Una scansione difficile: come affrontarla

Pietro Meloni Stampa 3D

 

Naturalmente, il punto di partenza per affrontare una scansione difficile è utilizzare un valido scanner e il suo software. E da questo punto di vista, nel caso in oggetto abbiamo potuto avvalerci delle più recenti tecnologie messe a disposizione da Artec 3D: il fantastico e versatile Artec Leo e lo scanner ad altissima risoluzione Artec Space Spider, supportati dall’altrettanto eccellente Artec Studio.
Ma, come vedremo, una scansione difficile resta comunque un arduo scoglio da superare anche per i migliori scanner in commercio: alcune peculiarità del soggetto da acquisire possono presentare difficoltà insuperabili con qualsiasi scanner, e richiedono la messa a punto di specifiche strategie e l’eventuale utilizzo di software di terze parti in sede di postprocessing.

Il kayak Galaxy, acquisito con Leo e Space Spider

Come è nato questo caso

Tutta colpa (o merito, semmai ne avesse qualcuno) del CoVid 19. In questo periodo di isolamento, durante il quale non erano possibili incontri di persona con i clienti, abbiamo utilizzato strumenti di meeting a distanza per le dimostrazioni degli scanner. Per uno di questi meeting, in base alle esigenze del cliente abbiamo deciso di effettuare la scansione di un kayak da pesca di circa 3 metri, pieno di minuti dettagli e superfici che facevano presagire una scansione difficile.

In prima battuta, abbiamo acquisto e successivamente processato in diretta durante il meeting l’intera imbarcazione con lo scanner Leo. Un lavoro di circa 40 minuti, che ha comunque dato un esito più che soddisfacente.

scansione difficile: Leo
Il primo risultato: la scansione del kayak montato con lo scanner Leo

In quaranta minuti non era possibile fare molto di più. Ma esaminando in seguito la scansione più da vicino, è emerso che si poteva fare di meglio. E che “fare di meglio” avrebbe richiesto la necessità di escogitare qualche “invenzione” per aggirare le insidie che si presentavano in questa scansione difficile.

Una scansione difficile: come affrontarla
Effettuando la scansione con i componenti montati, la risoluzione dei dettagli non è ottimale.

E in un periodo nel quale siamo costretti ad un isolamento forzato e un po’ noioso, come rinunciare ad una bella sfida apparentemente insuperabile?

Le difficoltà di questa scansione

La prima da considerare è la contemporanea presenza nel soggetto di elementi di grandi dimensioni con una geometria con pochi dettagli (lo scafo del Kayak), e di elementi molto più piccoli con minuti dettagli. In queste condizioni (in realtà molto comuni, si pensi alla scansione di un’auto), è praticamente impossibile utilizzare un solo scanner se si punta ad un risultato di qualità .
Impiegando uno strumento ad alta risoluzione per l’intero kayak si otterrebbe una mesh di dimensioni non processabili, e tempi di scansione biblici. Inoltre, nella parte inferiore (opera viva), la rarefazione di specificità geometriche – in relazione al limitato campo visivo di uno scanner ad alta risoluzione – porrebbe seri problemi di allineamento dei fotogrammi e conseguenti errori cumulativi in grado di pregiudicare la precisione delle misurazioni. D’altro lato, l’uso di uno scanner ad ampio campo visivo (come quello che abbiamo inizialmente usato) implicherebbe una risoluzione insufficiente per rappresentare i dettagli degli oggetti più piccoli.
Soluzione: usare due scanner diversi – nel nostro caso, Leo e Space Spider.

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Ma questo è solo il primo dei problemi di questa scansione difficile. Il secondo problema è quello dell’accesso ai vari componenti più piccoli, che per ottenere risultati ottimali dovrebbe essere acquisiti a 360 gradi. Cosa purtroppo impossibile se i componenti sono montati sullo scafo. Quindi? Niente paura. Cacciavite e chiave a brugola, e si smontano. Questo –  come primo positivo risvolto -, consente di  acquisire lo scafo (con lo scanner Leo) in condizioni ottimali, senza che la presenza dei componenti rimovibili precluda la visibilità di alcune aree.  Splendido: in pochi minuti, abbiamo finalmente la mesh lo scafo intero, senza nessuna zona “oscurata”, e con una ragionevole occupazione su disco.

Lo scafo, privo di tutti i piccoli componenti

Una scansione difficile: come affrontarla
Dopo aver smontato tutto quello che era possibile, abbiamo finalmente lo scafo pulito.

Ora possiamo procedere all’acquisizione di tutti i componenti che abbiamo smontato, a seconda delle dimensioni e dei dettagli ancora con il Leo o con lo Space Spider.
In questo, in particolare nel secondo caso, ci viene in aiuto la tavola rotante Bluetooth Artec. Il suo utilizzo è molto comodo. Quando viene avviata la scansione, la tavola viene posta automaticamente in rotazione. Nel caso si verifichi un errore di registrazione, la tavola si ferma, ruota in senso inverso finché l’allineamento viene ripristinato e automaticamente riparte. La scansione dei piccoli componenti diventa quasi un lavoro da catena di montaggio.
Perché il bicchiere nell’immagine? aiuta ad acquisire correttamente i bordi dell’oggetto, ed è quasi invisibile allo scanner, a causa del materiale con cui è realizzato. Questo ne semplifica la rimozione durante il postprocessing.

Scansione difficile: l'uso della tavola rotante per piccoli oggetti
Un particolare componente, acquisito sulla tavola rotante automatica con Space Spider

Catena di montaggio, dicevamo. O quasi. Già.
Alcuni degli oggetti sono “morbidi”. Montati hanno una forma, ma quando vengono smontati la forma è un’altra. E non si possono “ricollocare” in posizioni diverse per acquisirli a 360 gradi, perché essendo morbidi, la loro forma cambia ogni volta che vengono spostati.
Ma ormai ci siamo incaponiti, e ogni volta che si presenta una scansione difficile, anziché un fastidio diventa un piacevole stimolo a cercare una soluzione. Per la maniglia di trasporto, che prevede un elastico fissato ad un bottone sullo scafo, abbiamo progettato e stampato in 3D dei sostegni, fissandoli successivamente ad un’asta di acciaio, in modo che l’oggetto risultasse accessibile da tutte le angolazioni pur mantenendo la stessa forma di quando è montato.

Scansione difficile: possono essere necessari dei sostegni ad hoc
Un sostegno progettato per la scansione della maniglia
Scansione difficile: stampa di supporti
Abbiamo stampato dei supporti per sostenere i modelli con elementi mobili

Ah, certo, la maniglia montata ha delle viti. Così, abbiamo filettato i supporti, perché le viti dovevano essere nella stessa posizione anche nella scansione. E’ piacevole qualche piccolo lavoro di officina, quando si ha quasi sempre a che fare con modelli virtuali.

Scansione difficile: per poter collocare le viti, abbiamo filettato i supporti.
Maschiatura dei supporti

Una scansione difficile si può anche risolvere con l’aiuto di software terze parti

Insomma, ci siamo divertiti. Ma per alcuni componenti, costituiti da lunghe corde ed elastici come la linea di vita sulle fiancate e i tiranti di bloccaggio dei bagagli posti a poppa, si presentavano comunque delle ulteriori complicazioni a rendere questa davvero una difficile scansione. Non era possibile scansionarli montati, poiché ribaltando il kayak le corde avrebbero assunto un’altra posizione. E oltretutto se fossero stati acquisiti montati sarebbe stato difficoltoso scansionare con precisione anche la parte posteriore delle corde, quella a contatto con lo scafo.
Ma anche smontati i problemi non erano pochi. Da un lato, troppo oneroso ricostruire un sistema di sostegni che ne consentisse una scansione a 360 gradi. Dall’altro, anche avessimo adottato una simile soluzione, la lunghezza dei tratti di corda era eccessiva per la scansione con lo Space Spider, e avrebbe presentato difficoltà di registrazione. Ma volevamo un buon dettaglio, e la risoluzione del Leo avrebbe potuto non bastare.
Così, anche per sperimentare qualche “approccio esotico” (ci potrà succedere in futuro di dover affrontare situazioni limite), abbiamo chiamato in causa ZBrush, un potente software di scultura digitale al quale ricorriamo nei casi estremi.
Bene, per prima cosa, abbiamo “rimontato” digitalmente tutti i componenti acquisiti separatamente con lo Spider, inclusi i passanti della linea di vita e e gli occhielli di fissaggio degli elastici del “bagagliaio”.
Quindi, con la straordinaria funzione “Insert Multi Mesh” di ZBrush, abbiamo ricreato con facilità il cordame e gli elastici nelle opportune posizioni. Ci siamo concessi questa libertà, poiché comunque il reverse engineering di una corda non ha molto senso, ed una creata artificialmente si può tollerare per produrre un’immagine 3D.

