Für ein Motorsport-Fahrzeug in der Formula Student sollten u.a. Anbindungen für den Sitz konstruiert werden, für den keine CAD-Daten vorlagen. Lesen Sie in diesem Beitrag, wie hier mittels 3d-Scan Abhilfe geschaffen werden konnte.
Wir bieten 3d Scannen als Dienstleistung an. Dadurch bieten wir Ihnen die Möglichkeit, Sie ohne hohe Investitionskosten mit qualitativ hochwertigen 3d-Scandaten in Ihren Projekten zu unterstützen. Denn die eingesetzte Technik (Hardware und Software) im professionellen 3d-Scanumfeld ist sehr teuer, hinzu kommt der Schulungsaufwand der Anwender. Der Kapitaleinsatz ist also entsprechend hoch.
Nutzen Sie über unseren 3d-Scanservice dennoch die umfangreichen Vorteile, die das 3d-Scannen bietet. Egal, ob Sie nur einmalig, gelegentlich oder regelmäßig 3d-Scandaten oder entsprechend weiter verarbeitete Daten benötigen – als zuverlässiger Dienstleister und Partner können wir sie liefern.
Wir arbeiten sowohl für Privatpersonen und Einzelunternehmer/ Freiberufler/ Künstler als auch für kleine, mittlere und große Unternehmen sowie Konzerne.
Wir haben unsere Messtechnik so ausgewählt, das sie es uns ermöglicht, sehr flexibel sowohl kleine, Detailreiche als auch sehr große Objekte in sehr hoher Genauigkeit einzuscannen. Auch 3d-Scans in Vollfarbe sind möglich. Schwarze und glänzende Oberflächen können wir in der Regel ohne Mattierungssprays einscannen.
Versandfähige Scanobjekte können Sie uns einfach zuschicken, nicht versandfähige Objekte können auch vor Ort gescannt werden.
Wir liefern Ihnen die Daten, die Sie brauchen. So können wir Ihnen von einer unbearbeiteten Punktewolke (Rohdaten) über Mesh-Dateien (typischerweise z.B. .stl oder .obj) und NURBS-Flächenmodellen bis hin zum vollständig rückgeführten CAD-Modell (z.B. .IGES .STP) die für Ihre Bedürfnisse und Ihrem Kostenrahmen entsprechenden Dateitypen erstellen.
Was ist 3d-Scanning
Beim 3d-Scanning bzw. 3d-Scan werden Punkte der Oberfläche des zu scannenden Objekts im Raum aufgenommen und in ein dreidimensionales Koordinatensystem im Computer übertragen. Dadurch entsteht eine sogenannte Punktewolke mit Millionen von einzelnen Punkten. Durch die Lage der Punkte wird die Form der Oberfläche des gescannten Objekts abgebildet.
Diese Punktewolken werden je nach Verwendungszweck entweder unverändert weiterverwendet oder die einzelnen Punkte dann mithilfe einer Software miteinander verbunden, sodass viele kleine Dreiecke entstehen, die dann eine Fläche bilden. Wiederum abhängig vom Verwendungszweck muss diese Fläche vollständig geschlossen werden. Die so entstandene Fläche bildet im Idealfall die Oberfläche des gescannten Objekts ab.
Wie funktioniert ein 3d-Scanner
Beim 3d-Scannen wird durch eine Lichtquelle am Scanner (z.B. LED-Weißlicht, Infrarotlicht oder verschiedenfarbiges Laserlicht) ein definiertes strukturiertes Lichtbild ausgestrahlt. Über Kameras im Scanner wird das auf das zu scannende Objekt auftreffende Licht aufgenommen. Über die Position des Lichtbildes im Sichtfeld der Kameras (Triangulation wie beim menschlichen Auge) und die Krümmung des Lichtbildes auf der Oberfläche des Objekts kann der Scanner bzw. die zugehörige Software dann die genaue Lage der Messpunkte relativ zu sich selbst ermitteln. Je nach eingesetzter Technik und geforderter Genauigkeit verwendet man sogenannte reflektierende Markerpunkte, welche über die Software des Scanners gut erkannt werden können und zur Orientierung (Lage des Scanners relativ zu den Markerpunkten) dienen. Industrielle Laserscanner arbeiten ausschließlich mit diesen Markerpunkten, um die messtechnische Genauigkeit im Hundertstel-Millimeter Bereich erreichen und wiederholbar gewährleisten zu können.
Ausgabeformate der 3d-Scandaten
Je nach Kundenanforderung und weiterer Verwendung der 3d-Scandaten können wir diese in unterschiedlichen Formaten liefern.
Die gängigste Form sind vermaschte bzw. Mesh-Dateien in den Formaten .stl, .obj oder .ply.
