סריקה תלת מימדית

הקדמה

במרוצת השנים האדם פיתח דרכים מגוונות לאגירה, עיבוד ויצירה של מידע. כיום אנחנו עומדים בסיפה של מהפכה טכנולוגית המשנה לגמרי את יכולות אגירת המידע והיצירה שלנו. הדרכים לשימור ויצירת מידע תלת ממדי השתנו במהלך השנים- מציורים, רישומים, סרטוטים ויצירה ידנית של תוצרים ובהמשך בעזרת מצלמות סטילס ווידאו.
כיום דרכים חדשות התפתחו, המאפשרות לא רק תיעוד ואגירת מידע דו מימדי- אלא תיעוד תלת מימדי ממשי של עצמים פיזיים.
אחת הדרכים ליצירת קבצים ממוחשבים תלת ממדיים המחוללת שינוי עצום בכל התעשיות העוסקות בתחום, היא סריקה תלת ממדית. סריקה תלת ממדית מאפשרת הרבה יותר מתיעוד מידע תלת ממדי, היא עובדת באופן ישיר עם מכונות ייצור תלת ממדי כמו מדפסות תלת ממד ומכונות CNC ומאפשרת העברת מידע פיזי אל המחשב, עיבוד מהיר שלו וייצור מוצרים חדשים על בסיס המידע הסרוק.

סריקה תלת ממדית היא דלת חדשה לעולם עצום של אפשרויות והזדמנויות והיא מאפשרת פריצה של גבולות בתחומי התעשיות השונות בכלל והייצור התלת ממדי בפרט.

מה היא סריקה תלת ממדית?

סריקה תלת ממדית מתבצעת באמצעות אמצעי הקרוי סורק תלת מימד. כולנו מכירים את סורקי המסמכים בהם אנו משתמשים על מנת לקחת מידע מדף נייר פיזי והכנסתו אל המחשבים שלנו. בדומה לסורקים המשרדיים, גם סורק תלת מימדי מיועד להמרה של מידע פיזי לקובץ ממוחשב, אך הסורקים התלת מימדיים- כשמם, משמשים לעיבוד של מידע תלת מימדי בניגוד למידע ה-דו מימדי המופיע על דף הנייר. הסורקים התלת מימדיים אוספים מידע על מבנה פני השטח התלת מימדיים, הגודל, הצורה ולעיתים גם הצבע שלהם ומאפשרים יצירה של מודלים תלת מימדיים ממוחשבים של האוביקטים הנסרקים.  

איך סריקה תלת ממדית עובדת?

ישנו מגוון רחב  של סורקים המשתמשים בטכנולוגיות שונות על מנת לאגור ולעבד מידע תלת ממדי. לכל טכנולוגיה היתרונות והחסרונות שלה. ככלל, הסורקים משתמשים בטכנולוגיות שונות על מנת למפות נקודות במרחב. נסביר את אופן פעולתם של מרבית הסורקים בעזרת דימוי קצר- דמיינו שהסורק נמצא במרחק מסוים מהאובייקט הנסרק, הסורק שולח "שליח" הרץ אל נקודה מסוימת על האובייקט הנסרק, השליח מודד את המרחק אותו הוא רץ, חוזר אל הסורק ומדווח כי הנקודה אליה הוא הגיע על האובייקט הסרוק, נמצאת במרחק X מהסורק עצמו. בנוסף היות והאובייקט הנסרק הוא תלת מימדי, הנקודה יכולה להיות נמוכה או גבוהה מהסורק, או ימנית ושמאלית, לכן השליח מדווח שלוש מידות אל הסורק – גובה הנקודה, צידוד הנקודה ומרחקה. שלושת המידות האלה הן נתוני ה-X ה-Y וה- Z של הנקודה במערכת צירים תלת ממדית.

