W 2022 roku Dział Inżynierii Mechanicznej invenio uzyskał możliwość skanowania 3D dzięki pozyskaniu precyzyjnej głowicy skanującej FARO SCANARM HD, które jest rozszerzeniem do ramienia 3D FARO EDGE. Dlatego w poniższym artykule przybliżymy czytelnikom jakim urządzeniem jest skaner 3D i na czym polega proces skanowania. Współcześnie, ze względu na duże tempo produkcji oraz nacisk na zapewnienie jej wysokiej jakości, potrzebne jest pozyskiwanie wielu informacji o danym produkcie na każdym etapie jego wykonania. Jedną z najważniejszych jest informacja odnośnie geometrii wyrobu. Niektóre wyroby o skomplikowanej formie geometrycznej (np. myszka komputerowa, elementy karoserii samochodu) nie są możliwe do zmierzenia konwencjonalnymi metodami pomiarowymi lub ilość możliwych do zmierzenia parametrów jest zbyt mała, aby móc wykorzystać je do określenia czy dany przedmiot spełnia minimalne wymagania jakościowe bądź nie. Tego typu sytuacje spowodowały dynamiczny rozwój optycznych maszyn pomiarowych zwanych potocznie skanerami 3D.

Skaner 3D jest bezstykowym urządzeniem pomiarowym, służącym do przechwytywania informacji o geometrii nawet najbardziej skomplikowanych geometrycznie obiektów fizycznych. Wynikiem tego procesu jest zamiana rzeczywistego obiektu na postać precyzyjnego modelu cyfrowego i na tej podstawie utworzenie modelu 3D, który w następstwie może posłużyć do oceny jakości lub na potrzeby inżynierii odwrotnej czy rapid prototyping (szybkie wykonywanie prototypów). Skaner FARO SCANARM HD jest skanerem laserowym, wykorzystującym niebieskie światło laserowe. Jego dokładność wynosi ±25µm, a ilość zbieranych punktów pomiarowych to 560000 punktów/sekunda.

Ogólna zasada działania tego skanera 3D realizowana jest dzięki wykorzystaniu efektu zniekształceń prążków Moire’a. Skaner emituje wiązkę lasera, którą kieruje się na skanowany obiekt. Powierzchnia obiektu oświetlana jest rastrem linii o znanej gęstości, które ulegają zniekształceniom zgodnym z geometrią mierzonego obiektu. Kamery skanera przechwytują informacje o pikselach, które powstają na granicy przeskoku stopni szarości między prążkiem, a skanowaną powierzchnią. Tak pozyskane współrzędne zapisywane są w postaci cyfrowej chmury punktów, z których oprogramowanie skanera buduje model 3D skanowanego obiektu. Skanery 3D są powszechnie stosowane w przemyśle samochodowym, lotniczym, zbrojeniowym, energetycznym, maszyn ciężkich i rolniczych, stoczniowym, dóbr konsumpcyjnych czy medycznym. Głównie wykorzystuje się je do kontroli jakości produktu, jego wymiarowania i porównywania z modelem nominalnym CAD. Natomiast najciekawszym zastosowaniem skanera 3D jest jego zastosowanie w inżynierii odwrotnej np. gdy trzeba wykonać część zamienną, do której nie mamy żadnej dokumentacji technicznej.

Kolejnym ciekawym zastosowaniem jest rapid prototyping np. gdy musimy zmodyfikować jakiś istniejący obiekt (maszynę) dodając do niego jakąś nową część. Aby zrobić to dobrze potrzebne jest pozyskanie modelu 3D modyfikowanego obiektu wraz z jego najbliższym otoczeniem (na podstawie skanu 3D). Dzięki takiej informacji i wykorzystaniu systemów CAD konstruktor w krótkim czasie może bardzo łatwo dopasować nową część do modyfikowanego obiektu unikając wszelkich kolizji, a tym samym minimalizując koszty całej operacji. Żadnego z powyższych nie bylibyśmy w stanie osiągnąć klasycznymi metodami pomiarowymi.

Przykładowe wykorzystanie możliwości skanerów 3D:

• w celu inżynierii odwrotnej i kontroli jakości,
• do odlewów, odkuwek, form, narzędzi, rdzeni piaskowych i woskowych,
• do wyprasek, matryc, elementów z tworzyw sztucznych, włókna węglowego i kompozytów,
• do wytłoczek, tłoczników, elementów blaszanych i spawanych,
• do części samochodowych, elementów karoserii, zabudów, wnętrz i całych samochodów,
• do motocykli, rowerów, ram motocyklowych i rowerowych,
• do naczep, przyczep, maszyn i narzędzi rolniczych,
• do konstrukcji stalowych, konstrukcji spawanych,
• do turbin, piast, wałów, wirników i łopatek,
• do sprawdzianów i przyrządów pomiarowych,
• do wyników druku 3D, toczenia, frezowania i obróbki CNC,
• do zabytków, antyków, rzeźb.

Podsumowując, skaner 3D jest bardzo wszechstronnym przyrządem pomiarowym, które dzięki rozsądnemu stosunkowi czasu pomiaru do ilości pozyskanych danych, przy jednoczesnej dużej dokładności pomiaru, pozwala na pozyskanie znacznie większej ilości informacji o jakości wytworzonego produktu niż metody stykowe. Dodatkowo oferuje szerokie możliwości w zakresie inżynierii odwrotnej i rapid prototyping, znacznie zwiększając potencjał Działu Inżynierii Mechanicznej invenio.