3D 扫描在数字制造工作流程的多个环节都发挥着关键作用。工程师、产品设计师、研究人员、牙医和医疗专业人员都将 3D 扫描仪作为一种更快速有效的方式来开始构建数字模型，无论是通过逆向工程整合现有设计、数字化手工雕刻的粘土设计，还是参考人体的精确形状。
制造完成后，3D 扫描可为质量控制提供支持并协助验证 3D 打印部件的精度，也可在部件投入使用后评估其表现，通过扫描变形的部件，可以为下一版本的部件提供改善设计的思路。
从手持式 3D 扫描仪到台式扫描仪，丰富多样的产品选项让用户很难准确选择适合自身应用和预算的 3D 扫描系统。在本指南中，我们探讨了购买 3D 扫描仪时要考虑的最重要因素，并展示了一些关键应用，这些应用由 3D 扫描仪和 3D 打印机共同支持。
3D 扫描技术的类型
目前市场上有多种扫描技术，从手持式扫描仪到台式 3D 扫描仪，都各有优缺点。选择最适合您的 3D 扫描系统，需要综合考虑具体应用场景和预算要求。
激光三角测量使用每秒投射到物体上的光进行数百万次测量（点）。从点反射的光返回到扫描仪的传感器，以帮助其捕捉物体的几何形状。这些类型的扫描仪通常是最准确的，并且非常适合具有不透明表面的高度精细部件。
激光三角测量扫描仪确实有局限性。例如，大多数便携式扫描仪都没有使用该技术，因为激光点需要从稳定的光源投射，并且光源必须与被扫描物体保持很近的距离。激光三角测量扫描仪也不总是在透明或有光泽的表面上工作。通常，它们需要在物体上应用反射标记，使用后需要移除，而且根据扫描物体的不同可能会造成障碍。
最后，激光点可能对人眼有害，因此在使用激光三角测量系统扫描身体部位时使用额外的安全预防措施非常重要，或者与扫描仪制造商核实以确保设备对眼睛安全。
结构光扫描仪（也称为白光扫描仪或蓝光扫描仪）通常使用投影仪，两侧各有两个角度的摄像头。将光图案投射并覆盖在被扫描的组件上，相机捕捉物体使光图案变形的方式，然后将多个图像整合到一个 3D 快照中。
结构光扫描仪有固定式和便携式－该技术是手持式 3D 扫描仪最常用的工艺。结构光扫描仪在医疗应用中更为常见，因为它可以安全地用于人类和动物，并且在物体不完全静止时表现出色。传统白光扫描仪的扫描速度比激光三角测量扫描仪慢。
结构光扫描是手持式 3D 扫描仪中最常用的技术。
深度感应相机以红外线 (IR) 投射点场来对 3D 场景进行采样。深度感应相机使用简单，是最便宜的扫描选项，但其精度和分辨率较低，有时会丢失精细细节。深度感应相机可以捕捉大型物体，但精度会随物体距离的增加和摄像头角度的增大而下降。
摄影测量可从照片中获得精确测量值。该技术涉及拍摄一组物体、建筑物、人或环境的重叠照片，并使用多种计算机算法将它们转换为 3D 模型。这是使用智能手机创建 3D 扫描时最常用的方法，因为现代手机摄像头能够捕捉和组合大量照片。但是摄影测量被认为是创建 3D 打印最便宜且最不准确的方法，并且不适合严肃的商业应用。
LiDAR（光检测和测距）传感器内置于一些高端智能手机和平板电脑中，例如最新版本的 iPhone Pro 和 iPad Pro。这使 iPhone 和 iPad 成为适用于仅满足偶尔扫描需求的扫描仪，其性能比只能使用摄影测量的设备更胜一筹。通过智能手机或平板电脑生成 3D 网格文件的应用程序被视为最低级的入门扫描选择；用户应在他们的 CAD 软件中进行额外的工作，以消除网格中的间隙并改进 3D 模型以满足应用需求，例如将其发送到专业级 3D 打印机。智能手机在扫描物体时使用的光点较少，因此与真正的独立扫描仪相比，细节较少。如果您具有强大的 CAD 设计能力或需要将基本模型转移到数字空间中，iPhone 是扫描仪的良好替代品。
