Что такое LiDAR и как его использовать для 3D печати?

Вы, вероятно, уже слышали о LiDAR и в этой статье мы расскажем больше об этой технологии. LiDAR, что означает «Обнаружение и определение дальности с помощью света» — это передовой метод дистанционного зондирования, предназначенный для создания точных 3D моделей окружающей среды или объектов. Благодаря способности собирать высокоточные трехмерные данные, эта технология находит применение в таких сферах, как археология, строительство и машиностроение, а также оказывается крайне полезной в комбинации с решениями для 3D печати. Изначально разработанная в 1960-х годах для картографирования обширных территорий, технология значительно эволюционировала и сегодня может встраиваться в 3D сканеры и принтеры для повышения их производительности.

Что такое LiDAR и как он работает?

LiDAR — это технология дистанционного зондирования, использующая лазерные импульсы для измерения расстояний до объектов и поверхностей с целью реконструкции их 3D моделей. Система состоит из лазерного сканера, датчика и процессора. Она испускает миллионы световых импульсов в секунду, которые, отражаясь от поверхностей, улавливаются датчиком и преобразуются в точки. Скопление этих точек формирует так называемое «облако точек», которое представляет собой собранную при сканировании информацию. Процессор обрабатывает данные, измеряя время пролета импульса до объекта и обратно. На основе этих временных данных и углов излучения лазера система вычисляет трехмерные координаты каждой точки, что в итоге позволяет получить чрезвычайно детализированное трехмерное изображение сканируемой среды или объекта.

Различия между LiDAR и фотограмметрией

Хотя и LiDAR, и фотограмметрия преследуют одну цель — создание 3D моделей объектов или мест, — они работают по разным принципам. Фотограмметрия создает трехмерные модели на основе серии двумерных фотографий, снятых с разных ракурсов. В отличие от этого, LiDAR активно сканирует пространство лазерным лучом, создавая облако точек для построения модели.

Точность фотограмметрии сильно зависит от условий освещения, а отражающие или прозрачные поверхности могут вызвать проблемы. LiDAR же отличается высокой точностью даже в условиях слабого освещения и при работе со сложными поверхностями. С точки зрения стоимости фотограмметрия дешевле, так как использует стандартные камеры, но часто требует дополнительной постобработки. LiDAR предоставляет более точные модели, практически не нуждающиеся в доработке, однако сама технология дороже. Таким образом, фотограмметрия — это более простой и экономичный метод, а LiDAR обеспечивает высокую точность ценой больших затрат.

Типы сканеров LiDAR и возможные области применения

Сканеры LiDAR делятся на две основные категории: наземные и воздушные. Наземные лазерные сканеры могут быть статическими, устанавливаемыми на штативы для точного сканирования объектов, или мобильными, размещаемыми на транспортных средствах для картографирования городских улиц. Воздушные лазерные сканеры устанавливаются на самолетах или дронах и используются для картографирования территорий с высоты.

Сферы применения технологии очень широки. LiDAR используется в роботах-пылесосах для навигации, в беспилотных автомобилях для безопасного вождения, в смартфонах для улучшения работы камер и приложений дополненной реальности, а также в картографических сервисах, таких как Google Earth.

3D принтеры и сканеры с системой LiDAR

В настоящее время большинство 3D принтеров не оснащены LiDAR по умолчанию, однако на рынке появляются первые решения. Например, принтер Creality K1 MAX использует LiDAR для контроля первого и последующих слоев печати, что позволяет выявлять аномалии и обеспечивать высокое качество печати. Компания Bambu Lab применяет LiDAR в своей серии X1 для точной регулировки параметров печати. Для пользователей с особыми потребностями возможно самостоятельное интегрирование датчиков LiDAR в кастомные проекты.

Что касается сканеров, то на рынке представлены такие модели, как FJD Trion P1 для внутреннего и внешнего картографирования, или Artec Ray, способный сканировать объекты на расстоянии до 130 метров.

Плюсы и минусы интеграции LiDAR в 3D печати

Ключевое преимущество LiDAR — высочайшая точность и детализация получаемых данных. Цифровые модели практически не требуют постобработки, а обратная связь в реальном времени позволяет оперативно вносить коррективы в процесс производства, оптимизируя рабочий процесс и улучшая качество печати.

Главным недостатком является высокая стоимость технологии, особенно профессиональных решений. Кроме того, работа с плотными облаками точек требует значительных вычислительных мощностей для их обработки в САПР. Также стоит отметить, что производительность датчиков LiDAR, встроенных в мобильные устройства, как правило, уступает специализированным системам.

Итог

LiDAR — это технология сканирования с помощью лазера, которая создает точные 3D модели объектов. В 3D печати она используется для контроля качества: помогает отслеживать дефекты печати в реальном времени и настраивать параметры печати автоматически. В отличие от фотограмметрии, LiDAR работает точно даже в сложных условиях, но требует больших затрат. Несмотря на высокую стоимость, это перспективное направление для улучшения качества и точности 3D печати.

Наши предыдущие статьи: