Этапы 3D‑сканирования: от детали до чертежа (актуально на 2025 год)

3D-сканирование — это не просто «нажал кнопку и получил модель». Узнайте, из каких этапов состоит процесс: от подготовки детали до создания точной твердотельной модели в CAD.

На первый взгляд кажется, что 3D‑сканирование — это «нажал кнопку - получил модель». На деле все немного сложнее. Ниже — понятное пошаговое руководство с учетом актуальных методик и инструментов.

0. Постановка задачи и допусков

Прежде чем включать сканер, ответьте на три вопроса:

• Что вы хотите получить на выходе: сетку для 3D‑печати, облако точек, фотореалистичную 3D‑копию, твердотельную CAD‑модель, чертежи?
• Какая точность или детализация сканирования необходима?
• Какие зоны важны критически, а какие можно упростить/дорисовать?

От этого зависит выбор технологии, время работ и бюджет.

1. Подготовка объекта

Что входит в подготовку:

• Разборка сложных узлов на отдельные детали (если конструкция не разборная, например сварная, но состоит из нескольких деталей, можно будет разделить их на этапе твердотельного моделирования).
• Очистка от грязи, масел и ржавчины (мягкие щетки, изопропанол; осторожно с лакокрасочными покрытиями и акрилом).
• Матирование сложных поверхностей. Черные, блестящие и прозрачные материалы «проваливают» лазер/свет. Применяют матирующие спреи. Актуально: «испаряющиеся» спреи (vanishing sprays) — создают равномерное белое покрытие и сами исчезают через 1–3 часа, не требуя смывки. Классические спреи смывают водой/спиртом.
• Нанесение меток (таргетов) для устойчивой сшивки. Метки - самоклеящиеся черно‑белые точки, иногда с «кодовыми» узорами.
• Для крупногабаритных объектов дополнительно используют масштабные линейки/штанги (scale bars) для контроля масштаба.

2. Выбор технологии и оборудования

Разные задачи — разные 3д сканеры. Коротко о ключевых вариантах:

• Структурированный свет (blue/white light): высокая детализация и скорость для деталей от «ладони» до 1–2 м. Хорошо в помещении, чувствителен к внешнему освещению и блеску.
• Лазерные ручные сканеры: устойчивее к темным/матовым поверхностям, удобны на средних и крупных объектах, работают в более «жестких» условиях.
• ЛиДар/ToF: для крупных сцен, помещений и объектов 2–50 м. Подходит для обмеров, но часто уступает в мелкой детализации.
• Фотограмметрия (по фото): экономично для больших объектов и текстур с естественным рисунком; хороша для цветных текстур. Может служить опорой для повышения метрологочности (масштаб/жесткость геометрии).
• Промышленная КТ (рентгеновская томография): единственный массовый метод получения внутренней геометрии (полости, каналы). Ограничения — размеры, плотность материала, стоимость.
• Новое в визуализации: нейронные методы (NeRF, Gaussian Splatting) дают реалистичные интерактивные модели сцен; хороши для презентаций и контента, но не заменяют метрологическое сканирование.
• Смартфоны/планшеты с LiDAR: удобно для быстрых обмеров, AR и прикидочных задач; точность и детализация ограничены.

Выбор делают под размер, материал, требуемую точность и условия съемки. Нередко комбинируют методы (например, лазерный сканер + фотограмметрия для цвета).

3. Калибровка и настройка

• Прогрейте оборудование (если требуется).
• Выполните быструю проверку/калибровку по штатным плитам/мишеням.
• Настройте:
• Шаг/разрешение (размер треугольника/точки) под нужные допуски.
• Экспозицию/яркость, иногда используется HDR‑сканирование для светлых и темных зон.
• Стратегию трекинга: по меткам, по геометрии/текстуре, гибридно.
• При необходимости используйте поворотные столы, штативы, роботизированные траектории.
• Отрегулируйте внешние условия: исключите вибрацию и избыточный свет.

4. Сканирование: покрытие и доступность

Задача — собрать «плотное» покрытие со всех видимых сторон:

Планируйте траекторию, чтобы минимизировать «мертвые зоны».

Труднодоступные места (глубокие карманы, тонкие ребра) сканируют с разных ракурсов при большей близости и высокой детализации.

Глубокие отверстия и закрытые полости: контактным сканером/щупом или эндоскопическим модулем — если доступен. Промышленная КТ — если нужна внутренняя геометрия. Иначе эти поверхности достраивают на этапе моделирования по инженерной логике.

