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Was taugen portable 3D-Scanner heutzutage?

Für den Scan kleiner und schwer zu erreichender Objekte haben portable 3D-Scanner längst ihren Platz in der Welt der dreidimensionalen Digitalisierung gefunden. Dabei ist nicht jeder portable 3D-Scanner wirklich handgeführt und auch in der Genauigkeit unterscheiden sich die Geräte. In wie weit können Sie die handgeführten Geräte bereits jetzt einsetzen und wo liegen derzeit die Grenzen portabler Geräte?

Viele Anwendungsgebiete für portable 3D-Scanner

Portable 3D-Scanner sind in vielen Anwendungsfällen dem statischen Scanner vorzuziehen, da die tragbaren Geräte nur minimal invasiv sind, gleichzeitig aber auch in schwierigen Gebieten zum Einsatz kommen können. Für archäologische Ausgrabungsstätten etwa ist ein portabler 3D-Scanner unverzichtbar, denn nur durch die kleinen, handgeführten Geräte sind an vielen historischen Orten überhaupt Scans möglich. Auch in der Architektur hat ein portabler 3D-Scanner beim Einlesen von Gebäudestrukturen in Ecken, Winkeln und schwer zugänglichen Stellen seine Vorteile.

Die wichtigsten Features, mit denen portable 3D-Scanner arbeiten, sind Tragbarkeit, Geschwindigkeit und Genauigkeit (laut einer Umfrage von engineering.com). Das macht die Handscanner in der täglichen Arbeit zu einem potentiell wichtigen Tool, wenn Sie häufig kleinere Objekte digitalisieren oder 3D-Modelle nach realen Vorbildern von Gegenständen oder Menschen erstellen.

Ein wichtiger Teil der Funktionsweise portabler 3D-Scanner ist die dynamische Positionierung. Hierbei berechnet ein portabler 3D-Scanner über eine Hybridpositionierung zwei verschiedene Sätze von Positionsdaten. Zum einen erstellt der 3D-Scanner aufgrund der eigenen Lage anhand eines dreidimensionalen Kreiselkompasses (wie er auch in Ihrem Smartphone zum Einsatz kommt) eigenständig seine Lage im Raum, gleichzeitig wird in Relation zum stereoskopen Bild des gescannten Objektes gemessen. Ein portabler 3D-Scanner kann so die Bewegungen und Ungenauigkeiten der Handführung ausgleichen, was den Scan aus der Hand beinahe so präzise macht wie den vom Scanarm. Zur Errechnung einer akkuraten Symmetrie ist diese Positionsberechnung der Punkte und des Scanners absolut essentiell, grundsätzlich ist die Methode aber nicht perfekt. Je besser der Ausgleich ist, desto mehr Spielraum besteht für “Fehler” in der Bewegung des Scanners.

Für den “Hausgebrauch” müssen Sie bei handgeführten Objekten ferner bedenken, dass (anders als bei einem Rig aus mehreren Scannern oder einem schnell beweglichen Schwenkarm) das Objekt absolut still stehen muss. Sonst ist ein portabler 3D-Scanner nicht in der Lage, das Objekt fehlerfrei einzulesen. In den meisten Fällen dürfte das für Sie kein Problem darstellen, doch bei Personen oder Pflanzen in freier Natur können kleinere Umgebungsveränderungen die Objektgeometrie nachteilig beeinflussen.
Hinzu kommt, dass ein portabler 3D-Scanner nicht automatisch drahtlos arbeitet. Viele Scanner benötigen immer noch den Zugang zu einer angeschlossenen Stromquelle oder die Verbindung an einen Laptop. Das kann das dreidimensionale Umgehen eines zu scannenden Objektes durchaus erschweren, besonders wenn Sie beim Scanprozess alleine arbeiten. Nicht jedes portable Gerät können Sie also bequem aus der Hand führen. Einige Devices gleichen das aus, indem sie ein (Tisch-)Stativ und eine Drehscheibe einsetzen. Das funktioniert sicher und sauber, Sie verlieren allerdings an Flexibilität.

Präzision und Preisleistung gehen Hand in Hand

Wenn Sie bereit sind, etwas Geld zu investieren, so bieten Ihnen High-End-Geräte Messungen von bis zu 500.000 Punkten pro Sekunde. Mit der entsprechenden Hardware sind portable 3D-Scanner in der Lage, live ein digitales 3D-Gitter aus Dreiecken zu erstellen.

Umsichtig sollten Sie tragbare Scanner immer dann einsetzen, wenn diese einen internen Speicher besitzen, denn Scans (insbesondere Scans mit komplizierter Geometrie) benötigen viel Speicherplatz. Das ständige Unloading auf einen Rechner minimiert in diesem Fall oft den Zeitvorteil, den Sie durch portable 3D-Scanner erreichen möchten.

Entsprechend ungeeignet ist ein portabler 3D-Scanner für das Einlesen größerer Objekte. Sollten Sie also geneigt sein, den Unterboden eines Autos oder die Fassade eines Hauses mit einem handgeführten Scanner in ein 3D-Objekt umwandeln zu wollen, so sollten Sie lieber umplanen.

