Za posledních dvacet let se celý obor 3D skenování výrazně proměnil a skener je ve firmách běžně akceptován jako standardní měřidlo. Ale nejen to – rychle přibývá počet velkých firem a automobilek, které právě měření dílů optickým 3D skenerem od svých subdodavatelů požadují. Mezi firmami roste povědomí o přínosech skenování, technické vlastnosti skenerů se neustále zlepšují a zároveň se stávají cenově dostupnější. V současné době si kvalitní skener může dovolit prakticky každá střední i malá firma, protože ceny se dostaly na úroveň cen manažerského vozu střední třídy. Jen v roce 2023 jsme s kolegy jen v rámci ČR a SR prezentovali skenery ve více jak 100 firmách.

Tlak na přesnost a komplexní kontrolu

Na výrobky jsou kladeny čím dál větší nároky na kvalitu a rozměrovou přesnost – zužují se tolerance a je vyžadována velmi komplexní kontrola dílu. Efektivním řešením, jak tomuto trendu vyhovět, jsou právě přesné a rychlé 3D skenery. S úsměvem vzpomínám na své začátky v oboru, kdy se používaly skenery s rozlišením 0,4MPx a jejich přesnost vlastně téměř nikdo moc neřešil. Z „nice to have“ zařízení se však postupně stalo výrobní „must have“ a skenery se staly dokonce i běžnou součástí výuky technických oborů na vysokých školách. Přesnost a rozlišení skeneru jsou ty nejzásadnější parametry – v současnosti hovoříme o přesnosti v jednotkách mikronů a rozlišení okolo 20Mpx.

Inspekce geometrických tolerancí tvaru a polohy (GD&T) na naskenovaných datech

Díky skenerům lze vyřešit problémy, se kterými si nedokáží poradit klasické metody měření. Za pár minut skenování lze odhalit to, co se jinak dlouze hledá metodou pokusů a omylů. V dnešním konkurenčním prostředí, kdy mají dodavatelé a výrobci na vše krátké termíny, je jakékoliv zkrácení doby vývoje výrobku klíčové. Z praxe vidím, že bez skeneru se hledá příčina rozměrové vady několik dnů a napříč všemi odděleními. Často během prezentace skeneru ve firmách skenuji právě tyto problematické díly a vždy se během krátké ukázky vyjasní, kde příčina vznikla a jaká je potřeba udělat náprava.

Největší výhoda a přínos 3D skenerů je totiž právě ve fázi odlaďování výroby, kdy je potřeba rychle zjistit rozměry a deformaci prvních dílů. Na základě toho se zadají korekce do výroby. Barevná mapa odchylek skenu od CAD modelu ihned ukáže, kde je díl mimo toleranci. S výhodou lze také použít metodu porovnání skenu dílu získaného na začátku výroby (master model) a vůči němu porovnávat sériovou produkci – jednoduše barevnou mapu odchylek.

Barevna mapa odchylek skenu od CAD modelu

3D skenování prošlo progresivním vývojem

Zvyšování přesnosti skenerů je pouze jedním aspektem ve vývoji technologie. Celý proces skenování se výrazně urychlil, nabízí nové metody pro skenování lesklých, průhledných i lakovaných povrchů a překážkou už není ani velikost skenovaného dílu.

Rychlost

Vývoj rychlých kvalitních CCD/CMOS kamer s dostatečným rozlišením společně s výkonem počítače zpracovávajícím obrovská obrazová data posunuly výpočty a zpracování dat z řádu hodin na pouhé sekundy či jednotky minut.

Velikost dílů

U dílů cca od 10 do 500 mm je na trhu spousta řešení od levných hobby skenerů až po profesionální metrologické skenery. Přesné skenování velkých dílů je ale samozřejmě mnohem náročnější úloha jak z pohledu skenovacího hardwaru, tak z pohledu know-how obsluhy. Automobilky využívají například skenovací robotické buňky, do kterých se vejde celé auto a proměřuje se rozměrová přesnost připojovacích prvků karoserie.

3D skener Zeiss ATOS LRX při skenování lopatky větrné elektrárny

Skenované povrchy

Největší pokrok v této oblasti přišel s použitím laserového zdroje světla, který dokáže skenovat rovnou černý nebo chromovaný povrch. Výrazný progres v podobě nových řešení nastal u všech povrchů, které nejsou pro optické skenování ideální (označujeme je jako „non-cooperative“). Existuje již široká škála zmatňujících nástřiků, díky kterým lze jednoduše naskenovat i průhledné materiály jako například sklo či díly lakované silnou vrstvou laku. Zajímavou vývojovou větví jsou speciální sublimující spreje, které po nástřiku vydrží určitý definovaný čas a pak se postupně začnou odpařovat.

Automatizace a uživatelský pokrok

U robotických skenovacích buněk současný software umí skenovací polohy generovat sám během několika sekund na základě CAD modelu nebo měřicího plánu, ovládání je přes virtuální místnost a vše je navíc parametricky propojené. Pryč jsou doby manuálního programování v jednotlivých skenovacích polohách.

3D skener ATOS Q na kolaborativním robotu

Ve 3Dees Industries jsme si otestovali stávající možnosti optického skenování při digitalizaci akrobatického letadla. K realizaci projektu jsme zvolili 3D skener té nejvyšší kvality – T-SCAN hawk 2 s metrologickou certifikací od firmy Zeiss. Měření probíhalo za plného provozu během Mezinárodního strojírenského veletrhu 2023, což potvrdilo, že dnešní skenery nevyžadují žádné speciální laboratorní podmínky. Překážkou pro nás nebyla ani velikost objektu a díky sublimačním sprejům nebylo problémem ani naskenování skleněného kokpitu.

Otevírá se nový potenciál a další možnosti využití

Velký prostor pro využití technologie představuje kontrola 3D tiště­ných dílů pomocí 3D skeneru. 3D tisk sám o sobě je rychle expandu­jí­cí oblastí a díly takto vyrobené musí také splňovat geometrickou přesnost. Většinou se jedná o velmi tvarově složité díly, kde si s konvenčními metodami měření nevystačíme. Zejména díly z kovo­vé­ho 3D tisku, které bývají dražší a technologie výroby náročnější, jsou typickým kandidátem pro optickou kontrolu skenerem.

Kontrola přesnosti dílu vyrobeného kovovým 3D tiskem

Výrazné technické zlepšení očekávám ještě v případě CT skenerů, které jsou ideálním zařízením pro skenování menších a tvarově velmi komplexních dílů s vnitřními dutinami. Právě u nich příští roky přinesou větší rozšíření, zvýšení rozlišení snímače a větší přesnost a výkon počítačů – to vše spojené také se snížením ceny těchto zařízení.

CT skener Zeiss Metrotom 1500 (3. generace)

Oblastí, kde dřímá ještě poměrně velký potenciál pro zlepšení, je také reverzní inženýrství – algoritmy, které se v současné době využívají nejsou dokonalé. Věřím, že není otázkou daleké budoucnosti, kdy se špičkovým inženýrům podaří přenést své know-how do AI, což by přineslo v oblasti generování modelů revoluci.

Reverzní inženýrství ventilu

Ing. Robert Navrátil Autor článku je 3D Scanning Manager ve společnosti 3Dees Industries.