探索便携式三维测量技术产品所带来的非同寻常的可能性 – 第一部分

三维扫描和计量在非工业领域的应用

在众多测量方法中，三维扫描和计量有时被认为是先进的技术和行业之一，只有少数有经验的大师才能拥有。但别担心，先进技术产品的大众化正是我们这个新时代的趋势。你知道吗？如今三维扫描仪及其相关软件套件不仅应用于高端行业，而且还应用于一般行业和利基市场，为用户、消费者和工人带来了诸多好处。

本文涵盖一些您乍看之下不会认为是与计量学、三维扫描、3D 打印和逆向工程有关的背景和应用。其中包括赛车、博物馆学/考古学、兽医解剖学和山地自行车。这些截然不同的行业有什么共同点呢？在某种程度上，他们依靠三维扫描以更有效的方式达到了他们的目标。

保存“希望”

三维扫描仪和摄影测量能否解决超大物体的处理问题？

自 2017 年以来，伦敦的自然历史博物馆是一个名为“希望”的现存最大哺乳动物蓝鲸骨架的所在地。博物馆的核心研究实验室希望对鲸鱼的各种骨骼进行三维扫描，特别是其巨大的头骨。后者的长度约为 6 米，这无疑在操作和移动方面为他们带来了挑战。尽管博物馆研究实验室的工作人员购买了专门用来扫描放置在工作台和其他坚实表面上的物体的三维扫描仪，但这一次他们面临着一种完全不同的情况。

在扫描之前，工作人员给出了一些要求和提示：

• 在这个过程中，骨架很可能会发生移动
• 由于准备尽快展出“希望”，扫描必须很短的时间内完成
• 工程师不得在头骨或下部结构上涂抹任何类型的颜料

考虑到这一点，Creaform 形创公司在英国的一位合作伙伴，即三维测量和扫描服务的领先供应商 Measurement Solutions 公司与该实验室的工作人员一起提出了一个三步行动计划：1) 为摄影测量准备环境；2) 精确地扫描和获取数据；3) 通过实时可视化功能处理数据。

首先，工程师们在头骨上及其周围放置了一些小的反射靶。工程师们通过光学三坐标、摄影测量系统 MaxSHOT 3D,为如“希望”这样的大型项目进行测量。MaxSHOT 3D能以 0.015 mm/m 的精度处理 2 至 10 米长的物体。工程师们采取数字摄影图像来计算每个目标的位置，从而得出了一个长期不变的参考系。由于骨架是由电线悬挂的，容易发生移动，因此动态参考功能（即动态跟踪）是非常重要的。

然后，Measurement Solutions 团队使用 Creaform 形创公司的 MetraSCAN 3D 便携式光学三坐标扫描仪和动态跟踪系统 C-Track，对蓝鲸头骨进行了快速、轻松、完全手持的精确扫描。只要三维扫描仪能在其扫描范围内检测到一些目标点，它就能获取数据，它在空间中的位置同时被 C-Track“跟踪”，而 C-Track 又可以在工作区域内移动，从而可以覆盖更多的表面。

最后，通过使用 Creaform 形创公司的 VXelements 3D测量软件平台，工程师们可以运用三维扫描的实时视图来检测不太清晰的位置、缺失的区域和有待改进的部分。令伦敦自然历史博物馆的科学家们非常高兴的是，整个过程在不到两天的时间内就完成了，Measurement Solutions 的工程师为他们提供了多个经过优化的扫描数据文件，供他们用于未来的研究和获得准确的解剖结构。

打破思维定势

三维扫描系统是否有应用局限性？

本案例给出的答案是否定的。不是吗？为什么不对患有蹄叶炎的动物的四肢进行扫描，并 3D打印一个设备来加强它的腿部、减轻疼痛并促进它的康复呢？

Holly 是一匹来自澳大利亚赛马场的雌性小马。它患有蹄叶炎，这是一种影响蹄和骨之间连接的疾病，是由于流向敏感和不敏感的蹄叶的血流中断所致。随着疾病的恶化，蹄上可能有压力点，它们是引起疼痛和炎症的根源。英联邦科学与工业研究组织（CSIRO）进行了一项兽医临床研究，以评估 3D 打印马蹄铁的有效性。在这项研究之后，古德伍德赛马场团队很想知道这项技术是否能在未来应用于赛马运动。

CSIRO 人员使用 Creaform 形创公司的 HandySCAN 3D 便携式三维扫描仪（由中东的 D2M Solutions FZE 销售的一个旧型号），在 Holly 的蹄子上布置了定位目标点，以采集压力点并获得腿的数字图像。然后，他们通过 3D 打印技术为 Holly 制造了理想的鞋子。在某种程度上，马蹄铁起到了矫形器的作用，使小马快速康复，并使它很快就能再次在赛马场驰骋。

照片来源：FORMA HOOFS –

与 Holly 的情况类似，荷兰 Mike de Kock 赛马场的几匹马也受益于 FormaHoof 制造的 3D 打印模具和聚合物（EquiMold），以纠正马的脚部不对称和脚趾/脚跟不规则问题，并缓解疼痛。这些模具是使用定位目标点对马蹄进行三维扫描的结果，非常准确地显示了马腿之间的不对称性和局部蹄叶的不规则性。从长远的角度来看，这些技术的实施彻底改变了赛马和育种行业，使马匹的表现得到了进一步提高。正如 Mike de Kock 所说的，赛马场在某种程度上可以与 F1 赛马场相提并论。
三维扫描和 3D 打印继续在医学研究领域得到广泛应用
兽医教育机构正愁于无法在实践课上为学生提供真实的解剖标本或身体部位，供学生研究和巩固理论知识。圣保罗大学的一个研究小组在《3D Printing in Medicine》杂志上撰文指出，保存尸体和购置足够的设备的成本很高。
通过使用 Creaform 形创公司的专业级便携式白光三维 扫描仪 Go!SCAN 3D 和 Mojo 3D 打印机，研究人员能够以高精度扫描和复刻一匹成年马的肢体。

IMAGE FROM BMC: https://threedmedprint.biomedcentral.com/articles/10.1186/s41205-019-0050-2

此外，他们没有发现 3D 模型和原始身体部位之间有明显的形状差异。研究小组得出结论，动物骨骼的模型可以用 3D 打印技术复制，用于兽医教育。该塑料复制品很准确，外观与原始物品相似。解剖特征易于识别。

他们表示塑料打印件相对便宜。研究员 Daniela de Alcântara Leite dos Reis 这样总结道：“此外，通过扫描物体，可以创建数字文件，这些文件可以在提供 3D 打印服务的公司那里打印，在机构没有 3D 打印机的情况下，这是一个很有用的方案。”通过 3D 打印制造器官所花费的成本仍然低于采购真实的身体部位。她补充说： “制造出来的模型从解剖学的角度来看包含足够多的细节，算得上是一种替代的教学材料”。

请继续关注我们，阅读另外两个来自自行车和赛车行业的非工业 3D 测量应用的案例！

其他来源：
https://threedmedprint.biomedcentral.com/articles/10.1186/s41205-019-0050-2