اسکنر سه بعدی چیست و چه انواعی دارد؟
فرض کنید قطعه قدیمی از یک ماشین کلاسیک دارید؛ قطعه‌ای که در بازار پیدا نمی‌شود، نقشه‌ای هم از آن ندارید، ولی همان را لازم دارید. در گذشته برای بازتولید چنین قطعه‌ای باید ساعت‌ها وقت صرف اندازه‌گیری دستی، طراحی دوباره و کلی آزمون‌وخطا می‌شد. اما حالا فقط کافیست آن را جلوی یک اسکنر سه‌بعدی بگذارید تا در عرض چند دقیقه، تمام زوایا، انحناها و جزئیات قطعه را به‌صورت دیجیتال ثبت و یک مدل دقیق سه‌بعدی از آن بسازید.
اسکنر سه‌بعدی ابزاری است که شکل، اندازه و جزئیات سطوح اجسام را ثبت کرده و آن را به داده‌های قابل‌استفاده در نرم‌افزارهای طراحی، تولید یا چاپ سه‌بعدی تبدیل می‌کند. از ساخت قطعات صنعتی گرفته تا بازسازی مجسمه‌های تاریخی، طراحی لباس، پزشکی، گرافیک بازی‌های ویدیویی یا حتی تشخیص بدن انسان؛ این دستگاه در صنایع مختلف کاربرد دارد. در این مقاله فالنیک به زبان ساده و کاربردی توضیح می‌دهیم که اسکنر سه‌بعدی چیست، چگونه کار می‌کند، چه انواعی دارد. پس اگر به دنیای تکنولوژی و طراحی علاقه‌مندید، ادامه این مطلب را از دست ندهید.
فهرست محتوا
اسکنر سه بعدی چیست؟
اسکنرهای سه‌بعدی ابزارهایی هستند که با استفاده از نور، لیزر یا دوربین‌های پیشرفته، شکل دقیق یک شیء فیزیکی را به‌صورت دیجیتال ثبت می‌کنند. برخلاف اسکنرهای معمولی که تنها یک تصویر دوبعدی از سطح سند یا عکس تهیه می‌کنند، اسکنر سه‌بعدی می‌تواند عمق، حجم و جزئیات هندسی سطح اجسام را در قالب مدل سه‌بعدی بازسازی کند. یعنی به‌جای یک عکس صاف، یک نسخه دیجیتالی دقیق و قابل چرخش از جسم واقعی می‌گیرد. این فناوری در صنایعی مثل مهندسی، پزشکی، بازی‌سازی، طراحی صنعتی، تولید قطعات، مد و پوشاک بسیار کاربرد دارد.
انواع اسکنر سه بعدی
در ادامه با انواع اسکنرهای سه‌بعدی، ویژگی‌ها و کاربردهایشان آشنا می‌شویم:
1- اسکنر سه‌بعدی لیزری (Laser Scanner)
اسکنر سه‌بعدی لیزری با تاباندن پرتو لیزر به سطح شیء و اندازه‌گیری بازتاب آن، میلیون‌ها نقطه (ابر نقاط) از سطح جسم را ثبت می‌کند. این اسکنر با دقت بالا، توانایی اسکن سطوح براق و تیره، عملکردی مناسب در شرایط نوری متغیر دارد. اسکنرهای لیزری برای مهندسی معکوس، بازرسی صنعتی، ساخت قطعات پیچیده و اسکن اشیاء با جزئیات بالا مناسب است.
2- اسکنر نور ساختاریافته (Structured Light Scanner)
این اسکنر با تاباندن الگوهای نوری منظم (مثل خطوط یا شبکه‌ها) روی جسم و بررسی تغییر شکل این الگوها، مدل سه‌بعدی را بازسازی می‌کند. دقت و رزولوشن بالا، سرعت اسکن زیاد و ایمنی برای انسان از مزایای این مدل اسکنر سه بعدی است. از این اسکنرها در پزشکی، طراحی صنعتی، انیمیشن‌سازی، مدلسازی چهره و بدن انسان بیشتر استفاده می‌شود.
3- اسکنرهای سه‌بعدی زمان پرواز (Time-of-Flight Scanner)
این اسکنر با اندازه‌گیری مدت زمان رفت‌وبرگشت پالس‌های لیزر از جسم، فاصله را تشخیص می‌دهد. از این اسکن برای اشیای بسیار بزرگ مثل ساختمان‌ها، پل‌ها، سوله‌ها یا وسایل نقلیه استفاده می‌شود. اگرچه دقت کمتری نسبت به دیگر اسکنرها دارد، اما برد بالا و توانایی ثبت داده‌های وسیع در زمان کوتاه از مزایای اصلی این مدل اسکنر 3d است.
4- اسکنر سه‌بعدی تغییر فاز (Phase Shift Scanner)
اسکنر سه‌بعدی تغییر فاز با مقایسه فاز لیزر ارسال‌شده و بازگشتی، اطلاعات دقیق‌تری نسبت به زمان پرواز ثبت می‌کند. این اسکنرها برای اسکن فضاهای بزرگ ولی با نیاز به دقت بالاتر مثل محیط‌های صنعتی، تجهیزات کارخانه‌ای و ماشین‌آلات سنگین بیشتر کاربرد دارند.
5- اسکنرهای بازویی (Arm-based Scanner)
این مدل به یک بازوی مفصلی متصل است و موقعیت پروب یا اسکنر در فضا را با دقت بالا ثبت می‌کند. اغلب قابل حمل و برای اسکن اجسام کوچک تا متوسط مناسب است. برای بازرسی دقیق قطعات صنعتی، کنترل کیفیت، و کارگاه‌های فنی مهندسی کاربرد دارد.