Una scansione difficile: come affrontarla
Il “pennello IMM” di ZBrush che consente di modellare corde

E questo è il risultato: dettagli ora accettabili (abbiamo comunque contenuto la risoluzione per non aumentare eccessivamente le dimensioni del file).

Una scansione difficile: come affrontarla
I dettagli hanno ora una buona qualità, e la linea di vita è molto realistica
Una scansione difficile: come affrontarla
Dettagli della maniglia di prua e del tappo di svuotamento

Ed ecco, finalmente, il modello intero finito.

Una scansione difficile: come affrontarla
Il modello finito

Bene. A breve pubblicheremo un video relativo a tutte le tecniche utilizzate per questa scansione difficile.
Poi, quando sarà finito l’isolamento, potremo anche andare a pesca.

Consulta anche il sito Artec 3D per tutte le informazioni sui prodotti ed altri interessanti case study.

Scegliere uno scanner 3D: come orientarsi?

Pietro Meloni Stampa 3D

 

Scegliere uno scanner 3D non è facile come sembra. Per molti prodotti high-tech siamo abituati a navigare nel web alla ricerca di consigli, recensioni, “best price”, e la scelta finisce per convergere sul prodotto (e fornitore) che raccoglie i maggiori consensi.
Ma mentre con i prodotti high-tech generici (smartphone, videocamere, computer) abbiamo già da tempo acquisito dimestichezza e digerito i criteri di selezione, gli scanner 3D rappresentano tutt’ora per molti di noi uno “strumento esoterico che in qualche modo cattura la realtà“, dal quale spesso ci aspettiamo miracoli. Qualche scanner li fa, altri no.

L’importanza delle dimensioni del soggetto per scegliere uno scanner 3D

Scegliere uno scanner 3D: come orientarsi?
“Certo che non manchi nulla per una buona foto?”

La maggior parte dei clienti, nelle conversazioni preliminari durante le quali cerco di capire quali siano le loro esigenze, pensa che un singolo scanner risolva tutte le problematiche di scansione. Quando gli chiedo cosa debbono acquisire, emerge che le loro aspettative vanno dalla moneta al carro armato (in termini di dimensioni). E qui, la dolente nota. “Allora avete bisogno di due diversi scanner, o forse di tre” è la mia risposta. Già, una cosa è una lente di ingrandimento, un’altra un cannocchiale. Se debbo dipingere una porta, userò probabilmente un pennello di sette o otto centimetri. Ma per mettere lo smalto alle unghie quel pennello non va bene. Così come il pennello per lo smalto delle unghie non sarebbe l’ideale per verniciare la porta. Mentre per le fotocamere è possibile usare ottiche Zoom, per gli scanner si utilizzano ottiche fisse. Quindi – purtroppo – ciascuno scanner ha una precisa profondità di campo, ed è adatto ad acquisire oggetti da una certa misura ad un’altra. In casa Artec 3D, abbiamo ad esempio almeno quattro diverse categorie:

Micro – per oggetti piccoli, sino a 9×6 cm
Space Spider – per oggetti medio piccoli, sino a circa 30 cm.
EvaLeo – per oggetti medi, da 30 cm. alle dimensioni di un’auto
Ray – per oggetti grandi, da un’auto sino a svariate decine di metri

Per questi scanner, non varia soltanto la profondità di campo, ma anche la risoluzione (distanza tra un punto campionato e il successivo) e l’accuratezza (errore di posizione tra il uno specifico punto dell’oggetto e il corrispondente punto catturato dallo scanner).
Questo implica che – ad esempio – considerata la risoluzione dello scanner Micro (0,029 mm, ovvero circa 1200 punti per millimetro quadrato), se dovessimo acquisire un oggetto più grande di 6×9 cm le dimensioni del file ottenuto sarebbero ingestibili. Così come è vero che se volessimo acquisire il rilievo di un’impronta digitale con lo scanner Eva (risoluzione 0,5 mm., 9 punti in un mm2), la risoluzione sarebbe insufficiente per garantire un buon risultato.
Quindi, come scegliere uno scanner 3D riguardo al problema delle dimensioni? Non ci sono che due alternative; acquistare lo scanner più adatto per la maggior parte dei soggetti di scansione previsti, oppure acquistare più di uno scanner. Fortunatamente, alcune case (ad esempio Artec, prevedono considerevoli sconti quando si acquista un “Bundle” (due o più scanner diversi per coprire differenti esigenze

Scanner professionali o low cost?

Scegliere uno scanner 3D: come orientarsi?
Una simpatica (ed economica) soap box

“Se proprio si deve annegare, meglio annegare in acqua alta” diceva un mio vecchio amico. Il fatto è che molto spesso, gli scanner low cost finiscono per risultare del tutto inutili. Certo, contenere gli investimenti è una saggia politica. Ma soltanto se la soluzione che abbiamo individuato è una soluzione. Acquisteremmo, anche se a basso prezzo, una fotocamera che fa sempre foto sfocate? O un cacciavite che si piega anziché svitare le viti? Indosseremmo, anche se regalati, un paio di occhiali con i quali non riusciamo a vedere bene? Nel caso degli scanner, questo è il problema. La tecnologia di scansione è complessa, molto complessa, e anche a causa della ridotta diffusione di questi dispositivi, non si riesce a produrre un prodotto contemporaneamente economico e valido. Insomma, piuttosto che – per risparmiare ad ogni costo – scegliere uno scanner 3D economico che poi risulta inutilizzabile, meglio non comprare nulla. Il risparmio è maggiore.
Comunque, provare per credere. La cosa migliore è provare di persona, durante una dimostrazione – i modelli “candidati”, possibilmente con un oggetto campione che rappresenta la tipologia media degli oggetti che vorremmo scansionare. Un fornitore serio ci consentirà senz’altro di farlo.

Scegliere uno scanner 3D – le diverse tipologie

I famigerati “All-in-One”

Scegliere uno scanner 3D: come orientarsi?
Pubblicità di un accessorio per trasformare il trapano in una sega del 1975

Andiamo per esclusione. Da evitare – come la peste (o il Corona Virus) gli “oggetti ibridi”. Si è periodicamente assistito a roboanti annunci di strumenti “All-in-One” che dovrebbero sulla carta risolvere tutti i nostri problemi, es. la “Stampante 3D/Scanner/Fresatrice/Incisore laser”. Basta leggere i commenti e le recensioni dei malcapitati acquirenti di queste diavolerie per rendersi conto che tali soluzioni non funzionano bene neppure in una singola funzione tra quelle magnificate. Del resto non ci vuole molto a capire che un dispositivo soggetto a variazioni di temperatura, vibrazioni, produzioni di polveri e fumi sia ben poco adatto ad applicazioni che richiedono una precisione ottica micrometrica. Se prima avevo detto che comunque con una prova pratica ci si può fare un’idea se un dispositivo va bene o meno per noi, in questo caso suggerisco direttamente di saltare la prova. Se vogliamo fare scansioni, dovremo scegliere uno scanner 3D, non un “mai più senza”.

Scanner su tripode

scegliere uno scanner 3D: il treppiede è comodo?
Una macchina fotografica a lastre dell’800

Dipende. In alcuni casi – ad esempio gli scanner Laser Long Range, una collocazione statica è indispensabile. Negli altri casi, è decisamente scomoda. Per acquisire un intero modello 3D, dovremo “riprenderlo” da tutte le angolazioni possibili: un treppiede, basti pensare alla ripresa dall’alto, è scomodo, e in alcuni casi (pensiamo ad una statua collocata non distante da un muro) rappresenta un ostacolo insormontabile.
Questa tipologia di scanner (parlando di quelli a luce strutturata) presenta generalmente una ulteriore scomodità. La necessità di “calibrare” lo scanner prima del suo utilizzo, con una tabella di calibrazione che deve essere collocata ad una certa distanza. Rieseguire questo processo di calibrazione ad ogni spostamento è tedioso, fa perdere tempo e rischia, per la diversa accuratezza con la quale le calibrazioni vengono effettuate, di compromettere l’accuratezza di scansione. C’è tuttavia una deroga alle limitazioni degli scanner a luce strutturata statici, e circostanze nelle quali scegliere uno scanner 3D su treppiede potrebbe funzionare. Se debbo acquisire oggetti medio-piccoli, tra di loro topologicamente simili e della stessa dimensione, posso collocare stabilmente lo scanner e una tavola rotante; in questo caso l’operazione di scansione risulterà in qualche modo “automatizzata”. Insomma, questa tipologia di scanner è poco flessibile nell’utilizzo, e più adatta ad applicazioni in studio, dove è possibile predisporre un “set” fisso, adatto ad una specifica tipologia di oggetti.