Es können natürlich auch die unbearbeiteten Rohdaten (Punktewolke) geliefert werden. Hier sind die Formate .txt oder .asc möglich.
Nach entsprechender Weiterverarbeitung sind auch andere Dateitypen wie diverse CAD-Dateien (z.B. .igs, .stp, .dxf usw.) möglich.
Für andere Formate oder spezielle Anforderungen sprechen Sie uns einfach an.
Beachten Sie bei der Auswahl des gewünschten Datenformats unbedingt den folgenden Absatz!
Verwendung der 3d-Scandaten im CAD-Programm oder für den 3d-Druck
Ganz wichtig zu beachten ist: 3d-Scandaten sind keine CAD-Daten und in der Regel auch nicht ohne Nachbearbeitung für den 3d-Druck geeignet!
Beim 3d-Scan entsteht zunächst wie oben beschrieben eine Punktewolke in der Form des gescannten Objekts. Diese Punktewolke enthält ebenfalls noch Artefakte und ungewollte aber unvermeidbar mit gescannte Objekte aus der Umgebung (Boden/Tischplatte, Halter/Ständer etc.). Die Rohdaten müssen also zunächst manuell überarbeitet werden, um sie für die weitere Verwendung egal welcher Art vorzubereiten.
Die meisten CAD-Programme, auch die professionellen und mitunter sehr teuren, sind für die Verarbeitung von 3d-Scandaten nicht oder nur schlecht geeignet. Sie können die Daten zwar in der Regel anzeigen und vielleicht einzelne kleinere Operationen durchführen. Für eine umfassende und relevante Verarbeitung in angemessener Zeit sind sie allerdings nicht ausgelegt und daher auch nicht geeignet. Auch bedarf es Schulung und Erfahrung des Anwenders im Umgang mit 3d-Scandaten, denn dieser unterscheidet sich deutlich vom Umgang mit CAD-Daten.
Für die Verarbeitung von 3d-Scandaten gibt es spezialisierte Softwarelösungen und Erweiterungen für bestehende CAD-Systeme wie z.B. Solidworks, welche dann auch ihren Preis haben. Zusätzlich müssen die Anwender geschult werden. Für die meisten Nutzer, die nur gelegentlich mit diesen Daten arbeiten, lohnt sich der finanzielle Aufwand daher nicht.
Für den 3d-Druck werden sogenannte wasserdichte Polygonmodelle benötigt. Hierbei handelt es sich um vollständig geschlossene Abbildungen der Flächen des zu druckenden Objekts, wobei die Flächen aus vielen kleinen Dreiecken zusammengesetzt werden. Das wasserdichte Polygonmodell bildet also die äußere Hülle des Objekts ab. Üblicherweise werden diese in den Dateiformaten .stl oder .obj gespeichert. Die Erstellung eines solchen Polygonmodells des gescannten Objekts für den 3d-Druck erfolgt ebenfalls manuell. Der zeitliche Aufwand ist dabei maßgeblich abhängig vom gescannten Objekt (Größe, Oberfläche, Komplexität etc.) und kann von ein paar Minuten bis vielen Stunden reichen.
Je nachdem, wofür die Daten also benötigt werden, müssen sie zunächst entsprechend aufbereitet und weiterverarbeitet werden bzw. CAD- oder Polygondaten erstellt werden. So kann der komplette 3d-Scan z.B. in eine IGES oder STEP Datei überführt werden. Das ist ein weitestgehend manueller Vorgang, der mit entsprechendem zeitlichen und daher finanziellen Aufwand verbunden ist. Teilweise werden aus einem vollständigen 3d-Scan aber auch nur bestimmte Informationen im CAD-Format benötigt. Es ist möglich und aus Kostengründen auch empfehlenswert, auch nur diese Daten ins CAD-Format zu überführen. Es ist daher sehr wichtig, hier im Vorfeld genau zu besprechen, wofür welche Daten benötigt werden und mit welchen Daten Sie und Ihre eingesetzten Mitarbeiter und Programme überhaupt arbeiten können. Dadurch kann zum einen unnötiger Aufwand und die damit verbundenen Kosten vermieden werden. Zum anderen verhindert es Frustration und Zeitverschwendung, wenn erst nach Lieferung der 3d-Scandaten und Import ins eigene System vom versierten CAD-Nutzer festgestellt wird, dass die Daten nicht wie gewünscht verwendet werden können.
Es ist daher also sehr wichtig, alle Anforderungen im Vorfeld zu klären und sich zu vergewissern, ob eine Weiterverarbeitung bzw. Verwendung der 3d-Scandaten im gewünschten Umfang wirklich im eigenen System stattfinden und vom eigenen Personal durchgeführt werden kann/soll oder nicht. Eventuelle spätere Nacharbeit ist immer mit höheren Kosten und zeitlichem Verzug verbunden und wäre häufig vermeidbar.
