Na czym polega specyfika pracy ze skanerami 3D dalekiego zasięgu i do czego mogą być wykorzystywane?

Skanery 3D są powszechnie postrzegane przez użytkowników drukarek 3D jako swoisty dodatek do technologii addytywnych – ich zadaniem jest cyfrowe odtworzenie rzeczywistego przedmiotu na potrzeby produkcji przyrostowej. Jest to niezwykle krzywdzący obraz, gdyż skanowanie 3D nie tylko ma bez porównania większe spektrum zastosowań, to wręcz można posilić się na stwierdzenie, że w świecie przemysłu ciężkiego, jest na chwilę obecną bez porównania częściej używane niż sam druk 3D.

Za pomocą skanerów 3D prowadzi się prace metrologiczne np. na potrzeby kontroli jakości produkowanych rzeczy oraz szybkim tworzeniu cyfrowej dokumentacji nawet najbardziej skomplikowanych lub trudno dostępnych geometrii. Wynik skanowania 3D to miliony punktów (tzw. „chmura punktów”), które są cyfrową kopią obiektu rzeczywistego. Stworzone w ten sposób cyfrowe modele 3D mogą – ale absolutnie nie muszą być drukowane 3D. Ich zastosowanie może przybierać najprzeróżniejsze formy, gdzie replikacja przedmiotów (w dowolnej technice wytwórczej) jest tylko jedną z bardzo wielu opcji…

Skanery 3D można podzielić na dwie grupy: krótkiego i dalekiego zasięgu. Skanery krótkiego zasięgu idealnie sprawdzają się podczas skanowania małych i średnich obiektów, jak np. klamka samochodowa oraz cały, pełnowymiarowy samochód. Chcąc zeskanować naprawdę duże obiekty jak budynek, hala produkcyjna czy statek, potrzebne będą już skanery 3D dalekiego zasięgu.

Jak działa skaner 3D dalekiego zasięgu?

Skanery 3D dalekiego zasięgu w rodzaju FARO Focus 3D, wykorzystują w pracy wiązkę laserową, która „przeczesuje” przestrzeń znajdującą się w polu jego zasięgu. Kiedy laser napotka na swej drodze jakąś powierzchnię, odbija się od niej i powraca do urządzenia z informacją o odległości i położeniu punktu w układzie współrzędnych w obejmowanej swoim zasięgiem przestrzeni. Podczas jednego skanu 3D, urządzenie pobiera prawie milion punktów, skanując obiekty oddalone nawet o 350 metrów z dokładnością +/- 1 mm.

W jaki sposób wykorzystywane są takie skanery 3D?

Skanowanie 3D budynków do remontu – inwentaryzacja

Obecnie prawie każdy budynek powstaje w oparciu o dokładnie przygotowany i zwizualizowany projekt 3D. W przypadku przebudowy istniejącego obiektu, projektant musi poświęcić dużo czasu, aby odwzorować faktyczny stan i otrzymać model przestrzenny. Często wykorzystuje się do tego podwykonawców, czyli osobne firmy, które przeprowadzają inwentaryzację architektoniczną/budowlaną.

Skanery 3D dalekiego zasięgu umożliwiają odtworzenie architektury budynku nawet w ciągu 1 dnia, przy dokładności na poziomie 1 mm. Nie tylko zdecydowanie przyspiesza to proces projektowania, lecz umożliwia stworzenie modelu, który nie byłby możliwy do wykonania z wykorzystaniem tradycyjnych metod pomiarowych. Dzięki dokładności skanowania 3D istnieje możliwość precyzyjnego pomiaru nawet najbardziej skomplikowanych części i można też zidentyfikować charakterystyczne i kluczowe dla przyszłego projektu elementy, jak np. pęknięcia w ścianach, czy rozkład zewnętrznych instalacji wodno-kanalizacyjnych, ciepłowniczych, gazowych lub elektrycznych.

Kontrola postępu prac budowlanych oraz BIM

Błędy podczas tworzenia budynków mogą prowadzić do katastrofalnych skutków lub ogromnych kosztów przebudowy w przypadku niezgodności budynku z projektem. Kontrola w czasie rzeczywistym za pomocą tradycyjnych urządzeń pomiarowych jest możliwa, ale bardzo pracochłonna. W związku z tym wiele osób pomija analizę pewnych elementów na etapie budowy lub popełnia błędy, śpiesząc się podczas kontroli.

