Escáner 3D

Tipos de escáneres 3D

Un escáner 3D es una herramienta que captura el mundo físico y crea un modelo digital en 3D. Lo hace midiendo la forma de un objeto y recopilando datos sobre su tamaño, forma y apariencia. Los escáneres 3D utilizan rayos láser, cámaras u otros sensores para tomar medidas precisas desde todos los ángulos y crear una representación 3D detallada que se puede visualizar y manipular en una computadora. Existen varios tipos de escáneres 3D, entre ellos:

• Escáneres de luz estructurada: Estos escáneres proyectan una serie de patrones de luz sobre el objeto que se está escaneando. Una cámara captura los patrones deformados y el software calcula las coordenadas 3D en función de la proyección del patrón. El escaneo de luz estructurada se utiliza comúnmente para aplicaciones de ingeniería inversa debido a su alta precisión y eficiencia. También se utiliza para inspecciones de control de calidad en entornos de fabricación.
• Escáneres láser 3D: Un escáner láser captura datos precisos de la nube de puntos de la geometría de un objeto emitiendo un rayo láser y midiendo el tiempo que tarda el rayo en regresar al escáner. Este tipo de escáner 3D es adecuado para objetos grandes como edificios, paisajes y equipos industriales debido a sus capacidades de largo alcance y alta precisión.
• Escáneres 3D de contacto: En este caso, el escáner toca físicamente el objeto con una sonda para obtener datos de la nube de puntos. Los escáneres de contacto proporcionan una precisión muy alta en comparación con los tipos sin contacto. Se utilizan principalmente durante las inspecciones finales cuando se requiere la máxima precisión. Sin embargo, su velocidad de escaneo es menor que la de los escáneres sin contacto.
• Escáneres 3D de mano: Como su nombre lo indica, un escáner de mano se refiere a un escáner 3D que se puede sostener con la mano y mover alrededor del objeto que se está escaneando. Dependiendo de la tecnología utilizada, algunos escáneres de mano pueden requerir que el operador permanezca dentro de un cierto rango, mientras que otros utilizan sistemas de seguimiento para guiar el escaneo. Los escáneres de mano son versátiles ya que se pueden utilizar para escanear objetos de diferentes tamaños y formas de forma flexible.

Función y características del escáner 3D

El mercado global de escáneres 3D está creciendo a medida que aumenta la demanda de creación de modelos 3D precisos. Factores como la reducción de los costos de hardware, los avances tecnológicos y la amplia adopción del modelado 3D en la atención médica, la fabricación y la construcción están impulsando el crecimiento del mercado.

Un escáner de objetos 3D captura la geometría del objeto físico y crea un modelo digital en 3D. Las características de un escáner 3D que respaldan este resultado incluyen:

• Triangulación láser o luz estructurada

  Los escáneres 3D utilizan técnicas de triangulación láser o luz estructurada para capturar con precisión las geometrías externas. Estas técnicas proyectan un rayo láser o luz estructurada sobre el objeto para determinar su forma. El escáner mide la deformación de la línea láser o el patrón de luz para calcular las coordenadas de los puntos en la superficie. Este método crea nubes de puntos de geometrías de alta precisión, lo que lo convierte en el mejor para los escáneres de piezas de plástico 3D.

• Sensor y cámaras

  Cámaras de alta resolución y sensores confiables colaboran con la técnica de triangulación láser para formar nubes de puntos precisas. Las cámaras capturan la línea láser proyectada o los patrones de luz, mientras que los sensores miden las distancias con precisión. Juntos, generan modelos 3D detallados del objeto escaneado.

• Generación de malla

  Después del escaneo, los datos sin procesar de la nube de puntos se someten a la generación de malla, un paso crucial para crear un modelo 3D. La generación de malla conecta los puntos en la nube con caras poligonales, principalmente compuestas por triángulos, formando una malla. Este proceso transforma la nube de puntos en una representación digital utilizable, lo que permite una mayor manipulación y refinamiento del modelo 3D.

• Captura de textura

  Algunos escáneres 3D avanzados pueden capturar colores y texturas de los objetos escaneados además de sus geometrías. Cuando un escáner 3D captura un color o textura del objeto objetivo, la malla generada se puede adornar con los colores y patrones reales del elemento escaneado. Esto agrega un nivel de realismo y detalle al modelo 3D, lo que lo hace visualmente preciso y mejora su calidad.