Weitere Informationen zu den unterschiedlichen Möglichkeiten der Erstellung von CAD-Daten finden Sie auch unter der Rubrik Reverse-Engineering
Unsere 3d-Scantechnik
3d-Laserscanner
Wir setzen für unsere 3d-Scans überwiegend aber insbesondere im Bereich der Messtechnik einen handgeführten und hochpräzisen high-end Blaulicht- und Infrarot Laserscanner ein.
Der 3d-Scanner liefert bis zu 1,65 Millionen Messpunkte pro Sekunde bei einer Genauigkeit von 0,02 mm und einer Auflösung (Abstand der einzelnen Punkte untereinander) von bis zu 0,03 mm. Die Volumetrische Genauigkeit (Messgenauigkeit über größere Messstrecken) beträgt bis zu 0,02 mm + 0,03 mm/m.
Durch den blauen Laser sind auch 3d-Scans dunkler und oder glänzender Oberflächen möglich.
Damit unsere Messergebnisse nachvollziehbar sind, wurde unser 3d-Laserscanner von einem nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten Labor nach der Richtlinie VDI/VDE 2634 Teil 3 überprüft und kalibriert.
Photogrammetriesystem
Für größere Objekte setzen wir zusätzlich zum 3d-Laserscanner ein Photogrammetriesystem ein.
Durch das Photogrammetriesystem wird zunächst ein präzises Koordinatensystem in einem großen Sichtfeld mit Hilfe von Referenzstäben- und Markern erzeugt. Dieses Koordinatensystem nutzt anschließend der 3d-Laserscanner für die eigene Positionierung im Koordinatensystem und nimmt nur noch die Flächeninformationen auf (der eigentliche 3d-Scan). Der Vorteil ist, dass dadurch der Fehler über längere Strecken minimiert wird, da der 3d-Laserscanner nicht selbst das Koordinatensystem in seinem eingeschränkten Sichtfeld erzeugen und über weitere Strecken ständig erweitern muss.
Die Volumetrische Genauigkeit (Messgenauigkeit über größere Messstrecken) wird dadurch auf bis zu 0,02 mm + 0,015 mm/m im Vergleich zur Messung ohne Photogrammetriesystem verdoppelt. Dadurch ist es uns möglich, auch Objekte von mehreren Metern Größe wie z.B. Reisebus, LKW, Boot/Yacht oder kleinere Flugzeuge mit hoher Genauigkeit zu scannen und zu vermessen.
Damit unsere Messergebnisse auch bei Verwendung des Photogrammetriesystems nachvollziehbar bleiben, wurde auch die Kombination aus diesem und unserem 3d-Laserscanner gemeinsam von einem nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten Labor nach der Richtlinie VDI/VDE 2634 Teil 3 überprüft und kalibriert.
3d-Strukturlichtscanner mit HD-Farbaufnahmefunktion
Für die 3d-Farbscans kommt ein Strukturlichtscanner (Structured Light) mit für das menschliche Auge unsichtbarem Infrarot-LED Licht und HD-Farbaufnahmefunktion zum Einsatz.
Durch das Infrarotlicht können 3d-Scans des Körpers und vor allem Gesichts problemlos und ohne Blendung oder Irritationen mit geöffneten Augen realisiert werden.
Mit diesem Scanner können wir 3d-Scans mit einer Messgenauigkeit von bis zu 0,1 mm bei einer Auflösung von bis zu 0,2 mm und einer hohen Messgeschwindigkeit von 1,5 Millionen Messpunkten pro Sekunde liefern.
Der hauptsächliche Anwendungsbereich für diesen 3d-Scanner liegt daher im 3d-scannen von Gegenständen, bei denen die Textur mit aufgenommen werden soll, wie z.B. Körpern oder Körperteilen und anderen Gegenständen (z.B. für Virtual/ Augmented Reality Anwendungen, Kunstgegenstände) oder wenn die hohe Präzision und Fähigkeit des Laserscanners, dunkle und/oder glänzende Oberflächen zu scannen nicht notwendig ist und keine Markerpunkte verwendet werden sollen (wie z.B. bei der Konstruktion individueller Prothesen/Orthesen).
Flexibilität und Mobilität
Durch unser Gerätesetup sind wir sowohl flexibel, was die Anforderungen an die 3d-Scandaten, das zu scannende Objekt in Bezug auf Objektgröße und Oberflächenbeschaffenheit als auch den Objektstandort angeht.
Versandfähige Objekte scannen wir in unserem Haus. Wenn es um ortsfeste oder aufgrund der Größe oder des Gewichts nicht oder wirtschaftlich nicht sinnvoll versandfähige Objekte geht, sind wir auch in der Lage, 3d-Scans am Objektstandort anzubieten. Möglich macht dies die Auswahl unserer Geräte sowie die sichere und zugleich platzsparende Unterbringung in speziellen Transportkoffern.