Gli scanner Hand Held

Scegliere uno scanner 3D: la praticità degli scanner hand held
Lo scanner Hand held Space Spider

Non c’è molto da dire. La differenza, in termini di praticità di utilizzo, è quella tra una fotocamera compatta ed una macchina a lastre come quelle usate nell’800. Posso utilizzare questi scanner pressoché dove voglio, generalmente anche con un computer portatile od un tablet, alimentando sia il computer sia lo scanner a batteria quando non è presente l’alimentazione di rete. I gradi di libertà che il movimento della spalla, del braccio e della mano consentono mi permettono di seguire l’andamento delle superfici del modello con l’angolazione ottimale dello scanner, a tutto vantaggio della qualità e accuratezza della scansione. Generalmente questi scanner non richiedono calibrazione, e consentono un feedback in tempo reale dei risultati ottenuti. Queste caratteristiche di immediatezza li rendono ideali per tutte quelle applicazioni nelle quali è impossibile o non conveniente ripetere la scansione in caso di problemi. Gli scanner a brandeggio manuale risultano di conseguenza lo strumento da preferire quando le nostre esigenze richiedono flessibilità. Scegliere uno scanner 3D Hand held significa essere pronti ad affrontare le più svariate esigenze di scansione.

Il “Non Plus Ultra”

Scegliere uno scanner 3D: Artec Leo è il massimo della flessibilità
Lo scanner Hand held Artec Leo

Per il momento unico nel panorama degli “Hand held”, Artec Leo è lo scanner 3D che integra al suo interno tutte le funzionalità di scansione e data processing. E’ dotato di un display LCD orientabile che permette di controllare i risultati direttamente sullo scanner in tempo reale. Di una sofisticata elettronica da 1 Teraflops e 256 Cuda in grado di processare sino a 80 immagini 3D al secondo. Di un hard disk SSD che può contenere centinaia di progetti diversi. Di una batteria ricaricabile e sostituibile che può durare un giorno. Di un sistema di comunicazione WiFi, Ethernet e scheda SD per trasferire i dati ad un computer per successive elaborazioni. Di un giroscopio con 9 gradi di libertà, e molte altre funzionalità.
Si, come dicevamo all’inizio, uno strumento esoterico che cattura la realtà.

La ricetta di Artec 3D

Anche Artec 3D, da sempre attenta a fornire agli utenti tutte le informazioni necessarie agli utenti, ha preparato con il suo learning center una interessante guida per la scelta dello scanner 3D, particolarmente approfondita rispetto ai parametri da considerare e ai criteri chiave:

Artec – Come scegliere uno scanner 3D

Artec 3D Scanners
Are manufactured by Artec 3D Europe Sàrl

Artec Eva Lite

Pietro Meloni Stampa 3D

 

Uno scanner professionale economico e aggiornabile

Eva Lite è la versione economica del più popolare scanner Artec Eva. Presenta le stesse specifiche di accuratezza, ma con funzionalità ridotte.
Cattura infatti soltanto i dati geometrici del modello. Può venire quindi utilizzato con vantaggio per quelle applicazioni per le quali non è necessario ottenere anche le texture.
Eva Lite rappresenta quindi una soluzione ideale e poco costosa per applicazioni medicali per le quali è disponibile un budget limitato.
Considerando che non vengono catturati i colori, la quantità di dati acquisiti è significativamente inferiore rispetto all’Eva, e può quindi venire utilizzato con computer di limitata potenza, e quindi anche essi meno costosi.

Per le scuole, università e centri di ricerca che intendono accedere a strumenti di elevata qualità, Eva Lite viene offerto a condizioni particolarmente vantaggiose, con 20 licenze Artec Studio in omaggio con due anni di aggiornamenti, e garanzia prolungata a due anni.

Artec Eva 3D object scanner

Oltre a godere di aggiornamenti hardware che ne enfatizzano le prestazioni, lo scanner Eva Lite viene continuamente rinnovato attraverso più potenti e facili da usare versioni del software di acquisizione Artec Studio, insieme al quale costituisce una imbattibile soluzione per la scansione hand-held.

Artec EVA Lite può essere comunque aggiornato in seguito alla versione EVA.

Prezzo:

  • Artec EVA Lite: 6.700€ + IVA

Artec 3D Scanners

are manufactured by Artec Europe Sàrl

Prova Artec 3D Micro

Pietro Meloni Stampa 3D

 

3D Craft, che gestisce un blog di stampa e scansione 3D, ci aveva recentemente richiesto un’intervista, e la possibilità di effettuare in quel contesto una “prova su strada” del nuovo scanner desktop Artec 3D Micro.
Per quella occasione, è stato realizzato da 3D Craft un oggetto particolarmente complesso (stampato in 3D), per scoprire i limiti dello scanner con una sfida difficile.
Il video che è stato ricavato dall’intervista illustra tutte le fasi del processo, sia relativamente alla scansione vera e propria, sia al successivo post-processing dei dati con Artec Studio.
Orientato alla scansione di piccoli oggetti caratterizzati da fini e complessi dettagli, lo scanner automatico Artec Micro offre una risoluzione di 0,029 mm. ed un’accuratezza sino a 10 micron. Queste eccezionali prestazioni lo rendono ideale per applicazioni di controllo qualità e reverse engineering.
Il funzionamento totalmente automatico, e la possibilità di programmare percorsi di scansione ad hoc consentono di minimizzare i tempi di acquisizione. Questo consente, anche ad operatori privi di specifiche competenze professionali, la possibilità di archiviare dati 3D e catalogare rapidamente grandi volumi di reperti con caratteristiche simili.

Artec Micro
Lo scanner desktop Artec Micro

Artec 3D Scanners
Is a registred trademark of Artec Europe Sàrl

ZBrush 2020 tutte le novità

Pietro Meloni Stampa 3D, ZBrush

 

ZBrush 2020 amplia ulteriormente la flessibilità dei suoi strumenti di scultura, con una impressionate serie di aggiunte al suo tradizionale (e pluripremiato) elenco di utensili. La libreria si è arricchita con gli inediti pennelli XTractor, HistoryRecall e DecoCurve. In aggiunta, è possibile limitare i tratti dello strumento solo ai gesti in avanti, con il nuovo modificatore No Back & Forth. Estese anche le potenzialità della funzione MorphUV, che consente di visualizzare un layout UV sviluppato sul piano di un modello direttamente all’interno di ZBrush. Sculpt & Paint in Morph UV permettono di scolpire e dipingere sulla versione 2D del modello sviluppato, e tutte le modifiche apportate vengono trasferite al modello 3D.

Nel video, l’artista Michael Pavlovich presenta una dimostrazione di come sfruttare le nuove funzionalità di ZBrush 2020 all’interno di un progetto di scultura digitale.

Morph UV: Sculpt & Paint


ZBrush 2020, con l’integrazione del potente Morph UV, permette di utilizzare l’approccio PolyPaint sullo sviluppo delle UV di un modello. Applicare lunghi tratti continui su una mesh, un’operazione difficoltosa, appare ora estremamente semplice. Un calzante esempio può essere la necessità di tracciare una cucitura su un vestito, che parta dalla vita e arrivi, passando attraverso l’ascella, al polso di un personaggio. Oppure, applicare un motivo decorativo su una mesh, che risulterebbe proibitivo su una mesh 3D. Tutti quei casi nei quali è apparso arduo accedere ad aree recondite di una scultura sono ormai un ricordo. Sculpt & Paint in Morph UV risolvono il problema.

I pennelli X-Tractor

I tre nuovi pennelli X-Tractor introdotti in ZBrush 2020 estraggono i particolari di una mesh in alfa e texture, che possono venire successivamente utilizzati. E sufficiente tracciare con i pennelli su una regione di una mesh, per catturarne i dettagli, che possono venire replicati in altre aree della stessa mesh o reimpiegati in futuro.