Eine interessante Variante aus Tragbarkeit und Scanleistung bieten 3D-Scanner von Occipital oder EORA, diese werden nämlich nicht über USB mit einem Laptop verbunden, sondern über den Lightning Anschluss direkt an Ihr iPhone oder iPad angeschlossen. Im semiprofessionellen Bereich bietet ein portabler 3D-Scanner am Smartphone Ihnen eine sehr attraktive und kostengünstige Alternative zu Standalone-Geräten, da ein Großteil der Rechenleistung auf Smartphone und Tablet ausgelagert wird.

Mit Laser oder Strukturlicht – Diese Vorteile bieten die unterschiedlichen Scanner

Grundsätzlich werden portable 3D-Scanner in Laserscanner und Strukturlichtscanner unterteilt, Sie haben also bereits bei der Wahl des Gerätes entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisse.

Ein Scan mit einem Lasersensor liefert schon sehr detaillierte Ausmessungen und nimmt nur wenig Platz ein, oftmals kommt beim Scanprozess ein duales Design zum Einsatz, um Genauigkeit bzw. Detailgrad und die Geschwindigkeit der Messung zu erhöhen. Eine höhere Scangeschwindigkeit erlaubt es Ihnen, den Scanner schneller und weniger genau zu bewegen.
Noch detailliertere Ergebnisse erhalten Sie mithilfe eines Scans, der Strukturlicht einsetzt. Hierbei wird Licht auf die Objektoberfläche projiziert, um Datenpunkte aufzunehmen. Vor allem die Scanauflösung von Strukturlichtscannern ist in der Regel deutlich höher als die von Laserscannern.

High-End-Scanner sind bis zu 0,030 mm messgenau, können also auch bedingt für mechanisches Reverse-Engineering eingesetzt werden. Günstigere Geräte, die Sie für private oder nichtmechanische Zwecke nutzen, arbeiten mit einer Genauigkeit von rund einem Millimeter. Für anschließende 3D-Drucke von Büsten oder Scans zum Modellieren in einem 3D-Programm reicht dies aber in der Regel aus.

Definitiv ins Reich der Mythen gehört übrigens der Nutzen der Farbvarianz bei Laserscannern. Während die Laserfarbe Scannern zwar ein Alleinstellungsmerkmal bietet und Sie leicht zwischen grünen und roten Lasern unterscheiden können, sind Bildprozessor und Filter entscheidender als die Farbe des Lasers. Die Differenz in der Wellenlänge sichtbaren Lichtes liegt maximal im Bereich von 300 Nanometern – auch die besten 3D-Scanner der Welt kommen nicht in diesen Präzisionsbereich.

Ein wichtiges Argument für Sie als Endverbraucher oder Kleinunternehmer sind dagegen Größe und Flexibilität. Während ein stationäres Gerät deutlich präziser arbeitet und weniger Rechenarbeit bei der Erstellung der Objektgeometrie erfordert, erlaubt ein portabler 3D-Scanner Ihnen eben auch Kundenbesuche.

Unbedingt beachten sollten Sie die Limitierungen in der Scanreichweite, denn selbst die besten tragbaren Geräte kommen nicht über drei Meter hinaus. Damit sind portable 3D-Scanner vor allem für den Einsatz im Nahbereich geeignet, während der Scan großer und weit entfernter Objekte schwierig bis unmöglich wird.

Beim portablen 3D-Scanner sollten Sie grundsätzlich immer kompromissbereit sein, denn die handgeführte Geräte weisen meist Mankos in Genauigkeit, einfache Handhabung oder dem Preis auf.

Nutzen Sie die Stärken portabler Geräte

Portable 3D-Scanner gibt es bereits als günstige Einsteigermodelle, wenn Sie mit Kabel und/oder angeschlossenem Laptop leben können. Die Geräte sind transportabel und in vielen Fällen deutlich praktischer als ein statischer Scanner mit Scanarm, den Sie praktisch kaum transportieren können. Wenn Sie im Nahbereich arbeiten und nicht auf absolute Präzision (etwa beim Erstellen von Bauteilen) angewiesen sind, ist ein portabler 3D-Scanner oft die beste Alternative. So erreichen Sie auch schwer zugängliche Stellen und können mit ein wenig Übung in der Führung des Scanners hervorragende Ergebnisse erzielen.

Auch wenn statische und portable 3D-Scanner prinzipiell ähnliche Aufgaben erfüllen, so besitzen doch beide Geräte unterschiedliche Aufgabenfelder. Da der Markt der 3D-Scanner gemeinsam mit 3D-Druckern und dem Bedarf, Objekte zu digitalisieren und in virtueller Realität zu erleben, wächst, werden auch portable 3D-Scanner von Generation zu Generation leistungsfähiger. Bereits heute können Sie mit einem portablen Scanner in die Welt des 3D-Scannings einsteigen.

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