Anwendungsbereiche 3d-Scanning
Der Anwendungsbereich des 3d-Scanning ist nahezu unendlich. Von Hobby über Virtual-Reality-Anwendungen und Internet der Dinge bis hin zu Industrie 4.0 sind die Möglichkeiten fast unbegrenzt.
In Verbindung mit digitalisierten Fertigungsmethoden wie Additive Fertigung (3d-Druck), CNC-Fräsen/ -Rohrbiegen/ -Blechkanten/ -Laser / -Plasma- oder Wasserstrahlschneiden ergeben sich in allen Bereichen des Lebens interessante und wertvolle neue Möglichkeiten, die bis vor einigen Jahren noch unvorstellbar waren.
Die folgende Auflistung ist exemplarisch und zeigt nur die bisher üblichen Anwendungsgebiete auf und ist daher nicht abschließend. Wir freuen uns immer auf neue Herausforderungen und spannende neue Einsatzfelder. Kommen Sie also mit Ihrer Idee auf uns zu und wir sehen, wie wir auch Ihr Projekt mithilfe des 3d-Scanning ermöglichen, unterstützen und/oder beschleunigen können.
- Museum 4.0 (Digitalisierung und 3d-Druck historischer und/oder Kunstgegenstände, virtuelles Museum z.B. Online)
- Produktentwicklung
- Erstellung von Daten für 3d-Druck oder CNC-Bearbeitung
- (Wettbewerbs-) Analyse/ Simulationen (z.B. Strömungsverhalten etc.), FEM
- Vermessung
- Restauration/ Vervielfältigung von z.B. Kunstgegenständen, Schnitzarbeiten, Figuren usw.
- Exakte Erfassung der Geometrie für Bauteilreparaturen wie z.B. Auftragsschweißen
- Virtual/ Augmented Reality (VR/AR), z.B. Körperscans oder diverse Gegenstände
- Architektur (z.B. Digitalisierung oder Rekonstruktion aufwendiger und/oder historischer Fassaden-/ Säulen-/ Stuckarbeiten)
- Künstler (z.B. Digitalisierung von Statuen, Skulpturen o.ä.)
- Archäologie (Digitalisierung historischer Funde/ Ausgrabungen)
- Automatisierung (Verwendung der 3d-Scandaten für die schnelle Roboter- und Maschinenprogrammierung)
- Aufmaß und Einsparen von Zustellaufwand bei der Erstellung von CAM-Programmen
- Präzise Programmierung von Roboterpfaden, verhindern von Kollisionen
Wie teuer ist ein 3d-Scan
Diese Frage ist wie so oft nicht einfach pauschal zu beantworten. 3d-Scanning unterscheidet sich wesentlich vom Scannen von Dokumenten, bei denen das Dokument auf den Scanner gelegt und ein Knopf gedrückt wird. 3d-Scanning ist kein automatisierter Vorgang. Jeder 3d-Scan muss manuell eingerichtet und durchgeführt werden.
Die Kosten für einen 3d-Scan sind von verschiedenen Faktoren abhängig. Zum einen sind das Faktoren, die Einfluss auf die aufzuwendende Arbeitszeit des Ingenieurs haben, wie z.B. Komplexität des Projekts, Objektstandort, Objektgröße- und Anzahl, Objektbeschaffenheit/ Geometrie, Oberfläche, geforderte Auflösung und Genauigkeit, geplanter Einsatzzweck der Scandaten usw. Zum anderen hat natürlich das Verbrauchsmaterial sowie die erforderliche Speicherkapazität einen Einfluss auf den Preis (3d-Scandaten können schnell viele GB Speicherplatz beanspruchen). Und nicht zuletzt kommt es auf die eingesetzte 3d-Scantechnik an. So sind bereits die Beschaffungskosten allein für die im industriellen Bereich eingesetzten Grafikkarten höher, als die Kosten eines gesamten Setups im Consumer-Bereich.
Um einen groben Eindruck zu bekommen, kann man damit rechnen, dass die Kosten für einen professionellen 3d-Scan ohne Datennachbearbeitung bei etwa 100 Euro zzgl. USt. für kleine und leicht zu scannende Gegenstände beginnen.
Entdecken Sie nachfolgend einige interessante Projekte aus dem Bereich des 3d-Scan und lassen sich für Ihr Projekt inspirieren
3d-Scan eines Kunstgegenstandes für den 3d-Druck
Ein Kunstgegenstand mit vielen feinen Details wird in hoher Auflösung 3d-gescannt und die Daten anschließend für den 3d-Druck aufbereitet.