• Precisión y resolución

  Los escáneres 3D tienen una precisión y resolución variables definidas por factores como la longitud de onda del láser, la precisión del sensor y la velocidad de escaneo. Estos aspectos determinan el nivel de detalle y la corrección que puede lograr el escáner al capturar la geometría de un objeto.

• Velocidad

  La velocidad a la que se completan los escaneos 3D depende de varios factores, incluido el tamaño del objeto, la complejidad y el paso de puntos. Un paso de puntos más extraordinario significa que se escanean menos puntos por unidad de distancia, lo que afecta la velocidad y la resolución.

• Rango volumétrico

  Este es el rango de tamaños que un escáner de objetos 3D puede escanear de forma eficaz, desde pequeños hasta grandes. Los diferentes escáneres son adecuados para diferentes rangos volumétricos en función de su diseño y capacidades.

• Conectividad y procesamiento de datos

  Los escáneres 3D a menudo deben conectarse a una computadora o dispositivo portátil para el procesamiento y la visualización de datos en vivo durante el proceso de escaneo. Las opciones de conectividad como USB, Wi-Fi o Bluetooth permiten la transferencia de datos entre el escáner y el dispositivo de procesamiento. Además, algunos escáneres incluyen capacidades de procesamiento integradas para procesar internamente los datos escaneados y generar el modelo 3D sin necesidad de un dispositivo externo.

Escenarios de uso de los escáneres 3D

El mercado global de escaneo 3D está experimentando un crecimiento impresionante. Los análisis de mercado recientes muestran que la industria fue valorada en 2.5 mil millones de USD en 2022, y los expertos pronostican una impresionante tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 15% hasta 2030. El crecimiento subraya la creciente demanda en varios sectores, destacando un potencial al alza para el mercado de escáneres 3D.

Los compradores a granel y minoristas de escáneres 3D deben examinar las diversas aplicaciones que contribuyen a este crecimiento. La tecnología ha encontrado aplicaciones en el patrimonio cultural, la arquitectura, la atención médica, la fabricación y el comercio electrónico, entre otros sectores. A continuación, se presenta una breve descripción de las diferentes aplicaciones que muestran la versatilidad del escáner 3D:

• Aplicaciones industriales y de fabricación: El escaneo 3D juega un papel crucial en la fabricación, el desarrollo de productos y la garantía de calidad. Los diseñadores lo utilizan para el prototipado rápido y la creación de modelos digitales a partir de prototipos físicos. Por el contrario, los ingenieros utilizan escáneres portátiles para inspeccionar características difíciles de alcanzar durante la verificación final. El escaneo ayuda a comparar los estándares predefinidos y detectar cualquier desviación o defecto para un control de calidad eficiente.
• Patrimonio cultural y preservación: El sistema de sondeo del escáner 3D es ideal para preservar y documentar sitios del patrimonio cultural, artefactos y estructuras históricas. Los arquitectos y conservadores utilizan modelos 3D exactos para crear planes para los esfuerzos de preservación. Los registros digitales detallados protegen contra pérdidas o daños y ayudan en futuras investigaciones, educación y restauración.
• Arquitectura y construcción: Los operadores utilizan escáneres láser 3D para capturar las condiciones "tal como están" durante las inspecciones. Esto es especialmente útil en espacios interiores complejos como túneles o edificios históricos. Los datos precisos de la nube de puntos obtenidos se convierten en una base para el modelado BIM y el diseño. Permite a los arquitectos e ingenieros detectar conflictos en etapas tempranas, planificar renovaciones y mejorar la coordinación de proyectos.
• Aplicaciones médicas y de atención médica: El escaneo 3D encuentra uso en diversas aplicaciones médicas, desde ortesis y prótesis hasta atención dental e incluso cirugía reconstructiva. Con el objetivo de capturar la forma y el tamaño precisos de las partes del cuerpo, estos escáneres ayudan a crear soluciones personalizadas para los pacientes.
• Educación e investigación: El escáner 3D se convierte en una herramienta para el aprendizaje y el descubrimiento en entornos académicos. Da vida a los objetos físicos, proporcionando estudios en profundidad que fomentan la creatividad y la innovación. Los curadores utilizan el escaneo 3D para crear colecciones digitales que hacen que el patrimonio cultural sea accesible para diversas audiencias.