Для цветных моделей дополнительно снимают текстуру (сканером или фотограмметрией).

5. Сшивка (регистрация) и первичная очистка

В ПО сканера/универсальном софте выполняют:

• Выравнивание по меткам, геометрическим признакам или смешанно; глобальная регистрация для устранения накопленных ошибок.
• Контроль масштаба (по калибровочным линейкам/мишеням).
• Удаление «мусора» и шумов, ориентация нормалей, базовое зашивание дыр (там, где не критична метрология).
• Проверку отклонений между «проходами».

Результат — облако точек или полигональная сетка (mesh).

6. Формирование полигональной модели

Вы получаете чистую сетку:

Типы сеток: «герметичная» (watertight) — для печати/визуализации; «открытая» — если важна точность открытых кромок.
Баланс «вес — точность»: уменьшают плотность полигонов в «спокойных» зонах и сохраняют детализацию на кромках/радиусах.
Распространенные форматы:

• STL — геометрия без цвета, стандарт для 3D‑печати.
• OBJ/PLY — с цветом/текстурами.
• E57/LAZ/PTS — облака точек для больших сцен.
• Для AR/визуализаций — glTF/GLB/USDZ.

Уже на этом этапе модель можно печатать, мерить базовые размеры и визуализировать. Но редактировать такую геометрию в классическом CAD неудобно.

7. Контроль точности

Для инженерных задач обязательно:

• Сравнение сетки с эталоном (если есть) или между проходами — карта отклонений (heatmap).
• Привязка к базам/датумам, расчет размеров, соосностей, плоскостности и т. п. (GD&T).
• Отчет с указанием неопределенности/погрешности метода.

На показатели влияют: калибровка, расстояние съемки, покрытие, матирование, стабильность трекинга, температура.

8. Получение твердотельной модели (реверс‑инжиниринг)

Есть два базовых подхода — выбирают по типу детали и целям:

• NURBS‑поверхности (непараметрический способ):

По сетке строят гладкую оболочку из поверхностей NURBS.
Хорошо для «свободных» форм, литья, скульптур, эргономики.
Форматы: STEP/IGES. Редактируемость есть, но ограниченная.

• Параметрическая CAD‑модель с деревом построений:

Деталь разбивают на примитивы и функции (эскизы, выдавливания, вращения, массивы, фаски/филеты, стандартные отверстия, резьбы).
Задают симметрии, базовые плоскости и оси, проектный замысел.
Результат — полноценное дерево построений в CAD, модель легко изменять.
Выгрузки: STEP, Parasolid (x_t), родные форматы CAD.

Инструменты этого класса: специализированные модули реверса в CAD (NX, SolidWorks, Fusion 360), утилиты для «mesh‑to‑CAD» (Design X, Mesh2Surface, модули в Rhino и др.). В 2023–2025 годах заметно выросла доля ИИ‑подсказок: авто‑сегментация сеток на плоскости/цилиндры/конусы, распознавание отверстий и ребер.

Параллельно удаляют «несовершенства» исходника (наплывы сварки, износ) — по согласованным правилам.

9. Чертежи и производственная документация

По CAD‑модели выпускают:

• 2D‑чертежи с размерами, допусками формы и расположения (GD&T), требованиями к шероховатости, покрытиям, термообработке.
• DXF‑контуры для лазерной/плазменной резки.
• Развертки листовых деталей, таблицы гибов.
• Визуализации/рендеры для презентаций.

Определение материала:

Если исходный материал неизвестен, применяют:

• Неразрушающий анализ (XRF‑спектрометрия для сплавов, твердомеры).
• Плотность/магнитность, искровые пробы (для сталей).
• Либо материал задается конструктором исходя из назначения и производственных процессов.

10. Что вы получаете на выходе

В типовой поставке:

• Полигональная модель: STL/OBJ/PLY (с/без текстур).
• CAD: STEP/IGES/Parasolid, по согласованию — родной формат CAD и дерево построений.
• Отчет о точности: карта отклонений, список критических размеров.
• Чертежи: PDF/DWG/DXF и спецификации.
• По запросу — облегченные модели для AR/VR (glTF/USDZ) и проморолики.

Главконструктор выполняет полный цикл работ по обратному проектированию: от 3D‑сканирования и контроля точности до выпуска CAD‑моделей с деревом построений и конструкторской документации, включая помощь в определении материалов. Пришлите фото объекта и краткое описание задачи на glavconstructor@mail.ru — ответим в кратчайшие сроки и предложим оптимальный маршрут под ваши требования.