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Anleitung: Kostenlos 3D-Scannen

Um einen 3D-Scan selbst zu erstellen braucht man nicht mehr als Gratis-Software und eine Handykamera. Dabei hat der gratis angefertigte 3D-Scan eine überzeugende Qualität. Wir haben für unser Tutorial dasselbe Bauteil einmal mit Gratis-Software und Handykamera und einmal mit einem Profi 3D-Scanner digitalisiert. Die Bilanz: Der kostenlose 3D-Scan weicht im Durchschnitt nur gerade einmal 0,2 mm von dem Profiscan ab.

Eine englische Version des Tutorials finden Sie hier.

In diesem Tutorial zeigen wir Schritt für Schritt, wie man nur mit Hilfe von kostenloser Software und einer Handykamera einen 3D-Scan selbst herstellen kann. Wir haben dafür ein Bauteil aus einem alten VW Käfer verwendet, einen sogenannten „Tankgeber“.

Für unser Tutorial haben wir diese kostenlos erhältliche Software benutzt:

Videoanleitung

Gratis 3D-Scan Tutorial

Schritt 1: Manuelle Vermessung des Bauteils

Vermessung des Tankgebers mit dem Messschieber
Vermessung des Tankgebers mit dem Messschieber

Zuerst muss das Bauteil manuell vermessen werden, um es später in der Software skalieren zu können. Um Fehler zu minimieren und Ausreißer zu vermeiden, messen wir an mindestens drei verschiedenen Stellen und ermitteln dann den durchschnittlichen Durchmesser des Tankgebers: 76,2 mm

Dieses Maß wird später noch wichtig, da ein Nachteil der Photogrammetrie darin liegt, dass der 3D-Scan selbst keine Maße ausgibt. Die Software berechnet das 3D-Modell aus den bereitgestellten Fotos und kann dabei keine absolute Messgröße erfassen. Deshalb muss ein Referenzmaß angefertigt werden.

Schritt 2: Fotosets erstellen

Fotografieren des Tankgebers mit der Handykamera
Fotografieren des Tankgebers mit der Handykamera

Das Bauteil wird auf ein Podest gestellt (wir haben eine einfache Box verwendet) und wird mit der Handykamera abfotografiert. Dabei bewegt man sich kreisförmig um das zu scannende Objekt herum und macht mindestens 100 Fotos aus allen möglichen verschiedenen Blickwinkeln.
Eine gute Beleuchtung ist dabei entscheidend für eine gute Fotoqualität – und damit auch für einen guten Scan. Das Licht sollte möglichst diffus sein, also keine Schatten werfen. Leuchtstoffröhren sind sehr gut geeignet. Auch sollte das Objekt eine stark abgegrenzte Geometrie haben und nicht zu stark glänzen oder reflektieren. Ein Kreidespray aus dem Baumarkt kann hier Abhilfe schaffen. Es lässt sich nach dem Scan einfach wieder abwischen. Wir machen zwei 3D-Scans und damit zwei Fotosets: Einmal steht unser Tankgeber auf dem Flansch und einmal umgekehrt auf dem Kopf, damit wir auch das innere abfotografieren können.

Schritt 3: 3D-Modell erstellen (Photogrammetrie) in Meshroom

Meshroom Photogrammetrie Software
Meshroom Photogrammetrie Software

Im nächsten Schritt importiert man alle Fotos in die Software Meshroom. Dies funktioniert ganz einfach per Drag&Drop. Nachdem alle Bilder importiert sind berechnet die Software das 3D-Modell ganz automatisch. Man klickt dafür nur „Start“. Das fertige 3D-Modell kann danach als STL-Datei exportiert werden.

Viele Anwender haben das Problem, dass Sie das 3D-Modell, das durch Meshroom erzeugt wurde nicht finden können.

Wenn Sie das erste mal den “Start” Button klicken, fragt Meshroom wo der Cashe-Ordner gespeichert werden soll.

Nachdem Meshroom das 3D-Modell aus den Fotos berechnet hat, finden Sie die OBJ-Datei im Cashe- Ordner, im Unterordner Meshing.

Im Unterordner “Meshing” ist das 3D-Modell als OBJ gespeichert.

Schritt 4: Cleanup des 3D-Scans in Meshlab

Auswählen des Buttons „Select Faces in a Rectangular Region“ in Meshlab
Auswählen des Buttons „Select Faces in a Rectangular Region“ in Meshlab

Die STL-Datei wird nun in die Software Meshlab importiert. Hier führt man den sogenannten Cleanup durch. Dabei wird alles wieder aus dem 3D-Scan entfernt, was nicht zum Bauteil gehört. Dafür wählt man die Funktion „Select Faces in a Rectangular Region“. So kann man alle überflüssigen Bereiche manuell rot markieren und mit einem Druck auf „Entfernen“ verschwinden lassen.

Überflüssige Bereiche sind rot markiert
Überflüssige Bereiche sind rot markiert

Wir führen dasselbe Cleanup auch für unseren zweiten 3D-Scan durch, in dem der Tankgeber auf dem Kopf steht. Nachdem die überflüssige Geometrie komplett entfernt ist, können die Scans wieder als STL-Dateien exportiert werden.

