Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - 3D-scanners vergen niet langer de investering die KMO’s een aantal jaren geleden nog afschrikte. Verschil in wat je geleverd krijgt, is er nog wel degelijk, maar ook handscanners in de lagere prijsklassen leveren bruikbare resultaten op.
Daarbij zijn vooral de mate van detail en het gebruiksgemak van invloed op de tijd die het uiteindelijk vergt om een goed 3D-model te krijgen. Het verschil komt dan ook vooral tot uiting in het bedieningsgemak.
Twee technologieën
Er zijn twee types: enerzijds de traditionele laserscanner en anderzijds de varianten die gestructureerd licht gebruiken. Binnen deze laatste groep wordt nog onderscheid gemaakt tussen de wit- en blauwlicht varianten. Laserscanners, die al langer op de markt zijn, zijn minder nauwkeurig, wel snel. Bovendien is het omgevingslicht amper van invloed op het scanproces, omdat het laserlicht qua golflengte binnen een smalle bandbreedte blijft.
Om de scansnelheid nog te verhogen wordt de laserstraal de laatste jaren verbreed, zodat elke scanbeweging een groter oppervlak bestrijkt. Een pluspunt van de laserscanner tegenover de andere typen is dat de laserscanner ook hele grote objecten kan scannen. Als het moet zelfs hele fabriekshallen. Of een vliegtuigvleugel. Bij het scannen van dit soort grote objecten koppelt Hexagon bijvoorbeeld de Leica laserscanner aan een tracker voor het continu bepalen van de positie.
Wit- en blauwlicht scanners
De doorbraak van 3D-scannen kwam er echter vooral met de wit- en blauwlicht scanners. ‘Gestructureerd licht’ maakte de technologie betaalbaarder. Een van de voordelen van gestructureerd licht is dat hiermee het object nauwkeurig wordt gescand. Dit komt doordat de scanner het licht in verschillende patronen op het object projecteert.
Een 3D-scanner bevat altijd een projector en twee camera’s. De camera’s registreren nauwkeurig hoe het licht verstrooit zodra het het object raakt. Zo ontstaat er uiteindelijk een puntenwolk van het model. Men is met een wit- of blauwlicht scanner sneller vertrokken dan met een laserscanner, omdat het object vast blijft staan en men de scanner om het object heen beweegt. In tegenstelling tot lasertechnologie vormt dit licht geen enkel veiligheidsrisico voor de omgeving.
Het verschil tussen de wit- en blauwlicht scanners vertaalt zich in de resolutie. Oudere generaties werken met witlicht, de jongste met blauwlicht. Voor blauwlicht scanners gebruikt men meestal LED-verlichting, wat de levensduur ten goede komt. Behalve de nauwkeurigheid zijn er nog enkele andere verschillen tussen beide types. Omdat witlicht het volledige zichtbare spectrum gebruikt, worden de lichtstralen sneller verstoord en is de invloed van het omgevingslicht groter dan bij de blauwlicht scanners.
Blauwlicht scanners hebben minder last van het omgevingslicht, omdat de camera’s zijn afgesteld op het filteren van het blauwe licht. Blauw- en witlicht scanners zijn best wel populair maar hebben ook hun beperkingen. Beide types zijn namelijk gevoelig voor weerkaatsing. Het scannen van een glanzend gepolijst oppervlak, van transparante en zwarte oppervlakken is moeilijk omdat die het licht ofwel meer absorberen ofwel weerkaatsen. Moeten veel donkere oppervlakken gescand worden, dan is de laserscanner duidelijk in het voordeel.
Het belang van de software
Welke 3D-scantechnologie men ook kiest, de software is belangrijk. De scanner genereert een puntenwolk van het object. Afhankelijk van de toepassing moet deze puntenwolk nog verder bewerkt worden. Software heeft invloed op het gebruiksgemak. Hoe goed stitcht de software de scans tot één puntenwolk? Vergt het nog veel manueel werk? Moet de scanner eerst gekalibreerd worden of niet?
Bij reverse engineering wil men een CAD-model van een onderdeel waarvan verder geen 3D-model of tekening beschikbaar zijn. Daarom zochten fabrikanten van 3D-scanners samen te werken met ontwikkelaars van CAD-software. Het Chinese Shining 3D, dat sinds twee jaar een Europees hoofdkantoor heeft, werkt op dit vlak bijvoorbeeld samen met Verisurf. Artec, de Luxemburgse producent van 3D scanners, werkt dan weer samen met Geomagic, de CAD-ontwikkelaar binnen het 3D-printconcern 3D Systems. Met deze integratie van scannen en CAD-modelleren wil men de workflow eenvoudiger maken en het genereren van een goed CAD-model vergemakkelijken.
Beter dan het origineel
Engineers kunnen met reverse engineering beduidend veel tijd besparen. Reverse engineering is echter meer dan het kopiëren van een product. Juist doordat men een bestaand werkstuk digitaliseert, kan men in de CAD-omgeving ook verbeteringen aanbrengen.
Een voorbeeld hiervan toonde 3D-print servicebureau ZiggZagg onlangs op Machineering in Brussel, waar het een BMW 1 rallywagen van het Belgische team Heli Racing liet zien. Het team nam direct van BMW een BMW 1 120d rallywagen over, die echter een zwakke inlaatcollector bleek te hebben. Bijna elke race ging het inlaatspuitstuk stuk onder druk en temperatuur. ZiggZagg scande beide helften en paste het ontwerp aan de binnenzijde aan.
Er kwamen verstevigingsribben en heatinserts om trillingen te voorkomen. Met het gemodificeerde CAD-model is vervolgens een nieuwe inlaatcollector 3D-geprint in PA12 en dit onderdeel gaat nu al twee seizoenen mee. Afgelopen winter is de complete racewagen gescand zodat de engineers met simulatiesoftware kunnen testen waar nog andere verbeteringen (gewichtsbesparing) mogelijk zijn.
3D scannen voor kwaliteitscontrole
Een tweede toepassing voor 3D-scannen is kwaliteitscontrole. Bij 3D-printen wordt dit al veelvuldig toegepast maar soms kan 3D-scannen ook een alternatief zijn voor de CMM (Coördinaten Meetmachine met een taster).
Het gaat dan om de controle van de geometrische nauwkeurigheid. Daartoe wordt het object snel gescand en dit resultaat wordt vergeleken met de oorspronkelijke CAD-file. Afwijkingen zijn direct zichtbaar. Dit kan ook met CNC-frees- en draaidelen gebeuren, waarbij dan wel de beperking van de wit- en blauwlicht scanners met betrekking tot weerkaatsing van glimmende oppervlakken in acht moet worden genomen.
Vergeleken met een CMM is het meetresultaat minder nauwkeurig maar daar staat tegenover dat het scannen sneller is. Daarom wordt het wel toegepast bij de validatie van producten voor serieproductie. Een minder bekende toepassing van 3D-scannen bij 3D-printen is het vooraf bepalen van de beste buildoriëntatie op het bouwplatform van de 3D-printer. Hiervoor 3D-print men twee stukken, telkens met een andere oriëntatie.
Nadat ze gescand zijn, analyseert de software van de Atos Core 3D-scanner van Gom de nauwkeurigheid en vergelijkt deze met het oorspronkelijke CAD-model. Hiermee wordt duidelijk welke invloed de printersettings en oriëntatie hebben op de uiteindelijke nauwkeurigheid.
Door Franc Coenen