6- ماشین اندازه‌گیری مختصات (CMM)
این سیستم با تماس فیزیکی یک پروب با سطح جسم، مختصات سه‌بعدی نقاط را اندازه می‌گیرد. فوق‌العاده دقیق و اغلب در محیط‌های کنترل‌شده استفاده می‌شود. این اسکنر برای کنترل کیفیت دقیق، اندازه‌گیری قطعات حساس و مهندسی پیشرفته است.
7- سیستم‌های ردیابی نوری (Optical Tracking Systems)
از چند دوربین برای ردیابی موقعیت پروب یا اسکنر در فضای سه‌بعدی استفاده می‌کند. این اسکنرها آزادی حرکت بالا و دقت مناسبی دارند و برای اسکن قطعات متحرک، اسکن بدن انسان، فضاهای بزرگ با نیاز به دقت بالا مناسب‌اند.
کاربردهای اسکنر سه‌بعدی در صنایع مختلف
اسکنرهای سه‌بعدی، با تبدیل دقیق اشیای فیزیکی به مدل‌های دیجیتالی، در بسیاری از صنایع انقلاب به‌پا کرده‌اند. در ادامه با مهم‌ترین صنابع تحت تاثیر اسکنر سه‌بعدی آشنا می‌شویم:
مهندسی معکوس و طراحی صنعتی
اسکنرهای سه‌بعدی امکان بررسی دقیق محصولات موجود، استخراج ابعاد و بازسازی مدل‌های CAD را بوجود می‌آورند. این فرایند در طراحی قطعات جایگزین، توسعه محصولات جدید و بهبود فرآیند تولید نقش کلیدی دارد.
پزشکی و دندان‌پزشکی
از اسکن سه‌بعدی برای طراحی دقیق ایمپلنت‌ها، ارتودنسی، پروتزها و حتی مدلسازی اعضای بدن استفاده می‌شود. این فناوری باعث شخصی‌سازی فرآیند درمان و افزایش دقت ساخت تجهیزات پزشکی کاربرد دارد.
بازی‌سازی و طراحی کاراکتر
در صنعت گیم و انیمیشن، اسکنر سه‌بعدی برای دیجیتالی‌کردن چهره و بدن انسان یا اشیای واقعی جهت ساخت شخصیت‌ها و محیط‌های واقع‌گرایانه به کار می‌رود. با این کار زمان ساخت مدل کاهش و دقت ساخت افزایش می‌یابد.
چاپ سه‌بعدی
مدل‌های اسکن‌شده می‌توانند مستقیم وارد نرم‌افزارهای چاپ سه‌بعدی شوند و نسخه فیزیکی یک شیء را با دقت بالا بازتولید کنند. این فرآیند در نمونه‌سازی سریع، تولید قطعات یدکی و ساخت محصولات شخصی‌سازی‌شده کاربرد دارد.
معماری و ساخت‌وساز
اسکنرهای سه‌بعدی برای اسکن ساختمان‌های موجود، نقشه‌برداری محیط و ثبت جزئیات سازه‌ها به کار می‌روند. این اطلاعات برای بازسازی، مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) و طراحی دقیق‌تر پروژه‌های معماری مفید است.
تولید محتوا و انیمیشن سازی
در صنعت سینما و تبلیغات، اسکنرهای سه‌بعدی به طراحان اجازه می‌دهند تا مدل‌های واقعی را به شکل دیجیتالی و قابل ویرایش تبدیل کنند. این فناوری برای ساخت جلوه‌های ویژه، موشن کپچر و تولید محتوای سه‌بعدی بسیار محبوب است.
سوالات متداول درباره اسکنر سه‌بعدی
1- اسکنر چه کاربردی دارد؟
اسکنر سه‌بعدی با استفاده از نور یا لیزر، شکل سه‌بعدی دقیق اشیاء را ثبت کرده و در مهندسی معکوس، پزشکی، چاپ سه‌بعدی، بازی‌سازی ، معماری و سایر صنایع کاربرد دارد.
2- برای اسکن اجسام بزرگ مثل هواپیما یا ساختمان چه نوع اسکنری مناسب است؟
برای اشیاء با ابعاد بزرگ، اسکنرهای پالس‌محور یا تغییر فاز لیزری (بلندبرد) مناسب‌اند که توانایی ثبت میلیون‌ها نقطه تا فاصله‌های بلند را دارند.
3- آیا می‌توان با موبایل اسکنر سه‌بعدی ساخت؟
بله، برخی از کاربران با استفاده از دوربین موبایل و اپ‌هایی مانند فوتوگرامتری، اقدام به اسکن سه‌بعدی کرده‌اند، ولی این روش دقت صنعتی لازم را ندارد.
4- اسکنر دستی یا رومیزی برای چه کاربردی مناسب است؟
اسکنرهای دستی برای اسکن قطعات متوسط، با انعطاف بالا و قابل حمل هستند؛ مدل رومیزی برای دقت فوق‌العاده روی اشیاء کوچک کاربرد دارد.
آنچه درباره اسکنر سه بعدی آموختیم
در این مقاله بررسی کردیم که اسکنر سه‌بعدی چیست، چگونه کار می‌کند و چه انواع و کاربردهایی در صنایع مختلف دارد. از مهندسی معکوس و پزشکی گرفته تا بازی‌سازی، چاپ سه‌بعدی و ساخت‌وساز، این فناوری نقش مهمی در دقت، صرفه‌جویی در زمان و تولید دیجیتال دارد. با شناخت انواع اسکنر و انتخاب درست آن متناسب با نیاز، می‌توانید بهره‌وری و کیفیت پروژه‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش دهید.
