3D-Scanner-Vergleichstest: Neun Modelle beim Scannen eines Automobilteils

Einleitung

Der Test von neun verschiedenen 3D-Scannern an einem einzigen anspruchsvollen Bauteil zeigt, wie unterschiedliche Scantechnologien mit schwarzen, merkmalsarmen Objekten umgehen, die tiefe Taschen und dünne Wände aufweisen. Dies ist ein häufiges Szenario in der Praxis bei Reverse Engineering und Fertigung. Der Test vergleicht Laser-Scanner, Infrarot-Scanner und Streifenlicht-Scanner, um aufzuzeigen, welche Ansätze für diese anspruchsvolle Geometrie am besten geeignet sind.

Testaufbau und Scanner-Kategorien

Das Testobjekt ist ein schwarzes Kunststoff-Automobilteil: merkmalsarm, mit tiefen Taschen und dünnen Schalen. Diese Art der Geometrie ist typisch für die Automobilfertigung und stellt eine echte Herausforderung für das 3D-Scannen dar, da das Fehlen von Oberflächenmerkmalen und die dunkle Farbe das Tracking für viele Scannertypen erschweren.

In diesem Test sind vier Scanner-Kategorien vertreten. Laser-Scanner verwenden markerbasiertes Tracking und sind in der Regel am teuersten, aber auch am präzisesten. Infrarot-Scanner verfolgen die Geometrie und können mit Markern arbeiten, sind jedoch weniger präzise als Lasersysteme. Streifenlicht-Scanner projizieren Muster und verfolgen die Geometrie, was einen Mittelweg bei Geschwindigkeit und Präzision bietet. Jede Kategorie hat spezifische Stärken und Einschränkungen beim Scannen schwarzer Objekte ohne Sprühbeschichtung.

Laser-Scanner: Revopoint MetroX, Creality Sermoon S1 und Creality Raptor

Laser-Scanner sind für die Arbeit mit Markern konzipiert und liefern die höchste Präzision beim markerbasierten Tracking. Sie funktionieren am besten bei merkmalsarmen Teilen, da die Marker zuverlässige Referenzpunkte bieten.

Der Creality Raptor verwendet sieben parallele Laserlinien und erfasst Daten mit 90 Bildern pro Sekunde. In diesem Test erreichte er einen Genauigkeitsfehler von 22 Mikrometern. Der Raptor kann in einem sehr flachen Winkel zum Drehteller scannen, wodurch er Seitenwände effektiv erfassen kann. Der Sieben-Linien-Ansatz hat jedoch Schwierigkeiten bei tiefen Taschen, da die Wände die Laserprojektion daran hindern, den Boden zu erreichen. Der Spalt zwischen den Rippen und dem Boden des 32 mm tiefen Lochs blieb unerfasst.

Der Creality Sermoon S1 verwendet ebenfalls Laser-Scanning, bietet jedoch neben parallelen Linien auch eine Einzellinien-Option. Er arbeitet mit 90 Bildern pro Sekunde und erreichte in diesem Test einen Genauigkeitsfehler von 32 Mikrometern. Der Einzellinien-Modus ermöglicht es, in tiefe Taschen zu gelangen, die mit dem Sieben-Linien-Ansatz nicht erreichbar sind. Der Sermoon S1 lieferte einen vollständigeren Scan der Taschenböden im Vergleich zum Raptor, erforderte jedoch mehr manuelle Arbeit, um blinde Flecken zu bereinigen.

Der Revopoint MetroX ist ein Laser-Scanner, der langsamer scannte als der Raptor oder der Sermoon S1. Er erreichte einen Genauigkeitsfehler von 136 Mikrometern, was deutlich höher ist als bei den anderen Laser-Scannern. Der MetroX lieferte zudem rauhere Ergebnisse im Loch- und Taschenbereich, und der gesamte Scan war trotz der längsten Scanzeit weniger vollständig. Die Auflösung des geprägten Textes war geringer als beim Raptor und Sermoon S1.

Infrarot-Scanner: Creality Ferret, Otter und Otter Lite

Infrarot-Scanner verfolgen die Geometrie anstelle von Markern und sind darauf ausgelegt, schwarze Objekte ohne Sprühbeschichtung zu scannen. Sie bieten höhere Bildraten als Laser-Scanner, aber eine geringere Präzision.

Der Creality Otter ist ein Infrarot-Scanner, der im Geometrie-Tracking-Modus besser abschneidet als im Marker-Modus. Bei der Verwendung von Markern auf einem schwarzen Objekt führt die Belichtung, die erforderlich ist, um die schwarze Oberfläche zu erkennen, dazu, dass die Marker überbelichtet werden, was das Tracking unzuverlässig macht. Im Geometrie-Modus mit automatischer Belichtung erreichte der Otter einen Genauigkeitsfehler von 17 Mikrometern, was mit den Laser-Scannern konkurrenzfähig ist. Der Otter kann in einem flachen Winkel scannen und erfasst Seitenwände gut. Er erreichte den Boden der tiefen Tasche besser als der Raptor, wenn auch nicht so vollständig wie der Sermoon S1.

Der Creality Otter Lite ist eine kompaktere Version des Otter, jedoch mit geringerer Auflösungsfähigkeit. In diesem Test erreichte er einen Genauigkeitsfehler von 17 Mikrometern und zog damit mit dem vollen Otter gleich. Die Auflösung ist jedoch geringer und der geprägte Text erscheint unscharf. Der Otter Lite wird für das Reverse Engineering kleiner Teile nicht empfohlen, da die Details nicht ausreichen.