תמונה-כתבה-סורק תלת מימדי

סורק מסוג Artec Eva לצד אבן שעברה סריקה תלת ממדית ב-IMPACT LABS

כעת, דמיינו שהסורק שולח מאות שליחים שחוזרים עם מידע על האיקסים הויים והזדים של מאות נקודות על האוביקט התלת ממדי. בעצם נוצר לנו ענן נקודות שאנחנו יודעים את מיקומן במרחב (בעזרת ערכי הX הY והZ של כל נקודה), המחשב יוצר מהנקודות הללו ענן נקודות תלת ממדי הממקם אותן במערכת צירים תלת ממדית. ענן הנקודות שנוצר הוא הסריקה התלת ממדית.

תמונה דינמית-ענן נקודות
ענן נקודות של אבן שעברה סריקה תלת ממדית ב-IMPACT LABS

נניח וסרקתם בתלת ממד ויצרתם ענן נקודות. מדהים, יש בידיכם סריקה תלת ממדית!
אך אנחנו לא ממליצים לכם לרוץ איתה אל מכונות ההדפסה התלת ממדיות שברשותכם ולהתחיל לנסות להדפיס תוצרים. ההמלצה שלנו נובעת מכך שהדבר פשוט איננו אפשרי. ענן הנקודות הוא איננו קובץ תלת ממדי הניתן לעיבוד כמו פיסול, הוספה וגריעה של חומר ובטח ובטח שלא הדפסה תלת ממדית. בעצם מדובר בענן, אוסף נקודות במרחב שידוע לנו מה מיקומן. ניתן לדמות את ענן הנקודות לאוסף דגיגונים במרחב היוצרים יחד אובייקט תלת ממדי המדמה את האובייקט הנסרק. לכל דגיגון יש את נתוני מיקומו במרחב אך חסר לנו חומר שיחבר בין הדגיגונים לקובץ בר הדפסה או עיבוד.

מקור, לקוח מהסרט נמו:https://www.youtube.com/watch?v=Le13by2WM70&t=48s

אז מה כן ניתן לעשות עם ענן נקודות?
  1. היות ולכל נקודה יש מיקום מדויק במרחב, ניתן לבצע מדידות של האובייקט הסרוק על ידי בדיקת המרחק בין שתי נקודות נבחרות.
  2. ניתן לערוך את ענן הנקודות- לדלל את כמות הנקודות, להחליק את הענן, למחוק נקודות ולהסיר רעשים מיותרים בסריקה.
  3. להמיר אותו לקובץ שניתן לערוך, למדל וכמובן גם להדפיס.
בדיוק עבור האפשרות השלישית התכנסנו כאן היום, רובנו לא מסופקים מאוסף זבובונים במרחב המגלים לנו את הגובה שלהם ומיקומם במרחב. כיצד ממירים ענן נקודות למאש, ומה זה מאש בכלל? מאש (mesh)- מבנה תלת ממדי העשוי מפוליגונים. פוליגונים- מצולעים קטנים, לעיתים קרובות משולשים או מרובעים.
קובץ מאש רשת פוליגונים של אבן שעברה סריקה תלת ממדית ב-IMPACT LABS

על מנת להפוך את ענן הנקודות שלנו לבר עיבוד יש להפוך אותו למעין "חומר גלם" ממוחשב. נחזור לדימוי הדגיגונים שלנו, כדי להפוך אוסף של דגיגונים במרחב לאלמנט תלת ממדי- ניתן לבקש מכל מספר דגיגונים, נניח שלושה- להחזיק באוויר משולשי חומר קטנים, וכך יחד, כל משולשי החומר המחוברים זה לזה, יוצרים מודל תלת ממדי. בעולם סריקות התלת ממד, לתהליך זה קוראים המרה למאש.

כל מספר נקודות (בדרך כלל שלוש או ארבע נקודות) מחוברות בעזרת מצולע. וכך נוצר לנו אריג מצולעים תלת ממדי הקרוי מאש. המאש שנוצר, ניתן לעיבוד בתוכנות תלת ממדיות, יצירה של הדמיות והדפסה תלת ממדית. להרחבה בנושא סוגי קבצים תלת ממדיים – במדריך הדפסה תלת ממדית.

