اسکنر سه بعدی چیست؟
در دنیای پرشتاب فناوری، شاهد ظهور ابزارهای نوظهوری هستیم که مرزهای دنیای واقعی و مجازی را درهم می‌شکنند. اسکنر سه بعدی یکی از این ابزارهای شگفت‌انگیز است که گویی پلی بین این دو دنیا بنا می‌کند و به ما امکان می‌دهد تا از اشیاء واقعی، مدل‌های سه‌بعدی دقیق و کاملی تهیه کنیم. این امر تحولات چشمگیری در زمینه‌های مختلف، از مهندسی و طراحی گرفته تا پزشکی و باستان‌شناسی، به وجود آورده است.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
اسکنر سه بعدی چیست؟
اسکنر سه بعدی یا 3D Scanner دستگاهی است که با استفاده از فناوری اسکن سه بعدی، از اشیاء واقعی اسکن تهیه می‌کند و از اطلاعات به دست آمده، مدل‌های سه‌بعدی دیجیتال با جزئیات دقیق و ریز ایجاد می‌کند. این مدل‌ها می‌توانند در قالب‌های مختلف مانند فایل‌های STL، OBJ یا PLY ذخیره شوند.هر مدل سه‌بعدی از مجموعه‌ای از نقاط تشکیل می‌شود که به آن ابر نقاط می‌گویند. این نقاط، که هر کدام مختصات فضایی (X، Y و Z) خاص خود را دارند، موقعیت سطح اسکن شده را در فضای سه‌بعدی نشان می‌دهند. با تجزیه و تحلیل این نقاط، می‌توان شکل دقیق جسم اسکن شده را استخراج کرد.این مدل‌ها سپس می‌توانند برای چاپ سه‌بعدی، مهندسی، پزشکی، سرگرمی و موارد دیگر استفاده شوند.
اسکن سه بعدی چیست؟
اسکن سه بعدی فرایندی است که در آن از فناوری‌های مختلف برای ایجاد یک نمایش دیجیتالی دقیق از یک شیء، قطعه یا فرد استفاده می‌شود.نمایش دیجیتالی دقیق از یک شیء، که به آن مدل سه‌بعدی نیز گفته می‌شود، بازنمایی مجازی و کاملی از یک شیء واقعی است که شامل اطلاعات هندسی دقیق مانند ابعاد، شکل، رنگ، بافت و جزئیات سطح شیء می‌شود.
انواع اسکنر سه بعدی بر اساس تکنولوژی رایج درآنها
اسکنرهای سه بعدی را می‌توان به دو دسته کلی تماسی و غیرتماسی تقسیم کرد. هر کدام از این دسته‌ها، خود به زیرشاخه‌هایی با تکنولوژی‌های مختلف تقسیم می‌شوند.
تماسی
اسکنرهای تماسی نوعی از اسکنرهای سه بعدی هستند که با تماس فیزیکی با سطح شیء مورد نظر، اطلاعات مربوط به شکل و هندسه آن را جمع‌آوری می‌کنند.
نحوه عملکرد:
در این نوع اسکنر، یک سنسور (مانند پروب مکانیکی، دوربین یا میکروسکوپ) روی بازوی متحرکی نصب شده است. این سنسور در امتداد سطح شیء حرکت می‌کند و در نقاط مختلف، اطلاعات مربوط به ارتفاع، موقعیت و رنگ آن نقطه را ثبت می‌کند.
دستگاه‌های CMM (Coordinate Measuring Machine) یا دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصاتی، نوعی از اسکنرهای تماسی هستند که با دقت فوق‌العاده بالا برای اندازه‌گیری ابعاد و هندسه اشیاء مختلف به کار می‌روند.
در این نوع اسکنر، از یک پروب تماسی که به سر بازوی متحرکی متصل شده است، برای لمس نقاط مختلف سطح شیء و اندازه‌گیری مختصات دقیق هر نقطه استفاده می‌شود.
نحوه عملکرد اسکنر CMM:
- مکان‌یابی: شیء مورد نظر بر روی صفحه CMM قرار می‌گیرد و با استفاده از سیستم‌های حرکتی دقیق، در موقعیت مناسب خود ثابت می‌شود.
- لمس: پروب تماسی با دقت بالایی به نقاط مختلف سطح شیء در جهت‌های X، Y و Z حرکت می‌کند و در هر نقطه، مختصات دقیق آن نقطه را اندازه‌گیری می‌کند.
- جمع‌آوری داده‌ها: اطلاعات مربوط به مختصات هر نقطه، توسط نرم‌افزار CMM ثبت و پردازش می‌شود.
