Test porównawczy skanerów 3D: dziewięć modeli skanujących część samochodową

Wprowadzenie

Testowanie dziewięciu różnych skanerów 3D na jednym wymagającym elemencie pokazuje, jak różne technologie skanowania radzą sobie z czarnymi, pozbawionymi cech charakterystycznych obiektami z głębokimi kieszeniami i cienkimi ściankami. Jest to typowy scenariusz w inżynierii odwrotnej i produkcji. Test porównuje skanery laserowe, na podczerwień oraz światła strukturalnego, aby pokazać, które podejście najlepiej sprawdza się w przypadku tak wymagającej geometrii.

Konfiguracja testu i kategorie skanerów

Przedmiotem testu jest czarna część samochodowa z tworzywa sztucznego: pozbawiona cech charakterystycznych, z głębokimi kieszeniami i cienkimi powłokami. Tego typu geometria jest typowa dla produkcji samochodowej i stanowi prawdziwe wyzwanie dla skanowania 3D, ponieważ brak cech powierzchni i ciemny kolor utrudniają śledzenie wielu typom skanerów.

W teście reprezentowane są cztery kategorie skanerów. Skanery laserowe wykorzystują śledzenie oparte na markerach i są zazwyczaj najdroższe, ale najbardziej precyzyjne. Skanery na podczerwień śledzą geometrię i mogą pracować z markerami, choć są mniej precyzyjne niż systemy laserowe. Skanery światła strukturalnego wyświetlają wzory i śledzą geometrię, oferując złoty środek pod względem szybkości i precyzji. Każda kategoria ma wyraźne mocne i słabe strony podczas skanowania czarnych obiektów bez użycia sprayu matującego.

Skanery laserowe: Revopoint MetroX, Creality Sermoon S1 oraz Creality Raptor

Skanery laserowe są zaprojektowane do pracy z markerami i zapewniają najwyższą precyzję w śledzeniu znaczników. Sprawdzają się najlepiej na częściach pozbawionych cech charakterystycznych, ponieważ markery zapewniają niezawodne punkty odniesienia.

Creality Raptor wykorzystuje siedem równoległych linii laserowych i rejestruje obraz z prędkością 90 klatek na sekundę. W tym teście osiągnął błąd dokładności na poziomie 22 mikronów. Raptor może być ustawiony pod bardzo małym kątem względem obrotnicy, co pozwala mu skutecznie rejestrować ściany boczne. Jednak podejście z siedmioma liniami sprawia trudności przy głębokich kieszeniach, ponieważ ścianki blokują projekcję lasera przed dotarciem do dna. Szczelina między żebrami a dnem otworu o głębokości 32 mm pozostała niezarejestrowana.

Creality Sermoon S1 również wykorzystuje skanowanie laserowe, ale z opcją pojedynczej linii oprócz linii równoległych. Działa z prędkością 90 klatek na sekundę i w tym teście osiągnął błąd dokładności 32 mikrony. Tryb pojedynczej linii pozwala mu dotrzeć do głębokich kieszeni, do których podejście z siedmioma liniami nie ma dostępu. Sermoon S1 stworzył bardziej kompletny skan dna kieszeni w porównaniu do Raptor, choć wymagał więcej ręcznego wysiłku przy usuwaniu martwych punktów.

Revopoint MetroX to skaner laserowy, który rejestrował obraz wolniej niż Raptor czy Sermoon S1. Osiągnął błąd dokładności 136 mikronów, znacznie wyższy niż pozostałe skanery laserowe. MetroX wygenerował również bardziej zaszumione wyniki w obszarze otworu i kieszeni, a ogólny skan był mniej kompletny, mimo poświęcenia najdłuższego czasu na skanowanie. Rozdzielczość wytłoczonego tekstu była niższa niż w przypadku Raptor i Sermoon S1.

Skanery na podczerwień: Creality Ferret, Otter oraz Otter Lite

Skanery na podczerwień śledzą geometrię, a nie markery, i są zaprojektowane do skanowania czarnych obiektów bez użycia sprayu. Oferują szybszą liczbę klatek na sekundę niż skanery laserowe, ale niższą precyzję.

Creality Otter to skaner na podczerwień, który najlepiej sprawdza się w trybie śledzenia geometrii, a nie w trybie markerów. Podczas używania markerów na czarnym obiekcie, ekspozycja wymagana do zobaczenia czarnej powierzchni powoduje prześwietlenie markerów, co czyni śledzenie zawodnym. W trybie geometrii z automatyczną ekspozycją, Otter osiągnął błąd dokładności 17 mikronów, co jest wynikiem konkurencyjnym wobec skanerów laserowych. Otter może być ustawiony pod małym kątem i dobrze rejestruje ściany boczne. Dotarł do głębokiej kieszeni lepiej niż Raptor, choć nie tak kompletnie jak Sermoon S1.

Creality Otter Lite to bardziej kompaktowa wersja Otter, ale o mniejszej rozdzielczości. W tym teście osiągnął błąd dokładności 17 mikronów, dorównując pełnemu modelowi Otter. Jednak rozdzielczość jest niższa, a wytłoczony tekst wydaje się rozmyty. Otter Lite nie jest zalecany do inżynierii odwrotnej małych części, ponieważ szczegółowość jest niewystarczająca.