סוגי סורקים תלת ממדיים

ניתן לחלק את הסורקים לפי הטכנולוגיה בה הם משתמשים, ולפי הנייחות או הניידות שלהם. הסורקים נבדלים זה מזה לפי: שימושים, דיוק ורזולוציה,  באפשרות לספק מידע צבעוני בנוחות העבודה ועוד… בנוסף, ניתן לבצע סריקה תלת ממדית באמצעות מצלמה בלבד ללא צורך בסורק תלת ממדי בעזרת טכנולוגיה הנקראת פוטוגרמטריה. פוטוגרמטריה מאפשרת לייצר מידע תלת מימדי ממוחשב על ידי צילום אובייקט פיזי ממספר זוויות, בתהליך עיבוד בתוכנה ממוחשבת, מאותרות נקודות המופיעות במספר תצלומים. היות והתוכנה מאתרת את הנקודות במספר תמונות מזוויות שונות- היא ממקמת את הנקודות במרחב ועל ידי כך יוצרת מודל תלת ממדי של האובייקט המצולם.

שימושיה של סריקה תלת ממדית

סריקה תלת ממדית משמשת ליצירת  מודלים תלת ממדיים עבור ביצוע הדמיות, בקרת איכות, שימור מידע תלת ממדי, בסיס לשכפול וייצור מוצרים בעזרת הדפסה תלת ממדית. כיום ניתן לראות את השפעותיה של הסריקה התלת ממדית במגוון רחב של תחומים בתעשיה. תעשיית הרפואה משתמשת בסריקה תלת ממדית על מנת לייצר אמצעים ופתרונות רפואיים מותאמים אישית עבור המטופל. לדוגמא אצלנו באימפקט לאבס מתבצעות סריקות המיועדות לעיצוב פרוטזות שונות המותאמות אישית עבור המטופל, לשם כך נסרק אזור הממשק של הפרוטזה עם הגדם ועל בסיס הסריקה-מעוצבת הפרוטזה. סריקות מסוג זה נעשות באימפקט לאבס במסגרת שיתוף פעולה עם עמותת (TOM (Tikkun Olam Makers – תום היא תנועת מייקרים בין לאומית המחברת מעצבים, מהנדסים ומפתחים עם אנשים בעלי מוגבלויות יחודיות- על מנת לפתח מענה טכנולוגי עבור אתגרים יום יומיים על יד כיום מפגשים קבועים ומייקאתונים תקופתיים.

תעשיית ההנדסה משתמשת בסריקה תלת ממדית על מנת לבצע הנדסה לאחור של חלקים קיימים ועל ידי כך לשכפל את החלקים או לייצר בהם שינויים.

מעצבים ואמנים משתמשים בסריקה תלת ממדית על מנת לסרוק לדוגמא אלמנטים המעניקים השראה ובסיס ליצירותיהם. עם הזמן תהליכי הסריקה נעשים מהירים יותר, נוחים יותר וקלים יותר לתפעול, לכן ניתן לראות את השפעותיהם בעוד ועוד תעשיות. הסורקים התלת ממדיים מאפשרים סריקה ועיבוד של אלמנטים בעלי גאומטריות מורכבות תוך כדי שמירה על דיוק גבוהה ביותר, על ידי כך הם פותחים עולם של אפשרויות שלא ניתנו לביצוע בעבר כלל.

עם הזמן תהליכי הסריקה נעשים מהירים יותר, נוחים יותר וקלים יותר לתפעול, לכן ניתן לראות את השפעותיהם בעוד ועוד תעשיות. הסורקים התלת ממדיים מאפשרים סריקה ועיבוד של אלמנטים בעלי גאומטריות מורכבות תוך כדי שמירה על דיוק גבוהה ביותר, על ידי כך הם פותחים עולם של אפשרויות שלא ניתנו לביצוע בעבר כלל. אנו ב-IMPACT LABS מספקים שירות סריקה תלת ממדית עבורכם. מעבדת IMPACT LABS מכילה טכנולוגיות סריקה מתקדמות המאפשרות סריקה של אלמנטים אורגניים והנדסיים, גדולים וקטנים ברזולוציות גבוהות ביותר.