Cómo elegir los escáneres 3D

Además de la aplicación, aquí hay algunos factores importantes a considerar al elegir un escáner.

• Precisión y resolución: Estos son factores importantes para cualquier escáner 3D. La precisión muestra qué tan cerca está el modelo escaneado del objetivo real. Al mismo tiempo, la resolución muestra cuán detallado será el modelo. Por lo tanto, los compradores deben considerar la precisión y la resolución de un escáner 3D antes de comprarlo. Asegúrese de que ambos valores sean lo suficientemente buenos para las aplicaciones objetivo.
• Facilidad de uso: Los compradores necesitan un escáner 3D que sea fácil de operar y configurar. Dicho escáner tendrá una interfaz de usuario simple y un manual de instrucciones muy claro. Un escáner 3D que es fácil de usar requiere menos habilidad técnica y experiencia para funcionar correctamente.
• Velocidad: La velocidad de un escáner 3D depende de qué tan rápido puede capturar todos los datos necesarios. Los compradores necesitan un escáner rápido para aumentar la productividad y la eficiencia. Además, los escáneres rápidos son mejores para escanear objetos grandes.
• Portabilidad: Los escáneres 3D portátiles son más convenientes de usar que los modelos de escritorio. La portabilidad del modelo dependerá principalmente del tamaño, el peso y la fuente de alimentación (batería o CA). Los escáneres portátiles son buenos para aplicaciones de campo y ubicaciones con espacios de trabajo limitados.
• Conectividad: Un escáner 3D ofrece diferentes tipos de conectividad. Estos incluyen USB, WIFI y Bluetooth. Los escáneres con buenas opciones de conectividad permiten a los usuarios transferir datos escaneados y recibir actualizaciones de software fácilmente.
• Durabilidad: La durabilidad de un escáner 3D impactará los costos a largo plazo. Los escáneres más duraderos requerirán menos reparaciones y costos de servicio.
• Tamaño: El tamaño de un escáner 3D limitará el tamaño de los objetos que puede escanear. Los escáneres más grandes pueden manejar objetos grandes, mientras que los pequeños solo son adecuados para objetivos pequeños.
• Presupuesto: Los compradores deben presupuestar para un escáner 3D antes de comenzar a comprar. Considere el costo inicial del escáner y los costos a largo plazo, como el mantenimiento, el servicio y los costos operativos.
• Software: El software del escáner 3D es importante para el trabajo de posprocesamiento, como limpiar la malla y optimizar el modelo. Los escáneres con buen software son más fáciles de usar y tienen mejores herramientas de edición de modelos.

Preguntas y respuestas

P: ¿Para qué sirve un escáner 3D?

R: Los escáneres 3D son útiles en la industria de la construcción para identificar y rectificar errores; en el campo del diseño de productos, es útil para obtener medidas precisas; y en el campo del arte y la preservación del patrimonio, ayuda a preservar digitalmente artefactos antiguos.

P: ¿Qué tipo de escáner 3D es el mejor?

R: El mejor tipo de escáner 3D depende de lo que prefiera el cliente y el material que se está escaneando. Los escáneres de mano funcionan mejor para geometrías complejas y piezas grandes, mientras que los escáneres de fijación láser son adecuados para objetos pequeños y geometrías internas complejas.

P: ¿Cómo funciona un escáner 3D?

R: Muchos escáneres 3D utilizan el método de escaneo láser, donde el escáner emite un rayo láser y captura el punto resultante con una cámara. El escáner luego calcula la distancia de cada punto y genera una nube de puntos que una computadora puede convertir en un modelo 3D.

P: ¿Cómo han impactado los escáneres 3D a las industrias?

R: Gracias a la tecnología de escaneo 3D, es posible un control de calidad preciso y rápido. Este impacto, junto con los avances tecnológicos y los cambios en los procesos de producción, mejoraron la calidad del producto y redujeron el tiempo de comercialización.