History Recall

Nel corso di una complessa scultura, può capitare spesso di voler annullare una parte degli interventi, senza perdere tutte le altre modifiche apportate al modello. Questo potente strumento si avvale della cronologia degli annullamenti, ma è in grado di limitarne l’azione all’area nella quale il pennello viene utilizzato. E’ possibile utilizzare l’History Recall in senso inverso, ad esempio ripetendo certe azioni in una diversa regione del modello, anche nel caso in cui le topologie appaiono differenti.

ZBrush 2020 per la stampa 3D

Sempre più frequentemente, ZBrush viene impiegato per la realizzazione di personaggi successivamente stampati in 3D. Con la versione 2020, il programma si arricchisce di una serie di nuove funzionalità che consentono di tener conto delle esigenze di questa tecnologia, e facilitano la preparazione di modelli di alta qualità e privi di difetti, pronti per la stampa. Le nuove funzioni di analis mesh includono: Wall Thickness, per la gestione dello spessore pareti, Real-Time Draft Analysis, per la visualizzazione delle aree in sottosquadro, e Surface Area calculations per i calcoli dimensionali di area. Ora sviluppare un modello per la produzione è ancora più semplice.

Nel video, un esempio di utilizzo della funzione Wall Thickness per verificare che sia presente uno spessore di pareti sufficiente in tutte le aree del modello. E’ sufficiente impostare uno spessore minimo e massimo, e confermare. Sul modello, una mappa di colori evidenzierà le criticità, consentendo all’artista di apportare le necessarie modifiche. I modelli, realizzabili con stampanti 3D o sistemi SRP, acquisiranno una robustezza ottimale con la giusta quantità di materiale.

Le nuove opzioni From Draft e Real-Time From Draft permettono di preparare in modo veloce ed efficiente il modello per diverse esigenze di manifattura, come la realizzazione di stampi a due valve o la stampa 3D. E’ possibile utilizzare il piano camera per impostare la direzione di riferimento, e quindi effettuare interventi in tempo reale per garantire angoli di sformo compatibili con la tecnologia produttiva scelta. Questa analisi può anche essere impiegata con PolyPaint o maschere per opzioni aggiuntive, come la possibilità di salvare il risultato come mappa di texture.
I nuovi strumenti per il calcolo dell’area di superfici e volume rappresentano inoltre preziose risorse per preventivare i costi di realizzazione dei modelli. Con la pressione di un solo pulsante, ZBrush 2020 può fornire l’area, il volume, le dimensioni del parallelepipedo di contenimento e verificare che il modello sia perfettamente chiuso.

CamSilhouette e Cam View

La nuova funzionalità CAM View permette di conoscere l’orientamento del modello in rapporto agli assi globali, ed offre una immediata comprensione dello spazio XYZ e una più comoda navigazione con un clic. E’ possibile passare istantaneamente dalla vista frontale a quella posteriore, o da quella destra a quella sinistra facendo un clic sull’icona con CamView. L’utente può creare anche CamView personalizzate, e condividerle con altri utenti.

Talvolta, è necessario esaminare il modello da una prospettiva diversa, per fare in modo

Regolazioni del colore

Nella nuova versione è finalmente possibile intervenire globalmente su una combinazione di colori applicata ad un modello. Sia che sia stato colorato con texture o con PolyPaint, è possibile rapidamente modificare tonalità, intensità, contrasto, gamma e tinta con i nuovi controlli Texture Adjust by Color e PolyPaint Adjust by Color.

Move infinite depth

Il cursore può essere alterato per creare dettagli su qualsiasi superficie in linea con esso. Ad esempio, si può aggiungere una muscolatura alle zampe frontali e posteriori di un cavallo, oppure muovere diversi vertici appartenenti a mesh multiple senza dover utilizzare una maschera. L’opzioni infinite depth può essere applicata a molti pennelli.

Zeezoo

Per realizzare un buon modello, la scelta di una postura realistica è determinante. Gesto, peso, bilanciamento, ritmo sono le chiavi di un buon lavoro artistico.

ZBrush 2020 offre il supporto di mannequin, costruite con armature ZSphere, per semplificare la costruzione di una postura corretta. Le interazioni con queste armature permettono di esplorare velocemente diverse alternative di composizione. Le mannequin possono facilmente venire modificate per adattarsi a diversi personaggi o creature. E’ possibile realizzare una scena complessa con appena pochi clic. I progetti di esempio o gli animali Zoo inclusi con ZBrush 2020 permettono di scegliere in poco tempo la posa ideale per modelli che contengono personaggi singoli o multipli.

ZeeZoo ZBrush 2020
E’ facile realizzare modelli di animali e personaggi con le mannequin incluse

Pennello Deco curve

Il pennello classico Deco brush 2.5D è ora disponibile nella versione 3D. Texture e Alfa possono ora essere applicati su una curva.

ZBrush 2020 tutte le novità

Scansione 3D per il cinema: Six Underground

Pietro Meloni Artec

 

La scansione 3D per il cinema sta rapidamente prendendo piede per la realizzazione di effetti speciali. Il cinema del resto ha sempre sfruttato tutte le tecnologie emergenti. Gli straordinari effetti ai quali siamo abituati, sono ormai realizzati utilizzando tutte le potenzialità offerte dal digitale. In particolare, la scansione 3D, che permette di ottenere copie dei modelli acquisiti che possono venire manipolate in innumerevoli modi.
Nella fattispecie, per un film di Michael Bay, – Six Underground – si rendeva necessario disporre di accurati modelli di alcune statue. Non posso rivelare la trama, ma credo – trattandosi di un film di azione – che le statue nella sceneggiatura facciano una gran brutta fine, e naturalmente non era il caso di usare gli originali.
Le statue sono state quindi acquisite con uno scanner Artec Eva, e dalle scansioni sono stati ricavati dei modelli in grandezza naturale tramite una fresatrice CNC. Un lavoro non facile; tre statue erano presenti nella Sala dei 500 di Palazzo Vecchio a Firenze, e data la dimensione (circa 5 mt. con il piedistallo), si è reso necessario allestire un trabattello di quasi sette metri.

Scansione con Artec Eva
La scansione di “Ercole e il Cinghiale” nella Sala dei 500 di Palazzo Vecchio

Lo scanner Eva si è tuttavia confermato uno strumento accurato ed affidabile, e siamo riusciti a completare le scansioni in meno di quattro ore.
In basso, alcuni video “turntable” dei modelli acquisiti.
Siamo lieti che la scansione 3D contribuisca al successo di Six Underground.

Per i curiosi, ecco il primo trailer pubblicato per 6 Underground, che verrà distribuito su Netflix.

ShareMind effettua servizi di scansione in tutto il mondo con gli scanner Artec Eva, Artec Space Spider, Artec Leo e Artec Micro.

CreatBot D600

Pietro Meloni Creatbot, Stampa 3D

 

La CreatBot D600 è la (efficace) risposta dell’azienda di Shenzen alle esigenze di stampanti industriali di grande formato ad un prezzo non esorbitante. Robusta come un carro armato (130 Kg. di peso), con una sofisticata meccanica e in grado di utilizzare praticamente qualsiasi filamento in commercio incluso il Peek, è un avversario difficile da battere.

CreatBot D600 Pro
La CreatBot D600, disponibile anche nella versione Pro

Con un volume di stampa di ben 216 litri, pari a quello di quattro Raise Pro2 Plus, ne condivide in parte la stessa architettura. Il piano di lavoro può scorrere infatti su quattro guide cilindriche (che sembrano colonne), ed utilizza due viti a ricircolo da 18 mm. per la movimentazione in Z.
Quello che cambia radicalmente è la soluzione per gli azionamenti XY. Considerata la corsa degli assi di oltre 70 cm., si è optato per una architettura HBot e l’impiego di guide lineari prismatiche, decisamente più rigide di quelle cilindriche. Naturalmente tutto rigorosamente a ricircolo di sfere.
Buona la finitura della solida carrozzeria in acciaio. La CreatBot D600 è provvista di doppi sportelli (frontale e superiore, quest’ultimo ammortizzato), e di quattro finestre laterali che consentono un’ottimale visibilità da tre lati. I filamenti sono collocati sul lato posteriore, accessibili tramite due ulteriori sportelli dedicati. Nella versione Pro, la camera filamenti, che può ospitare due bobine sino a 2,5 Kg., è deumidificata e riscaldata.