如何选择搭配 3D 打印机使用的最佳 3D 扫描仪
3D 扫描仪精度 vs. 价格
不同的扫描仪技术之间的扫描精度差别很大，而更高的精度通常会带来更高的成本。最终部件所需的公差可作为确定 3D 扫描仪精度需求的有用信息。
| 高价格，最高精度（1.5 万美元及以上） | 较高价格和精度（1 万美元及以下） | 更经济实惠（2000 美元以下） | 价格低，精度低 |
|---|---|---|---|
| Hexagon Atlascan Max Zeiss T-Scan Hawk 2 Shining 3D EinScan Libre Creaform HandyScan Silver 系列 | Shining 3D EinScan SP V2 Peel 3D Peel 3 Shining 3D EinScan HX2 | Revopoint Miraco Plus Revopoint MetroX Matter and Form Three Creality Raptor Pro | iPhone Pro & iPad Pro Revopoint Inspire Shining 3D Einstar Structure Sensor 3 |
激光和结构光扫描仪非常适合专业应用和高分辨率 3D 打印机。低价扫描仪的精度范围为 0.1mm 至 1mm，而高价扫描仪的精度可达 0.02mm。不同扫描仪的工作距离也存在差异，会直接影响使用场景。形朗 (Formlabs) 立体光固化 (SLA) 树脂 3D 打印机（如 Form 4 系列 3D 打印机）的部件精度与许多台式 3D 扫描仪相当。
除了测量点与其实际位置之间的精确度外，扫描仪的分辨率也有所不同，即在固定扫描距离下捕获点之间的距离。这意味着扫描对象上小于扫描仪分辨率的细节将无法被捕捉。例如，具有较低分辨率的高精度 3D 扫描仪可能会检测到雕像上珠宝的一般形状，但无法清楚地显示戒指或项链上的个别细节。根据您的项目要求，这可能会也可能不会影响交付。
记住这些指标的一个简单方法是：准确度是部件和数字值之间的测量误差。分辨率是指测量的密度。
根据制造商和 3D 扫描技术的不同，精度的含义可能略有不同。例如，手持式 3D 扫描仪的精度取决于扫描仪与物体的距离和扫描重构的质量，而台式 3D 扫描仪在限定的扫描体积内具有一致的精度。如果您正在考虑购买一台 3D 扫描仪进行精确测量，请务必进行充分对比。
通常，与激光扫描相比，结构光扫描可提供最佳分辨率和精度。3D 扫描在艺术方面的某些用例可能需要大量的细节，而对于整体精度的要求则相对较低，尤其是当装配的部件之间不需要精确配合时。在这些情况下，摄影测量是一种极好的低成本探索选择。
深度感应相机和摄影测量都是扫描大型物体以创建 3D 打印比例模型的良好解决方案，并为捕捉人体形状提供足够的精度。
一些入门级激光扫描仪使用类似于高端系统的技术。这些扫描仪非常适用于以 1:1 的比例复制小型物体。正如人们所预料的那样，入门级激光 3D 扫描仪的精度低于高端扫描仪，但它们可以轻松提供足够的细节来复制精度不重要的小型装饰物和图形。
如果您只是偶尔需要进行 3D 扫描，数字化服务可以扫描您的物体并执行 CAD 转换和精度检查。
3D 扫描仪扫描体积和范围
不同的 3D 扫描仪可以捕捉的区域有很大差异。应在适当价格范围内选择适合尺寸和分辨率要求的扫描仪，因为成本通常会随着扫描体积的增大而增加。
