Laserscanner oder 3D-Scan mit Streifenprojektion – Welcher ist die bessere Wahl?

Im 3D-Druck-Prozess sind 3D-Scanner sehr oft ein wesentlicher Schritt, um die Modellierung eines Objekts zu erleichtern. Sie ermöglichen es, Daten über die Form und, je nach 3D-Scanner, über das Aussehen (z.B. Farben und Form) zu sammeln. Daher verbessert das 3D-Scannen den Konstruktionsprozess, beschleunigt und reduziert Fehler bei der Datenerfassung und spart Zeit und Geld. 3D-Scanning kann auf verschiedenen Technologien basieren, jede davon hat ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen. In diesem Artikel untersuchen wir die beiden wichtigsten Technologien des 3D-Scannens, mit anderen Worten, Lasertriangulation und Streifenprojektion. Letztendlich also, wie  sich Laserscanner vom 3D-Scan mit Streifenprojektion unterscheiden? Und vor allem: Welche Technologie sollten Sie für Ihr Projekt auswählen?

Laserscanner: Technologie, Vorteile und Grenzen

Laserscanner basieren auf  Triangulation, um eine 3D-Form als Netzwerk von Millionen von Punkten genau zu erfassen. Genauer gesagt, arbeiten sie, indem sie einen Laserpunkt oder eine Laserlinie auf ein Objekt projizieren und dessen Reflexion mit Sensoren erfassen. Da sich die Sensoren in einem bestimmten Abstand zur Laserquelle befinden, können durch die Berechnung des Reflexionswinkels des Laserlichts genaue Punktmessungen durchgeführt werden. Mit dem vorhandenen Wissen zur Entfernung des Scanners vom Objekt kann die Scanhardware die Oberfläche des Objekts abbilden und so einen 3D-Scan aufzeichnen.

Als Beispiel: Der Matter & Form V2 (links) ein Desktop-Laser-3D-Scanner, der für ca. 670€ im Einzelhandel erhältlich ist. Wohingegen der Go!SCAN SPARK (rechts) von Creaform ein professioneller tragbarer Laserscanner mit einem Einstiegspreis von ca. 26800€ ist.

Dieses Verfahren wird als Triangulation bezeichnet, da der Laserpunkt (oder die Linie), der Sensor und der Lasersender ein Dreieck bilden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Es gibt viele verschiedene Arten von Laserscannern auf dem Markt, Sie können zwischen Handheld-, Desktop- und Industriegeräten wählen. Der Schlüssel dazu ist, dass sie innerhalb einer kurzen Zeitspanne arbeiten.

Die Vorteile der Lasertriangulationstechnologie liegen in der Auflösung und Genauigkeit. Wenn man von Genauigkeit spricht, liegt sie im Bereich von zig Mikrometern. Außerdem ist es möglich, einen Laser-3D-Scanner zu einem sehr günstigen Preis zu kaufen, da sein Design sehr einfach ausgestaltet sein kann.

Sie sollten jedoch beachten, dass die Eigenschaften der zu scannenden Oberfläche den Scanvorgang beeinflussen. Daher können sehr glänzende oder transparente Oberflächen für diese Technologie schnell problematisch werden.

3D-Scan mit Streifenprojektion: Technologie, Nutzen und Grenzen

Heute verwenden viele tragbare 3D-Scanner für den 3D-Druck die sogenannten Streifenprojektion. Diese Technologie verwendet ebenfalls die  Triangulation, arbeitet aber, im Gegensatz zum Laserscanner, mit einem Lichtmuster und nicht einer Laserlinie (oder einem Punkt). Das Muster wird mit einem LCD-Projektor oder einer anderen stabilen Lichtquelle auf das Objekt projiziert. Ein oder mehrere Sensoren (oder Kameras), die ihren Platz leicht vom Projektor versetzt haben, betrachten nun die Form des Lichtmusters und berechnen den Abstand von jedem Punkt im Sichtfeld. Die beim Scannen verwendete Streifenprojektion kann weiß oder blau sein. Das vorhandene Lichtmuster besteht in der Regel aus einer Reihe von Streifen oder aber aus einer Matrix von Punkten oder anderen Formen.

Diese Art von Gerät kann ebenso wie der Laserscanner auf kurze Distanzen arbeiten und von Hand betrieben oder auf einem Stativ montiert werden.

Der Vorteil der Streifenprojektion liegt in der Schnelligkeit der Scans. So ist ein Scan in ca. 2 Sekunden möglich und auch der Scanbereich ist recht groß. Wie Laserscanner sind auch 3D-Scanner auf Basis der Streifenprojektion extrem genau und bieten eine hohe Auflösung.

Einer der Nachteile dieser Art von Scanner ist, dass er auf Lichtverhältnisse in bestimmten Umgebungen schnell reagiert. Dies gilt weniger für Laser Scanner. Zum Beispiel wäre es extrem schwierig, im Freien zu arbeiten.

Als Beispiel: Der Structured Light Pro S3 (links) von HP auf einem Stativ montiert und im Einzelhandel für rund 3.930€ erhältlich. Sowie der EinScan Pro 2X (oben rechts) von Shining3D als ein professioneller handgehaltener 3D-Scanner auf Basis der Streifenprojektion, der ca. 6160€ kostet und der Scanner 2.0 (unten rechts) von XYZprinting, ebenfalls ein Handheld-Gerät für Einsteiger, das ca. 226€ kostet.

Weitere andere Lasertechnologien

Die beiden oben beschriebenen Technologien sind eher für das 3D-Scannen im Nahbereich gedacht. Wenn Sie aber ein Objekt aus der Ferne scannen müssen, sind diese Technologien nur eingeschränkt nutzbar. Wir werden deshalb zwei weitere Technologien erwähnen, die für das  3D-Scannen auf weiter entfernte Objekte entwickelt wurden.

Prozess des 3D-Scanning mit Lasertriangulation

So gibt es die sogenannten Time-of-Flight 3D-Scanner (TOF-Kameras), die die Laserpuls-Technologie verwenden. Genau wie Laserscanner verwenden sie Laser, um ein 3D-Objekt präzise zu scannen. Jedoch funktioniert die Technologie völlig anders: Indem es die Geschwindigkeit des Laserlichts perfekt kennt, misst das System die Zeitspanne, die der Laser benötigt, um ein Objekt zu erreichen und zurück zu seinem Sensor zu reflektieren.

Eine weitere Art von Time-of-Flight 3D-Scanner verwendet Phasenschiebesysteme. Diese Technik funktioniert wie die Laserpulstechnik, moduliert aber zusätzlich die Leistung des Laserstrahls. Der Scanner vergleicht die Phase des ausgegebenen und zum Sensor zurückgeführten Lasers. Dadurch ist er zwar genauer als ein TOF 3D-Scanner, aber nicht so flexibel für das Scannen auf weite Entfernungen.

TOF 3D-Scanner sind definitiv nicht so genau wie Laserscanner oder 3D-Scanner auf Basis der Streifenprojektion, aber wenn Sie ein großes Objekt, sagen wir mal ein Gebäude, scannen wollen, werden Sie meist diese Art von Technologie einsetzen.

3D-Scan auf Basis der Streifenprojektion

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