Produktetrend Drei 3D-Scanner im Vergleich

Komplette Vermessungen von Werkstücken mit wenig Aufwand und in kurzer Zeit wurden durch 3D-Scanner möglich. Sie sind auch eine wichtige Grundlage für das Reverse Engineering. Hier stellen wir Ihnen drei vor.

Anbieter zum Thema

Urma AG Werkzeugfabrik

Shining 3D Tech Co., Ltd

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Carl Zeiss Optotechnik GmbH

Hexagon Metrology GmbH

• Eva von Artec 3D erfasst 2 Mio. Punkte in der Sekunde mit einer 3D-Punktgenauigkeit von 0,1 mm.

• Bei Comet L3D 2 von Zeiss liegt der 3D-­Punkt­abstand in einem Messfeld von 100 mm bei 48 µm.

• Das Einsteigermodell Primescan von Aicon 3D Systems kann auch glänzende oder dunkle Oberflächen einscannen.

Kevin Langlois, Doktorand an der Freien Universität Brüssel, ist Mitglied der Forschungsgruppe Robotics & Multibody Mechanics (R&MM) und beschäftigt sich mit motorgetriebenen Exo­skeletten. Diese müssen an jeden Menschen angepasst werden, da die Gliedmaßen, deren Beweglichkeit und der Gang einer Person absolut individuell sind. Bei den ersten Ausführungen mit verstellbaren Orthesen, die durch Riemen und Klammern am Körper befestigt wurden, verrutschten die Befestigungen zu oft.

Die Forschungsgruppe fand eine andere Lösung: Über 3D-Scanner wurde die Anatomie einer Person ermittelt und eine Orthese angefertigt, die dieser Anatomie exakt entspricht. Genauer gesagt werden hier die physikalischen Schnittstellen des Exoskeletts in 3D gescannt, da sie die mechanische Verbindung zwischen Mensch und Roboter sind. Um diese Lösung umzusetzen, erwarb die Forschergruppe den 3D-Objektscanner Artec Eva von Artec 3D bei dem Gold-Partner 4C Creative CAD CAM Consultants. Eva erfasst 2 Mio. Punkte in der Sekunde mit einer 3D-Punktgenauigkeit von 0,1 mm.

Der Handscanner mit Modellierungssoftware

Um eine maßgeschneiderte Orthese anzufertigen, bestimmt Langlois zunächst die Bereiche, die erfasst werden müssen, zum Beispiel den Unterschenkel. Dann wählt er eine oder mehrere Personen aus, an denen die Orthese getestet wird. Diese Personen werden gescannt und die Scan-Daten in der 3D-Modellierungssoftware Artec Studio verarbeitet. Im Anschluss an eine Nachbearbeitung wird die STL-Datei in ein CAD-Programm exportiert, wo eine perfekt sitzende Orthese designt wird. Der letzte Schritt besteht darin, die Orthese mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens herzustellen.

Nach dem 3D-Druck der Orthese wird diese mit Carbonfaser und dem Verbundwerkstoff Epoxidharz verstärkt. 3D-Scanning und 3D-Druck sind im Vergleich zu einer Gipsform auch deshalb besonders vorteilhaft, weil die Daten digital gespeichert werden können. Aus Konstruktionssicht hat das digitale Verfahren den Vorzug, dass die betroffene Person umfassend in den Bau des Roboters einbezogen werden kann. Es bietet außerdem mehr Freiheiten bei der Herstellung der Orthese, da es den Einsatz von CAM-Verfahren zulässt. Das wiederum kann Kosten sparen und sowohl die Qualität als auch die Anwendbarkeit der Produkte verbessern. Die Vorteile dieses Herstellungsverfahrens sollen derzeit anhand von Versuchen nachgewiesen werden.

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Anwenderblick

Drei Fragen an den Anwender

Für Kevin Langlois, Doktorand an der Freien Universität Brüssel, gehören Exoskelette zu den großen technischen Fortschritten. Denn sie unterstützen Menschen bei der medizinischen Rehabilitation, bei der Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit, der Verletzungsprävention und bei Alltagstätigkeiten. Um maßgeschneiderte Orthesen herzustellen, nutzt er den 3D-Scanner Eva von Artec 3D.