Der Creality Ferret ist für größere Objekte konzipiert, etwa in der Größe eines Schuhs. Bei diesem kleineren Teil lieferte er keine brauchbaren Ergebnisse. Der Arbeitsabstand ist größer als bei den Otter-Modellen, was die Auflösung verringert. Der Genauigkeitsfehler lag bei 270 Mikrometern, was für Präzisionsarbeiten viel zu hoch ist. Der Ferret enthält keine Kalibrierungsplatte und ist schlichtweg nicht für kleine, komplexe Geometrien geeignet.

Streifenlicht-Scanner: 3DMakerpro Moose, 3DMakerpro Seal und Matter and Form 3

Streifenlicht-Scanner projizieren ein Muster und verfolgen die Geometrie. Sie scannen langsamer als Infrarot-Scanner, bieten aber in vielen Fällen eine höhere Auflösung als diese.

Der 3DMakerpro Moose hat eine Auflösung von 0,2 mm und einen größeren Erfassungsbereich. Der Seal hat eine Auflösung von 0,15 mm und einen kleineren Erfassungsbereich, wodurch er besser für kleinere Objekte geeignet ist. Beide Scanner tracken mit 10 bis 15 Bildern pro Sekunde, was langsamer ist als bei Infrarot-Scannern. Der Moose und der Seal haben eine identische Tracking-Leistung; der Unterschied liegt hauptsächlich im Erfassungsbereich und der Auflösung.

Der 3DMakerpro Seal erreichte in diesem Test einen Genauigkeitsfehler von 51 Mikrometern. Er lieferte eine gute Oberflächenqualität und trackte gut, erzeugte jedoch etwas Rauschen an den Rändern. Die Auflösung ist im Small-Modus mit dem Otter vergleichbar. Der Seal kann kontrastreiche Oberflächen nicht gut scannen; wenn ein Objekt sowohl weiße als auch schwarze Bereiche aufweist, hat der Scanner Schwierigkeiten, es sei denn, es wird Spray aufgetragen, um den Kontrast zu verringern.

Der Matter and Form 3 ist ein Streifenlicht-Scanner mit einem aktuellen Firmware-Update, das das Scannen schwarzer Objekte verbessert hat. Er enthält eine 13-Megapixel-Kamera, die beim Scannen kleinerer Objekte eine höhere Auflösung bietet als der Raptor. Die neue Firmware ermöglicht die Anpassung der Projektorhelligkeit, wodurch das Scannen schwarzer Objekte wesentlich zuverlässiger ist als zuvor. In diesem Test erreichte er einen Genauigkeitsfehler von 90 Mikrometern. Einige sehr dünne Wände wurden nicht erfasst, aber die allgemeine Verbesserung bei der Handhabung schwarzer Objekte ist signifikant. Die Verarbeitungszeit ist länger als bei anderen Scannern, insbesondere bei hoher Auflösung.

Vergleich von Genauigkeit und Vollständigkeit

Ein Genauigkeitsfehler von unter 50 Mikrometern ist im Allgemeinen für CNC-Fräsen, FDM-Druck oder Harzdruck akzeptabel. Teile, die aus Scandaten mit diesem Präzisionsgrad hergestellt werden, passen korrekt zusammen.

Der Otter erreichte mit 17 Mikrometern den niedrigsten Genauigkeitsfehler, gleichauf mit dem Otter Lite. Der Raptor erreichte 22 Mikrometer und der Sermoon S1 32 Mikrometer. Diese drei Laser- und Infrarot-Scanner sind für präzise Reverse-Engineering-Arbeiten geeignet.

Der MetroX mit 136 Mikrometern, der Ferret mit 270 Mikrometern und der Matter and Form 3 mit 90 Mikrometern liegen außerhalb des akzeptablen Bereichs für Arbeiten mit engen Toleranzen. Der Seal liegt mit 51 Mikrometern knapp über dem Schwellenwert.

Neben der Genauigkeit spielt die Vollständigkeit des Scans eine Rolle. Der Sermoon S1 erfasste den Boden der tiefen Tasche besser als der Raptor, da der Einzellinien-Modus Bereiche erreichen kann, die durch Wände blockiert sind. Der Otter erfasste Seitenwände gut und erzeugte eine glatte Oberfläche. Der MetroX lieferte rauhere Ergebnisse im Loch- und Taschenbereich, was bei der Lokalisierung von Lochpositionen zu Problemen führen könnte.

Bei der Auflösung von geprägtem Text lieferte der Raptor die schärfsten Details, dicht gefolgt vom Sermoon S1. Der MetroX hatte trotz der gleichen 0,15 mm Fusion-Einstellung eine geringere Auflösung. Der Otter lieferte eine gute Auflösung mit glatter Oberflächenqualität. Die Auflösung des Otter Lite war für Detailarbeiten zu gering.

Fazit

Für das Reverse Engineering kleiner schwarzer Teile mit tiefen Taschen und dünnen Wänden bietet der Creality Otter im Geometrie-Modus das beste Gleichgewicht aus Genauigkeit, Vollständigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Der Sermoon S1 ist die beste Wahl unter den Laser-Scannern, wenn Sie tiefe Taschen erreichen müssen. Der Raptor ist eine solide Alternative, wenn Sie den traditionellen Laser-Ansatz bevorzugen. Der Ferret und der Otter Lite sind für diese Art von Arbeit nicht geeignet. Der Matter and Form 3 hat sich mit der neuesten Firmware deutlich verbessert, liegt aber in diesem speziellen Test immer noch hinter dem Otter und den Laser-Scannern zurück. Die Wahl hängt von Ihrem Budget, der Größe der Objekte, die Sie normalerweise scannen, und davon ab, ob Sie höchste Präzision benötigen oder für schnelleres Scannen eine etwas geringere Genauigkeit in Kauf nehmen können.