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解析3D立体扫描技术(2)

文章来源:pconline 作者:downey 发布时间:2012年06月26日 点击数: 字号:

3D扫描与3D打印结合

三维立体打印属于一种快速成型(Rapid prototyping)技术,是一种由CAD数据(3D扫描数据)通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型,甚至直接制造零件或模具,从而有效的缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。

 
3D打印机实现原理

三维打印机采用分层加工,叠加成型方式来“造型”,会将设计品分为若干薄层,每次用原材料生成一个薄层,再通过逐层叠加获得3D实体。这一点它与喷墨打印机工作方法十分类似,3DP是一层一层地印,而喷墨打印机是一条直线一条直线地喷,通过若干直线的叠加形成图像。它通过对电脑中三维软件的识别,进行STL(三角网格格式)转换,再结合切层软件确定摆放方位和切层路径,并进行切层工作和相关支撑材料的构造。

 
时尚用3D打印

最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来,和支撑材料自下而上,一次一层的构铸成最终实体。简单的说,可以理解为软件把物体分成若干个横截面,而三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积,最终形成我们所需的实体。

3D打印机可以用各种原料打印三维模型,使用3D辅助设计软件,工程师设计出一个模型或原型之后,无论设计的是一所房子还是人工心脏瓣膜,之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印,打印的原料可以是有机或者无机的的材料,例如橡胶、塑料、甚至是人体器官,不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。

3D扫描揭开1700年前木乃伊性别之谜

据国外媒体报道,英国专家利用先进的3D扫描技术,揭开了一具拥有1700年历史的埃及木乃伊的性别之谜,发现它其实是一个身穿女装的男孩。

这个男孩生活在大约公元350年,专家希望通过医学扫描确定其性别,揭开它身患致命脑出血的谜团。这具木乃伊如今保存在英国艾塞克斯郡的萨福隆·沃尔登博物馆,自1878年在私人收藏中被发现以来,就披上了神秘面纱。2009年的研究发现,木乃伊被具有女性特征的衣物包裹着,胸前穿着锥形胸衣,还戴着女性手镯。

 
该木乃伊具有1700年的历史,CT扫描最终发现这其实是一个身穿女装的男孩

最新CT扫描是在剑桥市阿登布鲁克医院进行的,最终揭开了这个千古谜团,发现这具木乃伊其实只是一个身穿女装的男孩。这些惊人的照片还显示,男孩死时年龄在4到5岁之间,死前颅骨断裂,大脑出血,锁骨碎裂,至于他为何遭受了如此大的伤害,原因还是一个谜。萨福隆·沃尔登博物馆馆长卡罗琳·维格菲尔德(Carolyn Wingfield)说,男孩要比专家最初认为的小两岁或三岁。

她补充说:“我们通过CT扫描获得了木乃伊内脏、骨骼和包裹材料的清晰照片,这些照片证实此人是男性,根据牙齿和骨骼生长判断,他的年龄在四到五岁之间。他的骨骼很坚实,但脑袋右侧太阳穴上方的裂缝清晰可见,而右臂的锁骨还断裂,这些都发生在他死之前。”

 
木乃伊在阿登布鲁克医院接受CT扫描

“大约在死前三周,摔倒或其他厄运可能降临到他的头上。我们没有发现他患病的证据。很显然,他来自一个富裕的家庭,尸体用防腐材料保存,同时用亚麻细布包裹,一根木棒放在后背支撑他的身体。至于他为何被用女人的裹尸布包裹着,原因还是一个谜。”

Drexel 大学研究将3D扫描 / 3D打印技术用以打造机器

光是将3D打印机、3D扫瞄器与自动机器人技术分别应用,就已经可以创造非常多造福人类的用途。不过现在,一群来自 Drexel 大学的科学家正研究将以上三项技术予以融合的全新应用,希望能成功塑造出可供教育与实验用途的小型恐龙骨架模型。

 
3D扫描与3D打印

首先,他们透过 3D 扫瞄器将恐龙骨骼标本先数字化之后,再经由 3D 打印机打造出体积缩小些的等比例模型,科学家们更期望能以此为基础制造出能正常运作的机器人模型,来帮助研究这些恐龙与其他生物在史前环境中的运动原理。此计划预计将于今年完成恐龙的肢体部份,之后一两年间则会将研究方向转为制造出完全复制恐龙运动状态的机器龙模型。不知道未来是否有机会能在科学博物馆里亲眼见到这些恐龙机器人的展出,想必应该会更有置身侏罗纪公园的感觉吧。

酷设计:简易3D扫描

来自NASA实验室的研究员 Andy Barry 用视像头和镭射设备自制了简易3D扫描仪。

 
Andy Barry自制简易3D扫描

Barry 认为市面上的产品都太贵了,他的目标是让这种产品足够便宜以使每个人都可以拥有一台。在大四的时候,他用了3个星期造出原型机,在借下来的寒假里边他改进了机器。而在实验室的这个夏天里,他已经成功扫描人脸并用塑料制模。另外,这部设备还可以帮助修复受损的塑料物件。

 
Andy Barry自制简易3D扫描

3D扫描仪的设备的工作原理并不复杂,把物件放在摄像头面前然后通过红色镭射光束扫描。当物件靠近摄像头的时候,光束会转移到物件的两侧,再经过电脑计算就可以得出物件的厚度。Barry 希望通过 MakerBot 来销售自己的发明,售价约为200美元。

全文总结:三维扫描系统是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,是对物体空间外形和结构及色彩进行扫描,以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字。

三维扫描系统可以用于建筑和土木工程、加工工业和数字工厂、检测和逆向工程、历史遗产恢复工程、取证和事故现场应用等场合。与三维打印机技术相结合,可以将数据真实化,为科学研究、数据分析,以及我们的生活带来便利。

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