手持式 3D 扫描仪可以在物体周围手动移动，并且其尺寸限制比台式 3D 扫描仪更少。最便宜的手持式扫描仪能够捕捉的物体尺寸小到篮球，大到整个房间。高端手持式扫描仪的扫描范围更广，适用于所有需要精确测量但台式扫描仪无法扫描的物体。手持式 3D 扫描仪还几乎能够瞬间捕捉物体，因此非常适用于人体工程学和医疗应用中的人体测量（扫描对象不能完全静止）。
如果扫描仪无法覆盖模型的全部区域，则会导致模型出现间隙。大多数扫描软件可以自动修复缺失的微小部分，以创建 3D 可打印模型。但是，修复的部分很难精确再现原始物体的特征。对于要求接近完美精度的部件，自动修复间隙或孔洞并不足够。请阅读我们的 MeshMixer 教程，了解编辑和修复 3D 文件的高级技巧，以便进行 3D 打印。
很多扫描仪使用转盘来增大扫描仪的视野。扫描仪转盘的复杂度会影响捕捉物体的难易程度和完整度：一些扫描仪能够绕多个轴移动物体，从更多角度对物体进行成像。当逆向设计的塑料部件具有较深的凹槽和肋条时，用户无法从单个角度捕捉部件的全貌，此时这一功能便十分重要。
扫描仪可能会旋转物体以捕捉遮挡区域。红色区域受到遮挡，无法扫描这些区域。由于存在遮挡，单轴转盘很难完全捕捉深度起伏的区域。
成本问题很简单；您愿意在扫描仪进行何种程度的投资将反映您的业务预算以及扫描仪的使用频率。成本较高的扫描仪将能够捕捉小物体并创建高度详细的网格，而无需在 CAD 软件中进行大量修补。由于便携性，手持式扫描仪通常也处于价格范围的较高端。低成本扫描市场提供了广泛的选择，但您必须明确自身目标。
3D 扫描对 3D 打印起到了哪些补充作用？
3D 扫描仪扩展了 3D 打印机的功能，支持用户复制几乎任何对象的形状。两种技术共同形成了强大的数字工作流程，可以简化并完善一系列行业的复杂工艺。
3D 扫描仪的输出为三角网格，能够按真实的比例显示物体的表面情况。在某些情况下，3D 扫描可以直接用于复制对象，无需任何 CAD 工作。结合实体 CAD 模型与扫描 3D 模型的混合工作流程也很强大。例如，定制人体工程学捕捉人体一部分的物理印记，并将它们与机械设计相结合。
通过结合 3D 打印机和 3D 扫描仪来实现强大的工作流程：
在汽车供应商 Brose，现有部件在通过 3D 打印制造之前都要经过 3D 扫描和调整。
口内扫描仪正在成为牙科和正畸诊所（如 Alvetro Orthodontics）的行业标准，逐步取代传统手工取模。
矫形专业医疗供应商，如 Kriwat GmbH，使用 3D 扫描获取足部印模，用于生产自定义鞋垫。
在儿科康复中心 Romans Ferrari，3D 扫描和 3D 打印技术被用于制作治疗面部烧伤的自定义压力面罩。
测试 3D 打印精度：计量和高精度 3D 扫描
应用计量学是部件尺寸的测量，对于包括 3D 打印在内的所有制造过程都是必不可少的。形朗 (Formlabs) 在产品开发期间使用 3D 扫描来测量和验证新 SLA 材料的准确性。3D 扫描是 3D 打印部件最通用的计量工具，测得的表面往往比用微米甚至 CMM（接触式测量机）测量的更复杂。
计量级扫描仪和扫描软件支持通过将扫描输出与源模型进行比较来测量精确度。模型根据选定的参考点对齐，软件执行偏差分析，识别打印表面与源文件不同的区域。
偏差分析描绘了部件精确度的统计图。然而，整个 3D 打印部件的准确性并不总是完全一致。例如，受支撑的表面不如顶部表面准确，并且固化后收缩对大跨度部件的影响更大。
构建包含 3D 扫描和 3D 打印的数字工作流程
3D 扫描仪和 3D 打印机是各行各业数字工作流程中不可或缺的组成部分，可为工程、产品设计等多个领域的工作流程提供强大支持。
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