Una grande meccanica

L’ho sempre sostenuto, e continuo a sostenerlo. La solidità del telaio e la qualità dei componenti meccanici in una stampante fanno la differenza. E’ inutile poter raggiungere elevate velocità, se le masse mobili entrano in vibrazione per una meccanica sottodimensionata. Si creano fenomeni di risonanza che sono all’origine del famigerato effetto Ghosting: la ripetizione di pattern verticali – una sorta di onde – subito dopo un repentino cambiamento di direzione del movimento dell’estrusore. Questa ed altre aberrazioni che influenzano negativamente la qualità di stampa si curano con una meccanica sufficientemente rigida, che contemporaneamente consenta movimenti fluidi. Per l’appunto, basata su guide lineari prismatiche sufficientemente dimensionate. Soprattutto se le corse degli assi X e Y superano i 200 mm.

Guide prismatiche della D600
Le guide prismatiche della D600

Il gruppo di stampa della CreatBot D600

La stampante è dotata di un doppio estrusore a trazione diretta, all-metal.
Vengono forniti 4 hot end, due con temperatura massima di 260°C (utilizzabili per ABS, PLA, PET, PC, Nylon, flessibili etc.), e due con temperatura massima di 420°C e ugello in martensite per materiali ad alte prestazioni. E’ possibile configurare la stampante con due hot-end diversi tra loro per lavorare a turno con materiali diversi, o con due hot-end uguali per utilizzare ad esempio supporti solubili, diversi colori etc. L’altezza degli estrusori è regolabile per un perfetto allineamento degli ugelli.
Gli ugelli, identici a quelli della F430, sono disponibili in misure da 0,2 mm sino a 1,2 mm. Su una stampante di queste dimensioni, gli ugelli di grande diametro si apprezzano in maniera particolare. Nella versione attuale, la stampante utilizza filamenti da 1.75mm (per me preferibili), ma può essere ordinata anche nella versione con filamenti da 3 mm.

Gruppo di stampa della D600
Il compatto gruppo di stampa della CreatBot D600. L’altezza degli estrusori è regolabile.

Il piano di lavoro

Parliamo in questo caso di un piano di lavoro enorme, circa 800 x 800 mm. Il piano è realizzato in alluminio, sul quale è fissata una lastra in vetro temperato rivestita con pellicola BuildTak. Non è facile con queste dimensioni assicurare una perfetta planarità. La CreatBot D600 Pro è dotata tuttavia di una sonda BlTouch che permette, attraverso una serie di rilevamenti, di memorizzare la mappa di calibrazione. Questo consente, sin dal primo strato, una deposizione ottimale del filamento.

Piano di lavoro della CreatBot D600
Il piano di lavoro della CreatBot D600

Camera calda / vano bobine riscaldato e deumidificato

E’ uno degli importanti punti di forza di questa stampante. Capace di assicurare una temperatura interna sino a 70°C, riduce sensibilmente il ritiro, le deformazioni e la delaminazione nel caso di grandi modelli. Il risultato si presenta decisamente più resistente da un punto di vista meccanico, e privo di tensioni interne che possono portare a fratture nel modello. Per assicurare una maggiore affidabilità, la camera calda è gestita da un secondo alimentatore, dedicato a questa funzione. Anche per quanto riguarda i filamenti, una buona notizia: sono collocati in due camere chiuse, e possono essere preriscaldati a 45 o 65 gradi, e vengono costantemente deumidificati. Questo consente di stampare in modo ottimale anche materiali particolarmente igroscopici, come il Nylon e il PVB (PolySmooth). Il preriscaldamento evita eccessivi sbalzi di temperatura nel materiale di stampa, e contribuisce ad ottenere parti robuste e prive di tensioni interne.

CreatBot D600 unità di riscaldamento
L’unità di riscaldamento a convezione della camera calda (CreatBot D600 Pro).
Camera filamenti della CreatBot D600 Pro
Le camere filamenti, riscaldate e deumidificate (D600 Pro)

Sensore di fine filamento

Su una stampante di queste dimensioni, è possibile, e anche probabile che il filamento finisca prima della fine della stampa. Nessun problema. Un apposito sensore rileva la mancanza di filamento, ed avvia un processo che consente di sostituire la bobina con una nuova. La stampa viene interrotta, il piano si abbassa per evitare che l’ugello caldo rimanga a contatto con il modello, e viene memorizzata la posizione esatta nella quale l’erogazione di materiale si è interrotta. Una volta sostituita la bobina, il lavoro può riprendere senza soluzione di continuità.

Blackout

La gestione delle interruzioni di energia è uno dei punti qualificanti della CreatBot D600. Diverse macchine permettono di riprendere il lavoro nel caso di un blackout. Implementare questa funzionalità è relativamente semplice: si tratta di memorizzare il punto esatto nel quale si trovava, all’interno del percorso di deposizione, l’ugello nel momento in cui l’interruzione di energia si è verificata. In realtà, questo tipo di approccio (da solo) non è sufficiente per affrontare al meglio un’eventualità del genere. Se la macchina si spegne improvvisamente, l’hot end e l’ugello rimangono ancora caldi per alcuni minuti. Se restano a contatto con il modello in corso di stampa, è facile intuire che questo viene danneggiato. Il lavoro può in seguito riprendere, ma con un vistoso segno, talvolta un vero e proprio foro, nel punto nel quale si era interrotto. La CreatBot D600 fa qualcosa in più: all’atto dell’interruzione viene effettuato un repentino abbassamento del piano di circa 20 mm., sfruttando una potente batteria tampone. Questo evita che il modello venga danneggiato, e consente all’operatore di pulire l’ugello, dal quale può ancora fuoriuscire del materiale, prima di riprendere il lavoro.

CreatBot D600 ripresa del lavoro dopo interruzione
Funzionalità di ripresa lavoro dopo interruzione di energia o fine filamento

Spegnimento automatico a fine lavoro

Sembra strano, ma pochissime stampanti sul mercato prevedono uno spegnimento totale automatico a fine lavoro. Se sulle stampanti di modesto volume è assai probabile che il lavoro termini mentre è ancora presente l’operatore, che potrà spegnere la stampante ed estrarre il modello, quando si parla di un volume utile di 216 litri come in questo caso, i tempi di stampa possono facilmente raggiungere diversi giorni. E la stampa può terminare a qualsiasi ora. Per evitare di lasciare la stampante accesa magari per un’intera notte, è sempre possibile far partire il processo ad un orario adeguato. Ma sicuramente questo è scomodo, per varie ragioni. Per essere certi di presidiare la fine stampa, potremmo doverla far partire di notte (scomodo); il calcolo dei tempi potrebbe essere errato. In ogni caso, la necessità di avviare la stampa ad una certa ora può far perdere preziose ore di produttività. Nella CreatBot D600 tutto è molto più comodo e semplice. Al termine delle operazioni, la stampante si spegne automaticamente.

Come scegliere uno scanner 3D

Pietro Meloni Artec

 

Gli scanner 3D ottici presentano, almeno in apparenza, diverse similitudini con le macchine fotografiche. Quanto meno, sono dotati di una o più ottiche e di un sensore, che corrisponde a quello che una volta era la pellicola. Esistono sia scanner e macchine fotografiche portatili (comode ad esempio per un reportage), sia scanner e macchine fotografiche su treppiede (come le antiche macchine a banco ottico che usavano lastre di vetro).

In realtà la parentela tra queste due categorie di dispositivi non è poi così stretta; approfondire le differenze ci aiuterà meglio a capire come funziona uno scanner 3D, e soprattutto come scegliere quello più adatto alle nostre esigenze.

La lunghezza focale

Rappresenta, in termini tecnici, la distanza tra il centro ottico dell’obiettivo e il piano di messa a fuoco (pellicola o sensore), ed è generalmente espressa in millimetri. Si considera “normale” un obiettivo con una lunghezza focale pari alla diagonale del sensore/pellicola. Un obiettivo con focale “corta” sarà in grado di proiettare sul piano di messa a fuoco un’immagine più ampia; un obiettivo con focale “lunga” (tele), proietterà soltanto un particolare ingrandito dell’immagine. E qui, emerge un’importante differenza tra una fotocamera e uno scanner. Nel primo caso siamo abituati ad utilizzare obiettivi “zoom”, nei quali la focale può essere variata. Questo è molto comodo, perché la stessa macchina potrà essere impiegata sia per una fotografia panoramica sia per un ritratto preso da lontano, o una macrofotografia. Gli obiettivi zoom sono versatili, e ci permettono di utilizzare lo stesso dispositivo in circostanze anche molto diverse.