- ایجاد مدل سه‌بعدی: با استفاده از اطلاعات جمع‌آوری شده، نرم‌افزار CMM یک مدل سه‌بعدی دقیق از شیء ایجاد می‌کند.
غیرتماسی: لمس اشیاء از راه دور
اسکنرهای غیرتماسی نوعی از اسکنرهای سه بعدی هستند که بدون تماس فیزیکی با شیء مورد نظر، اطلاعات مربوط به شکل و هندسه آن را جمع‌آوری می‌کنند.
نحوه عملکرد:
در این نوع اسکنر، از تابش امواج (مانند نور، لیزر، ماوراصوت یا اشعه ایکس) به سمت شیء و اندازه‌گیری زمان بازگشت یا تغییر شکل آنها برای محاسبه فاصله و عمق نقاط مختلف شیء استفاده می‌شود.
سه بعدی مثلثی
اسکنرهای سه بعدی مثلثی نوعی از اسکنرهای سه بعدی غیرتماسی هستند که از نور و اصول مثلث‌بندی برای جمع‌آوری اطلاعات مربوط به شکل و هندسه اشیاء استفاده می‌کنند.
در این نوع اسکنر، یک منبع نور مانند لیزر یا پروژکتور، الگویی از نور را به سطح شیء تابانده و یک دوربین با زاویه مناسب، نحوه انعکاس نور از سطح شیء را ثبت می‌کند.
با استفاده از اصول مثلث‌بندی و با دانستن فاصله بین منبع نور و دوربین، می‌توان ارتفاع هر نقطه از سطح شیء را محاسبه کرد.
این اطلاعات در نهایت برای ایجاد مدل سه بعدی دقیق از شیء مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سه بعدی زمان پرواز: اندازه‌گیری دقیق فاصله با نور و زمان
اسکنر سه بعدی زمان پرواز (Time of Flight – ToF) نوعی از اسکنرهای سه بعدی غیرتماسی هستند که از پالس‌های لیزر برای اندازه‌گیری فاصله بین منبع نور و سطح شیء استفاده می‌کنند.
در این نوع اسکنر، یک لیزر پالسی به سمت شیء تابانده می‌شود و مدت زمان رفت و برگشت نور تا رسیدن به شیء و بازگشت به سنسور اندازه‌گیری می‌شود.
از آنجایی که سرعت نور ثابت است، با دانستن این زمان می‌توان فاصله بین منبع نور و سطح شیء را به طور دقیق محاسبه کرد.
کاربرد اسکنر سه بعدی در مهندسی معکوس ساخت CAD
مهندسی معکوس ساخت CAD فرآیندی است که در آن از یک مدل فیزیکی موجود برای ایجاد مدل CAD سه‌بعدی دقیق استفاده می‌شود.این فرآیند در طیف وسیعی از صنایع از جمله خودروسازی، هوافضا، پزشکی و قالب‌سازی کاربرد دارد.
اسکنر سه بعدی به عنوان ابزارهای قدرتمندی در مهندسی معکوس ساخت CAD به شمار می‌روند.این اسکنرها می‌توانند اطلاعات هندسی دقیقی از اشیاء با اشکال پیچیده و سطوح منحنی را جمع‌آوری کنند و نقشه‌ای سه‌بعدی از آنها را به صورت نقاط، خطوط و سطوح در اختیار مهندسان قرار دهند.
مزایای استفاده از اسکنر سه بعدی در مهندسی معکوس
- سرعت بالا: اسکنرهای سه بعدی می‌توانند در عرض چند دقیقه یا چند ساعت از اشیاء اسکن تهیه کنند که این امر فرآیند مهندسی معکوس را به طور قابل توجهی تسریع می‌کند.
- دقت بالا: اسکنرهای سه بعدی مدرن می‌توانند مدل‌های سه‌بعدی با دقت بسیار بالا از اشیاء ایجاد کنند که این امر برای طراحی دقیق قطعات در CAD ضروری است.
- قابلیت اسکن اشیاء پیچیده: اسکنرهای سه بعدی می‌توانند اشیاء با اشکال پیچیده و سطوح منحنی را اسکن کنند که اسکن آنها با روش‌های سنتی مانند اندازه‌گیری دستی دشوار یا غیرممکن است.
- کاهش هزینه‌ها: استفاده از اسکنر سه بعدی می‌تواند هزینه‌های مهندسی معکوس را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
- افزایش کیفیت:استفاده از اسکنر سه بعدی می‌تواند کیفیت مدل‌های CAD را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
مراحل کلی استفاده از اسکنر سه بعدی
اسکنرهای سه بعدی در کنار پرینترهای سه بعدی، یک زوج قدرتمند را تشکیل می‌دهند که می‌توانند پل ارتباطی بین دنیای واقعی و دنیای چاپ‌شده باشند.