Skanery 3D dalekiego zasięgu umożliwiają kontrolę postępu prac budowlanych w czasie rzeczywistym bez dużego zaangażowania pracy ludzkiej. Mogą być z powodzeniem stosowane m.in podczas:

• kontroli rozmiarów wykopów budowlanych i poziomu osiadania budynków,
• kontroli wymiarowej budynku poprzez porównanie jego rzeczywistych wymiarów z projektem 3D,
• kontroli konstrukcji nośnych,
• nadzoru postępu prac budowlanych.

Inwentaryzacja i ochrona zabytków

W kwietniu tego roku, w Paryżu miał miejsce dramatyczny pożar, podczas którego spaliła się duża część słynnej Katedry Notre Dame. Dzięki modelom 3D, które stworzone zostały z wykorzystaniem skanerów 3D, może ona zostać odbudowana w identycznym stanie jak przed pożarem. Skanery dalekiego zasięgu to niezastąpione narzędzie do inwentaryzacji zabytków. Wystarczy raz zeskanować dany obiekt, aby móc zachować jego wygląd i projekt w wersji cyfrowej na zawsze.

Takie rozwiązanie świetnie sprawdza się także w skanowaniu wykopalisk i jaskiń. W ten sposób można zachować pełnowymiarowy obraz do analizy naukowej lub do wykorzystania w przyszłości jako projekt do renowacji.

Skanery FARO Focus 3D pobierają obraz w kolorze, dzięki czemu możliwe jest zeskanowanie fresków czy obrazów na ścianach. Urządzenie jest w stanie skanować nawet tekstury. To wszystko pozwala wykonać realistyczne wizualizacje 3D lub projekty VR do wirtualnych spacerów po obiekcie. Takie zastosowanie ułatwia pracę inżynierom i konserwatorom, ale coraz częściej jest udostępniane także w muzeach jako przyciągająca atrakcja turystyczna.

Skanowanie 3D statków i jachtów

Wiele jednostek starszego typu nie posiada modelu 3D, przez co zmiany czy remonty są zdecydowanie utrudnione i wymagają ogromnych nakładów pracy projektantów. Dlatego też stocznie i armatorzy wykorzystują skanery 3D, aby zeskanować statek i dostarczyć precyzyjny model, na którym projektant może nanieść wymagane poprawki.

Podobnie wygląda sytuacja, gdy statek zostanie uszkodzony. Dzięki skanowaniu 3D kadłuba, a następnie porównaniu skanów z modelem 3D sprzed kolizji można szybko ocenić uszkodzenia i dostarczyć projektantowi model 3D zniszczeń.

Firma stoczniowa Murray & Associates wykorzystała właśnie skaner 3D dalekiego zasięgu FARO, aby naprawić duże uszkodzenia statku już w ciągu 1 miesiąca. W bok okrętu uderzył inny statek, przez co jedna burta była prawie całkowicie zniszczona. Stocznia zeskanowała nieuszkodzoną część statku, a następnie z wykorzystaniem maszyny CNC odtworzyła zepsute elementy.

Analiza wypadków i miejsc zbrodni

Wypadki (szczególnie te komunikacyjne) to sytuacje, które wymagają szybkich, ale przemyślanych działań. Służby potrzebują czasu, aby przeanalizować wypadek, jednak wiąże się to z zatrzymaniem ruchu pojazdów i paraliżem komunikacyjnym. Skanery 3D dalekiego zasięgu wykorzystywane są przez służby do utrwalenia miejsca zdarzenia, a następnie do analizy (np. za pomocą symulacji komputerowych) okoliczności wypadku.

Wizualizacje obiektów

Skanery 3D sprawdzają się również podczas wykonywania modeli 3D gotowych produktów, np. na stronę internetową. Dzięki temu, że skaner powierzchniowy może w ciągu kilku godzin przeskanować nawet duże obiekty w kolorze, taka wizualizacja nie jest droga i spełnia oczekiwania klientów niższym kosztem niż w przypadku modelowania od zera w oprogramowaniu CAD.