Questo non accade per gli scanner 3D, in particolare per quelli di fascia alta con ambizioni metrologiche.
L’immagine catturata dalla camera deve risultare coerente con la luce (generalmente strutturata) che viene proiettata sul modello. Questo implica un perfetto allineamento tra sorgente di luce e ottica. Non si utilizzano, di conseguenza, ottiche zoom a focale variabile, poiché risulterebbe necessario regolare l’angolo di proiezione della sorgente di luce a fronte della variazione di focale, e questo darebbe luogo ad inaccettabili imprecisioni.

Per questa ragione, gli scanner 3D non sono così versatili come una moderna fotocamera digitale. Sono progettati e realizzati per acquisire scene molto grandi, grandi, medie, piccole o piccolissime. In altre parole, ahimè, saremo costretti a scegliere lo scanner più adatto alle dimensioni dei modelli che desideriamo acquisire. Se queste variano di molto, saremo probabilmente costretti ad acquistare più di uno scanner, con diverse caratteristiche. Un esempio del mondo reale può chiarire meglio questa necessità.

Come scegliere uno scanner 3D

Dovendo dipingere qualcosa, ci preoccupiamo della dimensione dell’oggetto da dipingere, e scegliamo un pennello di conseguenza. Per verniciare una porta, probabilmente useremo un pennello largo diversi centimetri. Per seguire i contorni di un intricato disegno, avremo bisogno di un pennello con una punta molto sottile. Con uno largo, andremmo immediatamente fuori dai contorni.
In teoria, potremmo invece usare il nostro pennello sottilissimo anche per verniciare la porta di cui sopra. Ma questo sarebbe ben poco efficiente, o addirittura praticamente impossibile.

La prima, essenziale domanda che dobbiamo quindi porci nella scelta di uno scanner 3D, è: quale è la misura media degli oggetti che dovranno venire acquisiti?

Profondità di campo

Nella fotografia, questa definizione è relativa all’intervallo di profondità (distanza dall’obiettivo) all’interno della quale gli oggetti risultano a fuoco. Quelli prima e quelli dopo questo intervallo risulteranno progressivamente più sfocati, ma saranno comunque visibili nell’immagine catturata.
Per gli scanner, la profondità di campo, che esiste, esprime un limite ben più severo. Gli oggetti al di fuori dell’intervallo non verranno acquisiti, come se non esistessero. Questa “limitazione” in realtà può frequentemente trasformarsi in un concreto vantaggio. Ad esempio, se venissero inclusi nel modello acquisito anche elementi collocati a distanza da esso, ci vedremmo costretti ad un lungo lavoro di eliminazione degli oggetti indesiderati. Alcuni software consento di controllare la distanza minima e massima dallo scanner all’interno della quale gli oggetti risulteranno “visibili”. Questa opzione è preziosa per isolare il soggetto che ci interessa rispetto all’ambiente, ed evitare un tedioso lavoro di postprocessing.

Come scegliere uno scanner 3D
Profondità di campo (in fotografia)

Superfici difficili da acquisire

Nella fotografia, qualsiasi oggetto presente nel campo di ripresa viene in qualche modo rappresentato nell’immagine risultante. Materiali riflettenti, semitrasparenti, o con particolari colori possono invece rappresentare un problema per lo scanner, e venire acquisiti male o addirittura totalmente ignorati.
Un caso particolare sono i capelli. Quando la risoluzione dello scanner è superiore al loro diametro, questi risultano invisibili. In alcuni casi, ove siano molto compatti (es. capelli lisci), possono venire considerati alla stregua di una superficie; capelli ricci o vaporosi generalmente vengono ignorati dalla maggior parte degli scanner. Nella scelta dello scanner adatto alle nostre esigenze, quello delle superfici di difficile acquisizione deve essere un aspetto da considerare con attenzione. I dati disponibili sulle tabelle comparative delle caratteristiche dei vari modelli di solito tendono a non riportare questo genere di limitazioni; informazioni riguardo alla risoluzione ed accuratezza non sono sufficienti. Per comprendere i limiti di un certo scanner rispetto ai tipi di superfici che può o meno acquisire, l’unica possibilità è quella di assistere ad una dimostrazione, come specificato nel capitolo relativo.

Come scegliere uno scanner 3D
Una bottiglia trasparente, opacizzata e preparata con target per una migliore scansione

Le tipologie di scanner 3D

Avevo accennato, all’inizio dell’articolo, all’esistenza di diverse tipologie di scanner 3D ottici. Vale la pena approfondire l’argomento, e sottolineare le differenze e i campi di applicazione di queste diverse tipologie.

  • Scanner laser montati su bracci antropomorfi
  • Scanner desktop
  • Scanner portatili a brandeggio manuale (hand-held)
  • Scanner a luce strutturata su tripode
  • Scanner laser per grandi distanze su tripode

La prima tipologia – Scanner laser montati su bracci antropomorfi – si riferisce ad unità di scansione che proiettano generalmente una linea (laser) sull’oggetto da acquisire. La camera rileva le deformazioni di questa linea, nella sua proiezione sulla superficie interessata. Il braccio antropomorfo comunica contemporaneamente al software gli angoli di rotazione di tutti gli snodi (gradi di libertà). Il software a questo punto è in grado di distribuire una serie di punti nello spazio 3D, che riproducono l’andamento della curva proiettata. L’operatore deve effettuare degli spostamenti, facendo scorrere la linea sulla superficie interessata, con percorsi logici rispetto alla struttura della superficie. In questo modo, acquisirà una nuvola di punti. Il movimento deve essere progressivo, ed eseguito alla stessa velocità, per evitare che vengano create zone con diverse densità di punti. Questi scanner, generalmente molto costosi, vengono quasi sempre utilizzati, anche per le limitazioni nei movimenti, per controlli qualitativi su specifiche aree, piuttosto che per la scansione di interi oggetti. Il loro impiego richiede una notevole perizia.

Scanner 3D antropomorfico
Uno scanner antropomorfico Faro

Gli scanner 3D desktop sono generalmente molto precisi, e destinati all’acquisizione di oggetti di piccole dimensioni. Prevedono una meccanica che integra uno o più assi rotanti. Nel caso dei modelli più sofisticati, la scansione può avvenire in modo pressoché totalmente automatico. Sono impiegati in odontotecnica ed odontoiatria, oreficeria, controllo qualità e reverse engineering. Generalmente sono molto efficienti, e attraverso percorsi ottimizzati, tendono a produrre un numero limitato di fotogrammi ad altissima risoluzione. Il costo, per gli apparecchi di qualità, è elevato.

scanner 3D desktop
Lo scanner desktop metrologico Artec Micro

Gli scanner portatili a brandeggio manuale hanno un aspetto e un utilizzo che ricorda le telecamere. Sono chiaramente indicati per un impiego portatile, ma questo non è l’unico vantaggio di questi sistemi. La flessibilità di puntamento permette di riprendere il soggetto dalle più svariate angolazioni, e risultano particolarmente indicati in presenza di complicati sottosquadri. La tecnologia è basata sulla proiezione sul modello di un’immagine strutturata (es. un reticolo), generalmente invisibile all’occhio umano. Il software, a differenza di quanto accade quando viene proiettata una banda laser, acquisisce un elevato numero di punti (sino a qualche milione) per ciascun fotogramma. La frequenza dei fotogrammi acquisti varia da 5 a 50 /sec. I fotogrammi vengono registrati dal software, e normalmente il feedback consente all’operatore di visualizzare un’anteprima delle zone già scansionate. Sono semplici da usare, versatili e adatti a molte applicazioni: medicali, industriali, forensi, automotive, aerospaziali, preservazione di beni culturali. Generalmente non richiedono calibrazione, e a seconda dei modelli possono operare con o senza l’applicazione di target sul modello. Il costo è medio-elevato a seconda delle caratteristiche e della qualità del software, componente essenziale in questo tipo di approccio.

Scanner 3D portatile
Il nuovo scanner Artec Leo, il massimo della portabilità

Gli scanner 3D a luce strutturata su tripode sono una variante “statica” degli scanner portatili a brandeggio manuale. Anziché puntare lo scanner da diverse angolazioni sul soggetto, è il soggetto che viene ricollocato, spostandolo, all’interno del campo di ripresa, in modo che le diverse immagini 3D acquisite consentano di ricostruirlo. Questa tecnica di utilizzo ne limita l’impiego a modelli di dimensioni non eccessive.
In alcuni casi, gli scanner sono abbinati a tavole rotanti, che parzialmente facilitano la scansione. Questi scanner, che normalmente utilizzano un proiettore e una telecamera fissati su un supporto, generalmente richiedono una calibrazione tutte le volte che vengono utilizzati. In alcuni casi consentono di variare manualmente l’angolo tra la sorgente di luce e le camere di ripresa, per ottenere un’area di scansione più piccola o più grande. Proprio queste regolazioni manuali e calibrazioni imprecise possono compromettere l’accuratezza, che in generale per questi scanner non è mai comunque elevatissima. Ovviamente dipende dai modelli e dalle caratteristiche, ma tipicamente il costo è medio/basso.