Schritt 5: Vermessen und Skalieren in Netfabb

Um die Scans zu vermessen und anzupassen, importieren wir die STL-Dateien in die Software Netfabb und klicken auf „Messen“. Zusätzlich passen wir die Größe des Scans mit Hilfe des zuvor bestimmten Referenzmaßes an.

Messen des 3D-Scans in Netfabb
Messen des 3D-Scans in Netfabb
Bestimmung des Außenradius in Netfabb
Bestimmung des Außenradius in Netfabb

Der Außenradius des Flansch wird mit 6,98 mm angezeigt. Unsere manuelle Vermessung hat jedoch einen Durchmesser von 76,2 mm ergeben. Um den Skalierungsfaktor zu erhalten, teilen wir nun 76,2 mm durch 6,98 mm, was einen Faktor von 10,91 ergibt. Mit diesem Faktor können wir nun den 3D-Scan skalieren und erhalten so das Originalmaß.

Einfügen des Skalierungsfaktors in Netfabb
Einfügen des Skalierungsfaktors in Netfabb

Schritt 6: Verbinden und Neuausrichtung der 3D-Scans in Meshlab

Die beiden skalierten 3D-Scans werden nun wieder nach Meshlab importiert. Dort kann man sie nun neu ausrichten und zusammenführen. Die Neuausrichtung und Verbindung der Scans heisst „Alignment“.

Importieren der 3D-Scans nach Meshlab
Importieren der 3D-Scans nach Meshlab
Klicken Sie auf den Button “Align”
Klicken Sie auf den Button “Align”
Wählen Sie den oberen 3D-Scan aus und klicken Sie auf “Glue Here Mesh”
Wählen Sie den oberen 3D-Scan aus und klicken Sie auf “Glue Here Mesh”
Wählen Sie den unteren 3D-Scan aus und klicken Sie auf “Point Based Glueing”
Wählen Sie den unteren 3D-Scan aus und klicken Sie auf “Point Based Glueing”

Damit die Software die beiden 3D-Scans korrekt zusammenfügen kann, müssen mindestens drei übereinstimmende Punkte auf beiden Scans manuell ausgewählt werden. Durch einen Klick auf „Process“ verbindet die Software nun die Scans zu einem 3D-Modell.

In diesem Fenster wählen Sie die übereinstimmende Geometrie in beiden 3D-Scans
In diesem Fenster wählen Sie die übereinstimmende Geometrie in beiden 3D-Scans

Jetzt braucht es noch einmal ein bisschen Feinarbeit mit Hilfe der Funktion „Select Faces in a Rectangular Region“, um sich überschneidende Flächen und doppelte Geometrie zu entfernen.

Entfernen Sie doppelte Geometrie mit der Funktion „Select Faces in a Rectangular Region“
Entfernen Sie doppelte Geometrie mit der Funktion „Select Faces in a Rectangular Region“

Zum Abschluss wählen Sie den oberen 3D-Scan aus und machen Sie einen Rechtsklick. Wählen Sie „Flatten Visible layers“. Beide 3D-Scans werden dadurch fusioniert. Der 3D-Scan des Tankgebers ist nun fertig und kann als STL-Datei exportiert werden.

Schritt 7: Vergleich des Gratis-3D-Scans und des Profiscans in GOM-Inspect

Zum Abschluss wollen wir noch überprüfen, wie genau der kostenlose 3D-Scan wirklich ist. Dafür haben wir unseren Tankgeber vorab schon mit dem Profi 3D-Scanner Space Spider von Artec gescannt. Die Software GOM Inspect ermöglicht es uns, Abweichungen zwischen den beiden Scans zu bestimmen. Dies ist der sogenannte Soll/Ist-Vergleich.

Kostenlos 3D-Scannen
Soll-Ist-Vergleich von Gratis-3D-Scan und Profi-3D-Scan in GOM Inspect

Hier überzeugt der Gratisscan mit einer durchschnittlichen Abweichung von gerade einmal 0,2 mm vom Profiscan.

Download

Wir stellen Ihnen sowohl den gratis 3D-Scan als auch den Profi 3D-Scan zum Download zur Verfügung. Auch den Soll/Ist-Vergleich können Sie hier herunterladen:

Fazit

Wir sind von der geringen Abweichung des gratis 3D-Scans positiv überrascht. Das 3D-Scan-Ergebnis hat uns trotz der Anwendung einfacher Mittel wie einer Handykamera und kostenloser Software überzeugt. Die Genauigkeit des Scans von 0,2 mm haben wir bisher nur im Profi-3D-Scanner Bereich vermutet.

Trotzdem haben Profiscanner durchaus ihre Berechtigung: Der kostenlose 3D-Scan mit Photogrammetrie hat ganze 3 Stunden gedauert und ist damit sehr aufwändig. Der Profiscan mit dem Artec Space Spider dauert dagegen gerade einmal 15 Minuten. Darüber hinaus sind Profigeräte geeicht und garantieren ein genaues Ergebnis – auch bei der Vermessung von kritischen Bauteilen.

Holocreators GmbH bietet Ihnen einen 3D-Scan Service und die 3D-Datenoptimierung an. Sollten Sie ein Projekt haben, bei dem der Einsatz von Profi-3D-Scannern und einer garantierten Genauigkeit ab 0,1mm bis 0,005mm erforderlich ist, dann rufen Sie uns gerne an +49 40 48 11 33 oder schreiben eine E-Mail: info@holocreators.com.
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