Creality Ferret jest przeznaczony do większych obiektów, mniej więcej wielkości buta. Na tej mniejszej części nie udało się uzyskać użytecznych wyników. Odległość robocza jest większa niż w modelach Otter, co zmniejsza rozdzielczość. Błąd dokładności wyniósł 270 mikronów, co jest wartością zdecydowanie zbyt wysoką do prac precyzyjnych. Ferret nie zawiera tablicy kalibracyjnej i po prostu nie nadaje się do małej, skomplikowanej geometrii.

Skanery światła strukturalnego: 3DMakerpro Moose, 3DMakerpro Seal oraz Matter and Form 3

Skanery światła strukturalnego wyświetlają wzór i śledzą geometrię. Skanują wolniej niż skanery na podczerwień, ale w wielu przypadkach oferują wyższą rozdzielczość.

3DMakerpro Moose ma rozdzielczość 0,2 mm i większy zakres rejestracji. Seal ma rozdzielczość 0,15 mm i mniejszy zakres rejestracji, co czyni go lepiej przystosowanym do mniejszych obiektów. Oba skanery śledzą z prędkością od 10 do 15 klatek na sekundę, wolniej niż skanery na podczerwień. Moose i Seal mają identyczną wydajność śledzenia; różnica polega głównie na zakresie rejestracji i rozdzielczości.

3DMakerpro Seal osiągnął w tym teście błąd dokładności 51 mikronów. Wyprodukował dobrą jakość powierzchni i dobrze śledził, choć wygenerował pewien szum na krawędziach. Rozdzielczość jest porównywalna z Otter w trybie małym. Seal nie radzi sobie dobrze ze skanowaniem powierzchni o wysokim kontraście; jeśli obiekt ma zarówno białe, jak i czarne obszary, skaner ma trudności, chyba że zostanie nałożony spray w celu zmniejszenia kontrastu.

Matter and Form 3 to skaner światła strukturalnego z niedawną aktualizacją oprogramowania układowego, która poprawiła skanowanie czarnych obiektów. Zawiera 13-megapikselowy aparat, który zapewnia wyższą rozdzielczość niż Raptor podczas skanowania mniejszych obiektów. Nowe oprogramowanie pozwala na regulację jasności projektora, dzięki czemu skanowanie czarnych obiektów jest znacznie bardziej niezawodne niż wcześniej. W tym teście osiągnął błąd dokładności 90 mikronów. Niektóre bardzo cienkie ścianki nie zostały zarejestrowane, ale ogólna poprawa w obsłudze czarnych obiektów jest znacząca. Czas przetwarzania jest dłuższy niż w przypadku innych skanerów, zwłaszcza przy wysokiej rozdzielczości.

Porównanie dokładności i kompletności

Błąd dokładności poniżej 50 mikronów jest zazwyczaj akceptowalny dla frezowania CNC, druku FDM lub druku z żywicy. Części wyprodukowane na podstawie danych ze skanowania o tym poziomie precyzji będą pasować prawidłowo.

Otter osiągnął najniższy błąd dokładności na poziomie 17 mikronów, dorównując Otter Lite. Raptor osiągnął 22 mikrony, a Sermoon S1 32 mikrony. Te trzy skanery laserowe i na podczerwień nadają się do precyzyjnych prac z zakresu inżynierii odwrotnej.

MetroX z wynikiem 136 mikronów, Ferret z 270 mikronami oraz Matter and Form 3 z 90 mikronami wykraczają poza akceptowalny zakres dla prac o ścisłych tolerancjach. Seal z wynikiem 51 mikronów znajduje się tuż powyżej progu.

Poza dokładnością liczy się kompletność skanu. Sermoon S1 zarejestrował dno głębokiej kieszeni lepiej niż Raptor, ponieważ tryb pojedynczej linii może dotrzeć do obszarów zablokowanych przez ścianki. Otter dobrze zarejestrował ściany boczne i uzyskał gładką powierzchnię. MetroX wyprodukował zaszumione wyniki w obszarze otworu i kieszeni, co mogłoby powodować problemy przy lokalizowaniu pozycji otworów.

Jeśli chodzi o rozdzielczość wytłoczonego tekstu, Raptor zapewnił najostrzejsze detale, tuż za nim uplasował się Sermoon S1. MetroX miał niższą rozdzielczość pomimo tego samego ustawienia fuzji 0,15 mm. Otter zapewnił dobrą rozdzielczość z gładką jakością powierzchni. Rozdzielczość Otter Lite była zbyt niska do prac wymagających szczegółowości.

Podsumowanie

Do inżynierii odwrotnej małych czarnych części z głębokimi kieszeniami i cienkimi ściankami, Creality Otter w trybie geometrii oferuje najlepszą równowagę między dokładnością, kompletnością i łatwością obsługi. Sermoon S1 to najlepszy wybór skanera laserowego, jeśli potrzebujesz dotrzeć do głębokich kieszeni. Raptor jest solidną alternatywą, jeśli wolisz tradycyjne podejście laserowe. Ferret i Otter Lite nie nadają się do tego typu prac. Matter and Form 3 znacznie się poprawił dzięki najnowszemu oprogramowaniu, ale w tym konkretnym teście nadal ustępuje Otter i skanerom laserowym. Wybór zależy od Twojego budżetu, rozmiaru obiektów, które zazwyczaj skanujesz, oraz od tego, czy potrzebujesz najwyższej precyzji, czy możesz zaakceptować nieco niższą dokładność w zamian za szybsze skanowanie.