Scanner 3D su tripode
Uno scanner statico economico

Gli scanner laser per lunghe distanze sono tipicamente impiegati per l’acquisizione di modelli architetturali (edifici, ponti ed altre strutture), o altri oggetti di grandi dimensioni (imbarcazioni, aerei, impianti industriali). Vengono fissati su robusti stativi, e sono dotati di azionamenti in grado di pilotare la proiezione del raggio laser, attraverso due assi rotanti, in modo da coprire lo spazio circostante sino a 360°.
Possono operare a distanze molto elevate (anche oltre i 100 mt.), e producono fotogrammi 3D di dimensioni spesso enormi, oltre a richiedere, in molti casi, l’uso di costose sfere di calibrazione. Il software deve essere in grado di processare centinaia di milioni di poligoni, ed è necessario disporre di un hardware di prostprocessing adeguato a questi carichi di lavoro. Il costo va da molto elevato a elevatissimo. Sono generalmente pressoché automatici, non richiedono una grande esperienza per essere usati.

Scanner 3D per grandi oggetti
Lo scanner Artec Ray, capace di scansioni sino a 110 metri di distanza

Calibrazione e target

Alcuni scanner 3D richiedono un processo di calibrazione prima di ciascuna scansione. Altri no. Alcuni scanner richiedono anche che vengano applicati dei target sulla superficie da acquisire. Altri no.
In fase di scelta, si tratta di elementi importanti da considerare. Non sempre ci si trova nelle condizioni ideali per effettuare calibrazioni (es., in uno scavo archeologico), così come, oltre ad essere tediosa sia l’applicazione, sia la rimozione dei target, non sempre è possibile applicarli (es., su un reperto di valore artistico, o su un oggetto facilmente deteriorabile). Per questo, sarebbe bene preferire scanner che non richiedono né preventive calibrazioni, né l’uso obbligatorio dei target, se possibile.

Come scegliere uno scanner 3D
La scansione di una vettura con target

Il software di scansione e postprocessing

Essendo un prodotto “immateriale”, il software viene automaticamente considerato qualcosa che “vale meno” dell’hardware. Si è disposti a spendere cifre considerevoli per un valido scanner 3D, ma quando si parla di software, generalmente ci si aspetta che sia gratuito, o che comunque non valga la pena investire importanti somme di denaro. Se parliamo di scansione 3D, non c’è nulla di più errato.
Gli scanner, soprattutto quelli professionali ad alta risoluzione, generano enormi quantità di dati. La loro elaborazione richiede calcoli estremamente complessi, da affrontare con computer super potenti. Non è difficile intuire che il software deve essere all’altezza. Un software valido può non soltanto risparmiarci ore, e spesso giorni di lavoro. Può fare la differenza tra portare a termine un incarico, e sperimentare la frustrazione di aver acquisito decine di gigabyte, magari durante una costosa trasferta,per poi scoprire che i dati acquisiti non sono processabili, o producono risultati molto al di sotto delle aspettative. Il software è un componente essenziale. Deve essere sviluppato da programmatori con specifiche competenze nella gestione delle immagini e nel trattamento di dati 3D. Mi è capitato più volte di provare scanner che da un punto di vista hardware apparivano ben costruiti, con componenti di qualità, ma con i quali non si riusciva a produrre risultati decenti per le scarse prestazioni e funzionalità dei programmi con i quali venivano forniti.
Un valido software di scansione deve possedere molti requisiti:

  • velocità di esecuzione degli algoritmi
  • capacità di gestire grandi quantità di dati
  • possibilità di intervenire su tutti i parametri
  • automatismi in grado di snellire i processi
  • semplici strumenti per la registrazione e l’allineamento
  • funzionalità di editing del modello
  • compatibilità dei formati di uscita con gli standard
  • efficaci strumenti di mappatura delle texture
  • compatibilità (meglio se diretta) con software CAD e di Reverse Engineering
Artec Studio 14 SolidWorks
Il software di scansione dovrebbe prevedere la compatibilità con software terze parti

La compatibilità tra i vari modelli di scanner 3D

Generalmente, chi acquista uno scanner 3D non pensa che in un futuro anche prossimo potrebbe doverne acquistarne un altro. Succede spesso, quando si adotta una nuova tecnologia per affrontare una specifica esigenza, che non ci si renda conto che – una volta in possesso di quella tecnologia – le applicazioni possano essere anche molte altre, non originariamente previste. Avevo accennato prima al fatto che i diversi tipi di scanner 3D sono adatti per acquisire oggetti in un certo intervallo di misure, e che se abbiamo bisogno di acquisire oggetti con misure diverse, forse dovremo acquistare un altro tipo di scanner. Così, come chi inizia a dipingere sentirà presto la necessità di comprare pennelli di varie misure, anche chi impiega professionalmente la scansione 3D può sentire la stessa esigenza. A questo punto, è importante, anzi determinante, che gli scanner (se sono più di uno), parlino la stessa lingua. Che sia ad esempio possibile scansionare una grande statua con uno scanner adeguato a quelle dimensioni, e si desideri acquisire i dettagli più significativi con uno scanner più accurato, per costruire un modello unico nel quale i particolari presentano una risoluzione maggiore. Questo implica che il software possa gestire i dati provenienti da entrambi gli scanner, e sia in grado di miscelarli correttamente nella costruzione del modello finale. Generalmente questo è possibile scegliendo scanner con diverse caratteristiche sviluppati dallo stesso produttore. E’ bene quindi verificare che la gamma di prodotti del produttore in oggetto sia sufficientemente ampia da soddisfare anche ogni nostra possibile futura esigenza. Se si deve proprio annegare, meglio annegare in un mare profondo.

Come scegliere uno scanner 3D
Una famiglia di scanner tra loro compatibili

La plancia Sacs Strider 700 stampata in HSM

Pietro Meloni Materiali

 

Quando Superfici srl, una promettente startup di La Spezia con la passione per il design e la nautica nel DNA mi ha chiesto un materiale adatto a realizzare una console per un gommone, gli ho suggerito il filamento HSM.
L’avevo usato io stesso per alcuni particolari nel restauro della mia barca, constatandone “sul campo”, oltre alla conferma delle sue ottime proprietà meccaniche, una inaspettata resistenza agli agenti atmosferici.

Plancia realizzata in HSM
La plancia Sacs Strider 700, realizzata al 90% in HSM

 L’oggetto da realizzare era particolarmente grande, e l’originale intento di utilizzare la consueta vetroresina era stato scartato sia per il peso, sia per la presenza di numerosi sottosquadri che avrebbero reso impossibile progettare uno stampo. Era necessario che le deformazioni fossero pressoché inesistenti, in quanto il modello avrebbe richiesto – a causa delle dimensioni – l’assemblaggio di più parti stampate separatamente.

Molte le altre esigenze espresse da Superfici, che aveva già sviluppato per la Sacs Marine nel 2018 la plancia installata a bordo dell’Amer 94’:

  • un’ottima finitura superficiale
  • altissima velocità di stampa
  • buona carteggiabilità
  • elevate proprietà meccaniche
  • facile incollaggio
  • compatibilità con vernici epossidiche
  • resistenza ad elevate temperature (il sole di agosto a picco)
  • virtualmente zero warping
  • modesti consumi di energia, per la possibilità di stampare con piano pressoché freddo

Messi insieme questi requisiti, e viste le mie positive esperienze nello stesso contesto ambientale, ho pensato che l’HSM avrebbe potuto costituire una buona scelta. Questo versatile filamento, oltre a possedere le caratteristiche necessarie, una volta trattato con un buon primer e gelcoat nautici bicomponenti diventa pressoché inattaccabile dagli aggressivi agenti presenti nel contesto marino.

