Scansione 3D: come si realizza veramente?

La scansione 3D è una tecnologia che consente di riprodurre la forma di un oggetto attraverso uno scanner 3D. Il file tridimensionale ottenuto può essere utilizzato per la modellazione 3D, rendering 3D, reverse engineering o per essere stampato direttamente in 3D.

Noi di Prototek, effettuiamo quotidianamente scansioni 3D con le finalità più diverse. I nostri clienti provengono dal settore meccanico, dentale, gioielliero e orafo, architettonico, medico, ingegneristico etc.

La scansione 3D può essere realizzata con diversi strumenti che devono essere scelti sulla base del pezzo che deve essere acquisito. Le differenze dimensionali degli oggetti creano l’esigenza di operare con scanner diversi, ognuno dei quali pensato espressamente per risultati professionali.

Prototek offre il servizio interno di scansione 3D per oggetti molto piccoli (gioielleria e settore dentale), di medie dimensioni (settori meccanici ed artistici) fino alle persone a figura intera, ed oltre (settore automotive, bodyscanner etc.).

Un elemento comune, è la tecnologia utilizzata: i nostri dispositivi adottano una combinazione di luce strutturata, sensori, e rilevazione ottica stereoscopica con telecamere dedicate, in combinazione a vari Software per la gestione dell’intero procedimento.

Questo per quanto riguarda la teoria, ma avrete modo di capire meglio con delle immagini di esempio.

Nella pratica, andremo a realizzare una Scansione 3D di alcune pietre sintetiche: il settore di riferimento è ovviamente la gioielleria.

Utilizzerò come Scanner il Jscan, in grado di effettuare acquisizioni di oggetti molto piccoli ad altissima definizione: dotato di piattello girevole e basculante, ha un’ area di lavoro di 10 cm ed una accuratezza di 15 micron. E’ lo strumento ideale per questo tipo di lavoro.

La luce emessa da un proiettore, compone un reticolo luminoso direttamente sull’oggetto formando una serie di strisce sempre più fitte; la deformazione luminosa che si viene a creare, è utilizzata dai sensori e dalle telecamere per determinarne il volume. Detta così sembra semplice, ma non lo è.

La tecnologia a monte di tutto, se ci pensate bene, permette di ottenere modelli 3D con tolleranze rispetto all’originale nell’ordine di centesimi di millimetro…notevole!

Posizioniamo la pietra sul piattello dello scanner aiutandoci con del mastice speciale per scansione, il quale permette di ancorare l’oggetto al piattello di lavoro evitando in tal modo che si possa muovere durante l’acquisizione vera e propria.

L’utilizzo della tecnologia a luce strutturata, comporta tuttavia alcune attenzioni: le superfici riflettenti, trasparenti e/o completamente nere, per essere correttamente rilevate, necessitano di essere opacizzate. In questo modo, la proiezione del reticolo luminoso non viene deformato o riflesso, e non crea false letture.

Questa operazione viene fatta tramite apposizione sull’oggetto di uno spray a base di micro talco, studiato appositamente per la Scansione 3D; facilmente pulibile con un panno, non lascia traccia sull’originale una volta rimosso e non crea spessori o deformità che possano compromettere il risultato finale.

Qui potete vedere un breve video che vi aiuterà a comprendere cosa avviene realmente all’interno dello Scanner.

Inizialmente viene generata una serie di punti, ognuno dei quali caratterizzati dalla propria posizione in un sistema di coordinate (la cosiddetta Nuvola di Punti o Point Cloud).

Successivamente i punti sono usati come vertici per creare una serie di triangoli che, saldandosi tra di loro, costituiscono la superficie del nostro oggetto.

Tramite l’editing del Software, viene poi virtualmente rimosso il mastice, lasciando solo la prima metà della nostra pietra perfettamente digitalizzata.

A questo punto, possiamo rimuoverla dal mastice per posizionarla capovolta sul piattello: ripetiamo la procedura di opacizzazione ed acquisiamo la seconda metà della pietra.

Ottenute entrambe le metà, procediamo all’accoppiamento delle parti ed alla loro successiva unione in un’unica entità. Da notare, in basso a destra nella seconda immagine, l’errore di allineamento fra le parti è di soli 0.010 mm.

Il risultato finale, è la nostra pietra completa e pronta per essere salvata come Mesh in formato STL.

In questa immagine, potete notare il dettaglio della tassellazione della Mesh. L’elevato numero di triangoli presenti, garantisce superfici regolari e lisce.

Abbiamo ripetuto il procedimento con una pietra di forma differente, ed ecco il risultato in immagini:

Tramite il Software inoltre, è possibile correggere piccole imperfezioni sulla superficie: esistono infatti strumenti di selezione, correzione e lisciatura che si possono usare per completare il lavoro ed ottenere così un risultato eccellente.

Prototek dispone inoltre di Software Professionali per Reverse Engineering tramite i quali è possibile, partendo da una MESH, ottenere una serie di superfici perfettamente editabili e controllabili da utilizzare nei Programmi CAD per eventuali modifiche progettuali. Il formato del file in uscita, in questo caso, è IGES o STEP (importabili in Rhinoceros senza problemi)

Detto questo, la domanda che molti di voi si staranno facendo è: “Quanto può servirmi la Scansione 3D?”

Parlando di Gioelleria, gli spunti di utilizzo sono molteplici: ho voluto proporvi l’esempio delle pietre in quanto è il più immediato.

Molti Software CAD (Rhinoceros in primis) offrono nelle proprie librerie interne o tramite Plugins di terze parti, interi set di pietre virtuali di diversa forma e caratura, pronte da utilizzare nei progetti; ovviamente questi esempi riguardano sempre e solo pietre dal taglio regolare.

Se invece disponiamo di pietre dalla forma irregolare, e vogliamo “costruire” il nostro gioiello attorno ad esse, la scansione è il metodo più veloce in assoluto per poter usufruire, all’interno del Software CAD, della forma precisa della pietra.

A livello di progettazione, questo si traduce in una riduzione dei tempi e costi di realizzazione, ed una maggiore precisione del lavoro. (con tutti i benefici del caso)

Nei prossimi articoli vedremo la Scansione 3D per oggetti di medie dimensioni, con in aggiunta la possibilità di acquisizioni a colori con Texture.