Сканирование и 3D-печать: рабочий процесс копирования детали

Короткий ответ

3D-сканер снимает форму видимой поверхности. Он не восстанавливает скрытые полости, материал, допуски и исходную конструкцию. Под посадочные места и резьбу Вам всё равно понадобятся измерительный инструмент (штангенциркуль, резьбомер) и доработка в CAD (англ. computer-aided design - система автоматизированного проектирования).

Главная иллюзия новичка - «навёл, нажал, через 10 минут готовый STL (англ. stereolithography - формат сеточной геометрии для печати)». На деле сам скан - самая быстрая часть процесса. Основное время съедают чистка сетки и доводка геометрии. Если делаете декорацию или статуэтку - достаточно скана и лёгкой чистки. Если делаете крышку, кронштейн или посадочное место под винт - без замеров и CAD не обойтись.

Чем сканируют

Бытовые сканеры работают на структурированном свете (англ. structured light - на объект проецируется сетка полос, камера считает искажение и восстанавливает форму). Разные модели используют белый или инфракрасный свет и рассчитаны на разный размер деталей.

Сканер Технология Точность (по данным производителя) Для чего
Creality Ferret SE структурированный свет (ближний инфракрасный) до 0,1 мм первый сканер, средние детали, обувь
Revopoint Pop 3 инфракрасный структурированный свет до 0,05 мм мелкие фигурки, шестерни, посадочные места
Revopoint Range 2 инфракрасный структурированный свет до 0,1 мм крупные объекты: мебель, бамперы, тело
EinScan H2 гибрид: белый свет + инфракрасный до 0,05 мм тёмные поверхности, лица, профи

Заявленная производителем точность - это лабораторный ориентир, а не гарантия результата на Вашей детали. Итог зависит от поверхности, калибровки, дистанции съёмки, алгоритма и того, как Вы потом измеряете и дорабатываете модель.

Софт (Revo Scan у Revopoint, Creality Scan у Creality) умеет склеивать сканы полуавтоматически, дорисовывать дыры и сразу выгружать STL. Для простых задач вроде «снять форму ручки» этого хватает. Как только деталь несимметричная и требует точных плоскостей под винты - переходите в стороннее CAD.

Этап 1 - подготовка: важнее самого скана

Большинство провалов происходит на подготовке, а не во время скана.

Матовое покрытие - часто обязательно. Чёрные поверхности, глянец (хром, лак, мокрый пластик) и прозрачное (стекло) бытовой структурированный свет «не видит»: луч поглощается или отражается мимо камеры. Решение - самоиспаряющийся матирующий аэрозоль для сканирования (например, AESUB Blue): он даёт тонкий матовый слой и сам сублимируется за несколько часов, не оставляя следа и не требуя отмывки. Бюджетная замена - меловой спрей, но его потом придётся смывать. Матировать можно только там, где это допустимо для материала и товарного вида детали.

Маркеры - для гладких форм. Сканер ориентируется по геометрическим особенностям. Ровный шар или цилиндр - беда: кадру «не за что зацепиться», следующий проход не склеится с предыдущим. Клеите наклейки-маркеры на саму деталь и на фон вокруг неё, сканер берёт ориентиры с них.

Поворотный стол. Крутить можно и руками, но ровный скан без рывков получается на моторизованном столе.

Свет. Прямого солнца и точечных ламп быть не должно - они дают блики, которые сканер примет за реальную геометрию. Рассеянный свет окна или две боковые LED-панели - то, что нужно.

Сложную деталь снимаете с нескольких перекрывающихся проходов: если нужны нижние плоскости, переворачиваете и сканируете ещё раз, потом склеиваете два облака в одно.

Этап 2 - чистка и экспорт STL

После скана Вы получаете «облако точек» (англ. point cloud - миллионы точек в пространстве). Из него нужно собрать «полигональную сетку» (англ. mesh - соединённые треугольники), а из неё - STL или OBJ для печати.