1. آماده‌سازی:
- محیط مناسب: اسکنر را در محیطی با نور کافی و فضای کافی برای حرکت دادن شیء مورد نظر قرار دهید.
- تنظیمات اسکنر: تنظیمات اسکنر را با توجه به نوع شیء، ابعاد و جزئیات مورد نظر تنظیم کنید.
- نصب نرم‌افزار: نرم‌افزار همراه اسکنر را در کامپیوتر خود نصب کنید.
2. اسکن شیء:
- قرار دادن شیء: شیء مورد نظر را روی پایه یا سطح صاف قرار دهید.
- شروع اسکن: دکمه اسکن را فشار دهید و اسکنر را به آرامی در جهت‌های مختلف حرکت دهید تا از تمام زوایای شیء اسکن تهیه شود.
- مشاهده پیش‌نمایش: در حین اسکن، می‌توانید پیش‌نمایش مدل سه‌بعدی را در نرم‌افزار مشاهده کنید.
3. پردازش مدل:
- انتقال داده‌ها: اطلاعات جمع‌آوری شده توسط اسکنر را به کامپیوتر منتقل کنید.
- پردازش داده‌ها: نرم‌افزار اسکنر داده‌های خام را پردازش و تبدیل به یک مدل سه‌بعدی نقطه‌ای می‌کند.
- ایجاد مدل مش: مدل سه‌بعدی نقطه‌ای به یک مدل مش (شبکه‌ای از مثلث‌ها) تبدیل می‌شود.
4. ویرایش و نهایی‌سازی مدل:
- اصلاح و ویرایش: می‌توانید نواقص و ایرادات مدل را در نرم‌افزار ویرایش و اصلاح کنید.
- ایجاد سطوح: می‌توانید سطوح صاف و صیقلی به مدل اضافه کنید.
- بافت‌دهی: می‌توانید بافت و رنگ به مدل اضافه کنید تا واقعی‌تر به نظر برسد.
- ذخیره‌سازی مدل: مدل سه‌بعدی را در فرمت دلخواه خود (مانند STL، OBJ، FBX) ذخیره کنید.
5. ارسال فایل به پرینتر سه بعدی
- چاپ سه بعدی: مدل آماده شده به پرینتر سه بعدی ارسال می‌شود. پرینتر مدل را لایه به لایه از جنس انتخاب شده می‌سازد.
- پس از اتمام چاپ: پس از اتمام چاپ، مدل سه‌بعدی از محفظه چاپ خارج می‌شود. ممکن است نیاز به برداشتن مواد اضافی و صاف کردن سطوح مدل باشد.
نکات مهم در استفاده از اسکنر سه بعدی
- ثبات اسکنر: در حین اسکن، اسکنر را به آرامی و با حرکات ثابت حرکت دهید تا از محو شدن یا ناقص شدن مدل جلوگیری کنید.
- نورپردازی: از نورپردازی مناسب و یکنواخت در محیط اسکن استفاده کنید تا سایه‌ها و انعکاس‌های ناخواسته به حداقل برسند.
- جزئیات: برای اسکن اشیاء با جزئیات زیاد، از تنظیمات اسکن با وضوح بالا استفاده کنید.
اسکنرهای سه‌بعدی دروازه‌ای به دنیای شگفت‌انگیز مدل‌سازی سه‌بعدی هستند. این دستگاه‌ها با استفاده از فناوری‌های مختلف، اطلاعات هندسی دقیقی از اشیاء واقعی را جمع‌آوری می‌کنند و آنها را به مدل‌های سه‌بعدی دیجیتال تبدیل می‌کنند.
از شما متشکریم که وقت خود را صرف مطالعه این مقاله در مورد اسکنر سه بعدی کردید.
ما مشتاقیم که نظرات و پیشنهادات شما را در مورد این مقاله بشنویم.
لطفاً برای کمک به ما در بهبود محتوایمان، به سوالات زیر پاسخ دهید:
- چه چیزی در مورد این مقاله مفید بود؟
- چه چیزی در مورد این مقاله می‌توانست بهتر باشد؟
- آیا موضوعی در مورد اسکنرهای سه بعدی وجود دارد که به آن پرداخته نشده است؟
- آیا پیشنهاد یا انتقادی دارید؟
می‌توانید نظرات خود را در قسمت نظرات زیر این مقاله یا از طریق واتساپ با ما در میان بگذارید.
همچنین، اگر این مقاله را مفید یافتید، لطفاً آن را با دوستان و همکارانتان به اشتراک بگذارید.
با تشکر از شما!
تیم تولید محتوا