrare chiaramente i singoli dettagli di un anello o una collana. A seconda delle tue esigenze progettuali, questo potrebbe fare una notevole differenza.

Per orientarsi tra queste informazioni tecniche occorre tenere a mente che la precisione è l'errore di misurazione tra il valore reale di una parte e quello digitale. La risoluzione si riferisce invece alla densità delle misurazioni.

La precisione può essere intesa in modo diverso a seconda del produttore e della tecnologia di scansione 3D. Ad esempio, la precisione degli scanner portatili dipende dalla distanza dall’oggetto e dalla qualità della ricostruzione dello scanner, mentre gli scanner desktop offrono una notevole precisione a fronte di un volume di scansione limitato. Se stai valutando l'acquisto di uno scanner 3D per misurazioni precise, assicurati di confrontare scanner dello stesso tipo.

In generale, gli scanner a luce strutturata forniscono una migliore risoluzione e precisione rispetto agli scanner laser. Per alcuni progetti artistici durante la scansione 3D potresti aver bisogno di un grado maggiore di dettaglio sacrificando la precisione generale, soprattutto quando non occorre combinare perfettamente la tua parte con altre parti in fase di assemblaggio. In questi casi, la fotogrammetria è un'ottima alternativa a buon mercato.

Tanto le fotocamere con sensore di profondità quanto la fotogrammetria sono una buona soluzione per scansionare oggetti di grandi dimensioni al fine di creare modelli in scala con la stampa 3D, e offrono anche abbastanza precisione per rilevare la forma del corpo umano.

Infine, sono anche disponibili vari scanner laser primo prezzo che utilizzano una tecnologia simile ai sistemi di fascia più alta. Questi scanner sono un ottimo punto di partenza per riprodurre piccoli oggetti in scala 1:1. Come è prevedibile, la precisione degli scanner 3D laser primo prezzo è inferiore a quella degli scanner laser di alta gamma, ma questi laser possono comunque fornire un grado di dettaglio sufficiente a riprodurre piccoli oggetti decorativi e figure in cui l'accuratezza non è un fattore cruciale.

Se ricorri alla scansione solo di tanto in tanto, i servizi di digitalizzazione possono scansionare il tuo oggetto ed eseguire traslazioni CAD e verifiche della precisione.

L'area che può catturare uno scanner 3D cambia significativamente a seconda del modello. Trova uno scanner che risponda alle tue esigenze in termini di dimensioni e risoluzione senza essere eccessivamente ingombrante, dato che di solito il costo aumenta all'aumentare del volume di scansione.

Gli scanner portatili possono essere spostati manualmente attorno all'oggetto e hanno meno vincoli di dimensioni rispetto ai modelli desktop. La maggior parte degli scanner portatili economici è in grado di catturare oggetti di dimensioni che vanno da quelle di una palla da basket a quelle di un'intera stanza. Gli scanner portatili di fascia alta hanno una portata ancora più ampia e possono essere usati con tutti quegli oggetti che richiedono misurazioni precise ma non entrano in uno scanner desktop. Gli scanner portatili, inoltre, possono anche catturare gli oggetti in modo quasi istantaneo e ciò li rende perfetti per le misurazioni sulle persone (durante le quali i soggetti non stanno perfettamente immobili) per applicazioni ergonomiche e mediche.

Se lo scanner non può catturare un'area dell'oggetto, la parte corrispondente del modello rimarrà vuota. Con la maggior parte dei software di scansione è possibile riparare automaticamente le piccole sezioni mancanti per creare un modello stampabile in 3D. Tuttavia, è raro che le parti mancanti riparate corrispondano esattamente all'oggetto originale. Per le parti che richiedono una precisione il più possibile perfetta, la riparazione automatica delle sezioni mancanti non sarà sufficiente. Leggi il nostro tutorial sul MeshMixer per scoprire consigli avanzati per l'editing e la riparazione dei file per la stampa 3D.

Molti scanner usano piattaforme rotanti per aumentare le aree visualizzate. La sofisticatezza della piattaforma rotante di uno scanner determina con quanta facilità e completezza verrà catturato un oggetto: alcuni scanner hanno la capacità di spostare l'oggetto su più assi, acquisendone l'immagine da diverse angolazioni. Questa caratteristica è importante quando tramite l'ingegneria inversa si creano parti in plastica con profonde scanalature o nervature, impossibili da catturare da una sola angolatura.

Le stime relative ai costi sono piuttosto semplici: l'investimento economico per l'acquisto di uno scanner dipende dal budget della tua azienda e dalla frequenza con cui lo scanner verrà utilizzato. Gli scanner più costosi sono in grado di catturare gli oggetti più piccoli, creando mesh altamente dettagliati che non richiedono ritocchi significativi in un software CAD. Anche quelli portatili, proprio per questa loro caratteristica, rientrano spesso in una fascia di prezzo alta. Le opzioni a basso costo disponibili sul mercato sono varie, ma occorre fare attenzione alla scelta.

Uno scanner 3D espande le opportunità disponibili con una stampante 3D, permettendoti di riprodurre la forma di quasi tutti gli oggetti. Insieme, queste due tecnologie permettono di creare robusti workflow digitali e processi sofisticati applicabili a moltissimi settori diversi.

Uno scanner 3D produce un mesh di triangoli che rappresentano la superficie di un oggetto in scala reale. In alcuni casi la scansione può essere utilizzata direttamente per la riproduzione di oggetti, senza bisogno di lavorare in CAD. Anche un workflow ibrido che combina modelli CAD solidi con modelli scansionati in 3D può essere efficace. Ad esempio, l’ergonomia personalizzata consiste nel rilevamento di un’impronta fisica di una parte del corpo umano, che sarà puoi integrata con un design meccanico.

Gli scanner 3D sono inoltre uno strumento utile per misurare la precisione degli oggetti prodotti. Molti fattori influenzano la precisione della stampa 3D, e gli scanner 3D di livello metrologico forniscono un’immagine chiara delle prestazioni di un determinato materiale per applicazioni specifiche.

Combinare la scansione alla stampa 3D consente di gestire un'ampia varietà di workflow:

• Ingegneria inversa per la creazione di parti sostitutive, prodotti ergonomici personalizzati e molto altro.
• Riproduzione e restauro di parti, specialmente nel settore dell'arte e della gioielleria.
• Audiologia commerciale per la creazione di auricolari personalizzati.
• Applicazioni odontoiatriche e mediche con workflow su misura per i pazienti, realizzabili grazie alla scansione 3D.
• Metrologia per la convalida e la misurazione della precisione degli oggetti prodotti.

Gli scanner e le stampanti 3D sono fondamentali per il workflow digitale di vari settori. Scarica il nostro whitepaper o guarda il nostro webinar per un quadro dettagliato sulle modalità di impiego della scansione 3D per migliorare la progettazione e la produzione di componenti e per scoprire come l'unione di scansione e stampa 3D può potenziare una vasta gamma di workflow di ingegneria, design di prodotto e di molti altri settori.

Scopri di più sul ruolo delle stampanti 3D in questo processo: impara a conoscere la stereolitografia (SLA) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e richiedi un campione gratuito stampato in 3D per vedere coi tuoi occhi la qualità dei materiali di stampa avanzati di Formlabs.