  1. Удалите шум вокруг детали. Стол, фон, рука - всё это попало в скан. Вырезаете рамкой или кистью.
  2. Склейте проходы. Если сканировали в несколько заходов - выравниваете по 3 общим точкам, программа подгоняет остальное.
  3. Зашейте дырки (англ. mesh repair - ремонт сетки). Мелкие пропуски программа закроет автоматически. Большие лучше досканировать, иначе автозашивка нарисует «выдумку».
  4. Упростите сетку. Сырой скан - это миллионы треугольников, слайсер на нём задумается. Инструмент Decimate (прореживание) приводит сетку к сотням тысяч треугольников: детализация сохраняется, файл становится лёгким. Точное число подбирайте под размер и сложность детали.
  5. Экспортируйте в STL или OBJ. STL понимает любой слайсер. OBJ берите, если нужно сохранить цветную текстуру под цветную печать.

Этап 3 - доводка геометрии в CAD

Сетка из сканера почти никогда не годится «как есть» для функциональной детали: плоскости не плоские, отверстия не круглые, размеры «гуляют». Здесь и вступают замеры штангенциркулем и CAD. Для декорации этот этап пропускаете.

Сценарий A - «копию один в один, но почище» (Blender). Blender (бесплатный, открытый исходный код) импортирует STL. В режиме скульптинга (Sculpt Mode) кистью Smooth заглаживаете волны от сканера. Дальше Mesh - Clean Up - Decimate Geometry до нужного числа полигонов. Перед экспортом обязательно Mesh - Normals - Recalculate Outside, иначе слайсер увидит часть треугольников «вывернутыми наизнанку» и не сможет посчитать тело.

Сценарий B - «нарисовать поверх скана правильную параметрику» (Fusion). Autodesk Fusion (бесплатная лицензия для личного некоммерческого использования) работает с импортированной сеткой как с подложкой. Вы снимаете замеры, строите новые эскизы на опорных плоскостях, привязываетесь к скану и заново собираете тело параметрически. Плюс: любой размер можно поменять позже, плоскости строго плоские, отверстия идеально круглые. Минус: для сложных органических форм это долго.

Этап 4 - печать

Готовый STL загружаете в слайсер (OrcaSlicer, Bambu Studio, Cura) и нарезаете под свой принтер. Дальше - обычная FDM-печать (англ. fused deposition modeling - послойная печать расплавленной пластиковой нитью).

Что важно именно для сканированных деталей:

Обязательный шаг: сначала напечатайте небольшой контрольный фрагмент посадки, сравните замеры с оригиналом и только потом печатайте деталь целиком. Так Вы не потратите часы печати на модель, которая не сядет.

Типичные грабли

Чёрная и блестящая поверхность. Главная боль: сканер либо не видит, либо рисует дыры и шум. Лечение - матовое покрытие (этап 1). Если матировать нельзя, берите сканер с инфракрасным или гибридным режимом (Range 2, EinScan H2).

Прозрачное и зеркальное. Стекло, полированный хром, глубокий лак без матовости не сканируются принципиально.

Деталь без рельефа. Гладкий шар, ровный цилиндр, кубик - сканеру не за что цепляться при склейке. Решение - маркеры на деталь и фон.

Тонкие стенки и острые края. Бытовой сканер «округлит» тонкую кромку. Если важна именно острая грань - выправьте её руками в CAD, не оставляйте «как есть».

Недоэкструзия на тонких местах. При печати тонких сканированных элементов проверьте калибровку экструдера и поток. См. калибровку потока и калибровку шагов экструдера.

Паутинка (англ. stringing) на ажурных деталях. Сложная органика даёт много переходов. Откалибруйте откат пластика (англ. retraction) и компенсацию инерции экструдера (Pressure Advance). См. настройку Pressure Advance.

Когда сканировать выгодно, а когда - нет

Сканер оправдан, если к Вам регулярно несут физические предметы с просьбой «повтори вот это»:

Сканер не нужен, если:

Если сомневаетесь - поработайте год без сканера. Когда запросы «сними и повтори» станут постоянными, тогда и считайте покупку. См. как выбрать 3D-сканер для печатной мастерской и окупаемость 3D-принтера без иллюзий.

Чеклист «от детали до распечатки»

Связанные статьи