„Entscheidend ist, qualitativ hochwertige Scans zu erzeugen”, Kevin Langlois forscht an der Freien Universität Brüssel.

Welche Vorteile bringt Ihnen das Einscannen mit dem 3D-Scanner?

In weniger als fünf Minuten kann durch den schnellen, präzisen Scan-Prozess von Artec Eva ein digitales Abbild des Patienten generiert werden. Mit diesem 3D-Scanner eine Orthese anzufertigen, ist weniger zeit- und arbeitsaufwendig als mit einer Gipsform.

Sind Sie mit der datenverarbeitenden Software von Artec 3D zufrieden?

Es ist relativ einfach, anhand der Scans eine STL-Datei in Artec Studio zu generieren. Entscheidend ist hierbei, qualitativ hochwertige Scans zu erzeugen, keine Löcher im Modell zu lassen und die Ausrichtung der Scans zu ermöglichen. Das Sharp-­Fusion-Tool führt die Scans zusammen und generiert das endgültige 3D-Modell. Mein Fazit fällt positiv aus: Artec Studio hat eine intuitive Oberfläche und leistungsstarke Tools zu bieten, mit denen Wissenschaftler und Ingenieure im Bereich Wearable-­Robotik forschen können.

Sie gehören einer Forschergruppe an. Welches Ziel verfolgt diese mit dem 3D-Scan-Projekt?

Mit diesen Experimenten möchten wir zeigen, wie effektiv es ist, auf der Basis eines Digitalmodells der betreffenden Person individuelle Orthesen anzufertigen. Ziel wird es eines Tages sein, Exo­skelette tragen zu können, die für andere und – bis zu einem gewissen Grad – auch für den Träger selbst nahezu unsichtbar sind.

Für Einsteiger und Fortgeschrittene

Einen einfachen Einstieg in die optische 3D-Digitalisierung will Carl Zeiss Optotechnik mit dem Comet L3D 2 Base ermöglichen. Das Messvolumen dieser Light-Variante ist auf die zwei Messfelder 100 und 250 mm begrenzt, wer fünf vorzieht, muss sich den Scanner Comet L3D 2 leisten. Hier liegt der 3D-Punktabstand im Messfeld 100 bei 48 µm, im Messfeld 250 beträgt er 105 µm. Die schnellste Messzeit gibt der Hersteller mit etwa 1 s an. Softwareseitig ist das Gerät kompatibel mit Zeiss Colin 3D, das Anwender bei der Positionierung des zu scannenden Objekts im Messfeld sowie der Dokumentation, Visualisierung, Analyse und Bearbeitung dreidimensionaler Daten unterstützt. Der 3D-Scanner ist portabel und mit einem Dreibein- oder Säulenstativ mit manueller Dreh-/Schwenkachse immer stabil.

Das Einsteigermodell auch für glänzende Oberflächen

Ebenfalls eine Einsteigervariante hat Aicon 3D Systems im Angebot. Allerdings soll der Primescan keine abgespeckte Version eines vorhandenen Scanners sein, sondern eine völlig neue Entwicklung. Mit der Software Optocat nutzt er aber die gleiche Algorithmik, um Punktewolken zu erzeugen, wie seine großen Brüder Stereoscan und Smartscan. Bei den Messfeldern können Kunden zwischen Größen von 50 bis 700 mm wählen und bei der Kameraauflösung zwischen 2, 5 oder 8 Megapixeln, je nach benötigter Auflösung am Objekt und gewünschter Genauigkeit. Der Primescan ist wahlweise mit Blue-Light- oder White-­Light-Technik erhältlich. Der besonders lichtstarke Projektor ermöglicht das Scannen stark glänzender oder dunkler Oberflächen ohne Vorbehandlung. Prime­scan ist in etwa so groß wie ein DIN-A4-Blatt und wiegt rund 4 kg.

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