L’annealing dell’HSM

Tra le caratteristiche peculiari dell’HSM spicca la possibilità di sottoporlo, successivamente alla stampa, ad un processo termico di “ricottura”. Questo procedimento, similarmente a quando accade con la tempra dei metalli, ne modifica la struttura molecolare, convertendola da uno stato semi-amorfo ad uno stato cristallino. Come conseguenza, la resistenza meccanica viene considerevolmente accentuata, così come viene elevato l’HDT (volgarmente, il punto di rammollimento) ad oltre 95° C. Dopo questo trattamento, il materiale presenta proprietà meccaniche del 70% superiori rispetto a quelle dell’ABS. Che, pur essendo un ottimo materiale, soffre in modo endemico sia di una considerevole tendenza a sviluppare deformazioni, sia di una limitata resistenza ai raggi UV. L’annealing dell’HSM è piuttosto facile: è sufficiente portare il modello ad una temperatura di 85°C per un periodo di 30 minuti circa, in un comune forno ventilato.

Il design della plancia del Sacs Strider 700

Il successo di questo progetto è solo in piccola parte legato alle buone caratteristiche del materiale utilizzato. L’originalità e la funzionalità del design sviluppato da Superfici sono la vera chiave degli entusiastici riscontri ottenuti. Una forte caratterizzazione stilistica è stata ottenuta alleggerendo la console con la creazione di un vuoto centrale pur mantenendo la continuità delle superfici. Contemporaneamente, l’integrazione di elementi in relazione con le forme e le linee della plancia, come le luci di via, l’impianto audio e il tientibene, hanno accentuato la praticità d’uso, obiettivo che il buon design dovrebbe sempre collocare al primo posto. E quindi, i più sentiti complimenti all’azienda spezzina, che sottolinea con questo progetto di successo le vere potenzialità della stampa 3D, purtroppo spesso utilizzata per la realizzazione di oggetti fini a sé stessi.  

Il team di Superfici
Il team di Superfici srl

I dettagli della stampa

Il modello della console, che misura circa 70x90x97 cm., è stato realizzato prevalentemente con tre stampanti Raise3D N2 Plus, e marginali contributi da parte di una Sharebot XL, una Zortrax M200 e una M300.
Sono stati utilizzati quasi 20 Kg. di HSM e circa 2 Kg. di ABS. Il tempo totale di stampa è stato di circa 500 ore.
Il progetto è stato (giustamente) premiato con varie menzioni e con l’Innovative Technology Award, durante la fiera Sea-Tech.

https://www.instagram.com/p/Bvyn_gdhh2Y/

https://www.instagram.com/p/BvzNTuvhOOa/

http://sea-tec.it/qualitec-technology-2019-2/ 

Premi
Menzioni e premi assegnati al progetto

Artec Leo: lo scanner rivoluzionario è ora disponibile

Pietro Meloni Artec, Scansione 3D

 

Nel corso dello sviluppo della tecnica, generalmente i processi evolutivi sono graduali. I dispositivi vengono aggiornati nel tempo, con l’aggiunta di nuove funzioni e con il miglioramento delle prestazioni.
Di tanto in tanto si assiste tuttavia ad un vero e proprio salto, che determina la nascita di una vera e propria nuova generazione. Artec Leo è un perfetto esponente di questo salto generazionale.
Un esempio calzante è l’avvento della fotografia digitale.
In quella analogica, il processo comprendeva non soltanto l’apparecchio fotografico vero e proprio, ma una pellicola (o una lastra) ed una serie di passaggi successivi: lo sviluppo con sostanze chimiche, la stampa in camera oscura con l’ausilio di un ingranditore, speciali carte, una serie di bagni (sviluppo, arresto, fissaggio etc.) e l’asciugatura finale.

Artec Leo: fotografia analogica
Ima camera oscura degli anni settanta


Anche le macchine fotografiche hanno subito nel corso del tempo svariati aggiornamenti: ottiche intercambiabili, mirini reflex, esposizione automatica, obiettivi zoom. Ma queste “migliorie” non hanno modificato l’essenza del processo.
Il fotografo era comunque costretto a limitare il numero di scatti, cercando di ottenere ogni volta il miglior risultato possibile, per la capienza e il costo dei rullini. Rullini da 36 pose nel migliore dei casi.

Artec Leo: Leica
La mitica Leica ai suoi esordi


La fotografia digitale ha rivoluzionato tutto questo. Non soltanto è possibile effettuare migliaia o decine di migliaia di scatti senza dover cambiare nessun “caricatore”. È possibile visionare immediatamente le immagini, scartare quelle sbagliate, in molti casi manipolarle direttamente utilizzando la macchina fotografica stessa. La fotografia digitale non si può considerare un’evoluzione della fotografia analogica: è un’altra cosa, ben diversa.

Artec Leo: lo scanner rivoluzionario è ora disponibile
Una fotocamera digitale. Poter vedere immediatamente l’immagine permette di conservare gli scatti migliori.

Lo stesso si può dire della differenza tra i primi telefoni cellulari e gli attuali smartphone. Questi ultimi non permettono soltanto di telefonare: possono scattare fotografie, registrare appunti vocali, inviare messaggi elettronici, connettersi ad Internet, riconoscere comandi vocali eccetera.

Artec Leo: lo scanner rivoluzionario è ora disponibile
Il leggendario Motorola Microtac

Provate ad immaginare che valigia avremmo dovuto portare con noi, venti anni fa, per sostituire uno smartphone dell’ultima generazione.
Anche lo smartphone può essere considerato, più che un semplice aggiornamento di una tecnologia esistente, un prodotto di nuova generazione con un insieme così vasto di potenzialità che all’atto della presentazione appariva difficile immaginarne tutte le applicazioni possibili.

Artec Leo: smartphone
Uno smartphone e le sue Apps

Gli scanner 3D manuali hanno già rappresentato, nel momento in cui sono apparsi sul mercato, una soluzione straordinariamente innovativa. La loro flessibilità d’uso, ben superiore rispetto a quella degli scanner fissi montati su treppiede li ha collocati sin dall’inizio in una diversa categoria di strumenti. Nessuna necessità di calibrazione preventiva, la possibilità di venire utilizzati anche in ambienti difficili e privi di energia elettrica come scavi archeologici, la maneggevolezza e la possibilità di accedere facilmente ad aree recesse del modello da acquisire li rendono enormemente più pratici.
Ma oggi c’è un nuovo salto di qualità, con la comparsa di uno strumento che può essere a tutti gli effetti considerato il capostipite di una nuova generazione di scanner.

Lo scanner Artec Leo, come la fotografia digitale rispetto a quella analogica, o lo smartphone rispetto ad un cellulare, non è l’evoluzione degli scanner manuali: è un’altra cosa, che inaugura una nuova famiglia di prodotti.

Artec Leo è dotato di uno schermo inclinabile, che permette di controllare ogni fase della scansione e gestire i modelli acquisiti con un feedback in tempo reale.
È totalmente autonomo: non richiede un collegamento al computer. La sofisticatissima elettronica della quale è dotato gli consente di processare sino a 80 fotogrammi 3D al secondo. Le caratteristiche sono impressionanti: una CPU Quad Core A57 e una GPU nVidia Maxwell da 1 Teraflops con 256 core CUDA. Accelerometro, giroscopio e compasso integrati.
Non richiede un alimentatore ed un collegamento alla rete elettrica. È dotato di batteria intercambiabile.

Artec Leo: lo scanner rivoluzionario è ora disponibile
Sebbene portatile e flessibile, l’Artec Eva prevede un computer, una batteria ed alcuni cavi.

Include una capiente memoria interna di 256 GB implementati con un mini disco SSD.
È in grado di comunicare, per il trasferimento dei dati, attraverso una connessione Ethernet o via Wi-Fi. Può inviare in tempo reale uno stream video ad un secondo dispositivo WiFi.
Insignito del prestigioso NED Innovation Award 2018, Artec Leo è stato immediatamente percepito dagli addetti ai lavori come uno strumento che apre prospettive di impiego inedite. La praticità d’uso, la velocità di scansione, la possibilità di acquisire con uguale dettaglio piccoli e grandi oggetti lo rendono semplicemente non confrontabile con nessun altro scanner manuale.
La moltitudine di nuove funzionalità e dispositivi integrati nello scanner Leo ha reso molto complessa la sua produzione di serie.
Dalla presentazione del progetto, nell’Artec Meeting del 2016, alla consegna dei primi scanner è trascorso molto tempo.
Ma ora, Artec Leo è finalmente disponibile presso i laboratori ShareMind, ed è già possibile prenotare una dimostrazione pratica. Che vi lascerà senza fiato.

Artec Leo scansione di interni di un'auto
Artec Leo è completamente autonomo. Senza cavi né computer, e permette con facilità di eseguire scansioni anche in contesti particolarmente angusti.

Artec Scanners
Are manufactured by Artec Europe Sàrl