Published in: التحكم الآلي

آلات النسخ ثلاثية الأبعاد – ما هي الماسحات المكتبية ثلاثية الأبعاد؟

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 28 سبتمبر، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

يمكن تصنيف الماسحات ثلاثية الأبعاد (3D scanner types) إلى عدة فئاتٍ حسب التصميم، والمواصفات الفنية، ومجالات التطبيق. سنكتشف المجموعة الكاملة من الماسحات ثلاثية الأبعاد المتوفرة في السوق من الماسحات المكتبية إلى الماسحات المحمولة، وأنظمة القياس الصناعية، وحتى تطبيقات النسخ في الهاتف الذكي. ^[1]

الماسحات المكتبية ثلاثية الأبعاد (Desktop 3D scanners)

تمَّ تصميمها لإجراء مسحٍ ثلاثي الأبعاد للأجسام الصغيرة، والمتوسطة الحجم، وتسمّى أيضًا الماسحات الثابتة، وهناك نوعان رئيسيان من الماسحات المكتبية ثلاثية الأبعاد، وهما:

1- ذات الإطار المغلق (Closed frame)

بفضل منطقة المسح المغلقة، توفر هذه الماسحات بيئةً ُّ فيها التحكم بمستوى السطوع، وتُعتبر أفضل حلٍّ، مثلاً: تطبيقات النسخ للمجوهرات، أو الأسنان حيث تتطلب دقة نسخٍ عالية. تبدو الناسخات المكتبية المغلقة بشكلٍ أساسي، مثل: صندوق متصلٍ بجهاز حاسوب، حيث يمكن للمستخدم وضع الجسم المُراد نسخه داخلها.

2- ذات الإطار المفتوح (Open-framed)

تعدُّ هذه الماسحات أكثر مرونةً من حيث حجم المسح، ولكن في معظم الحالات يجب استخدامها في غرفةٍ ذات إضاءةٍ متجانسة، وإضاءةٍ متوسطة ليست شديدة السطوع أو خافتة للغاية، وتتكون الماسحات ذات الإطار المفتوح من جهاز إرسالٍ ضوئي، وكاميرا واحدة أو أكثر، وغالبًا ما يتمُّ تثبيتها على حاملٍ ثلاثي القوائم لتحقيق الاستقرار والدقة، وتأتي غالباً الماسحات المكتبية مع قرصٍ دوار، ليتمكن من التقاط الجسم بشكلٍ كاملٍ من كافة الزوايا للحصول على شكلٍ ثلاثي الأبعاد أكثر دقة.

تستخدم الماسحات المكتبية عادةً تقنية المسح بالتثليث الليزري (Laser triangulation)، أو تقنية المسح بالضوء المنتظم (Structured lightk)، ويمكن استخدام الماسحات المكتبية للتطبيقات الطبية، مثل: أعمال تعويضات الأسنان، والمساعدات السمعية، والهندسة العكسية، وأيضاً للترفيه، والمجوهرات، وفي تطبيقات النماذج الأولية، وغيرها يمكن أن تتراوح أسعار الماسحات المكتبية ثلاثية الأبعاد من بضع مئات من الدولارات للماسحات ذات المستوى المبتدئ إلى عشرات الآلاف من الدولارات للماسحات المتقدمة والاحترافية. ^[1]

الماسحات ثلاثية الأبعاد المحمولة (Portable) والمحمولة باليد (Handheld) واللاسلكية (Wireless)

تمَّ تصميم الماسحات المحمولة، والماسحات المحمولة باليد، ليتمَّ نقلها وحملها وتشغيلها يدويًا. يوجه الشخص الذي يحمل الماسح الجهاز نحو الجسم لالتقاطه من زوايا مختلفة، والحصول على نموذجٍ ثلاثي الأبعاد، وعلى الرغم من كونها محمولةٌ باليد، لكن معظم هذه الماسحات ليست لاسلكية لأنها تحتاج إلى توصيلها بجهاز حاسوبٍ عبر USB، ومصدر طاقة، لذلك فإن مسافة التنقل محدودةٌ إلى حدٍّ ما، ويوجد عددٌ قليلٌ من الماسحات المحمولة تكون لاسلكيةً بالكامل. ^[1]

الماسحات ثلاثية الأبعاد الاحترافية (Professional) والصناعية (Industrial) وماسحات إجراء القياسات (Metrology)

تمّ تصميم الماسحات الاحترافية، والماسحات الصناعية للحصول على معايير عاليةٍ من الدقة، والتفاصيل للتطبيقات الاحترافية، مثل: القياس الدقيق، والفحص، وكذلك تصميم المنتجات، مثل: الماسحات المُصمّمة خصيصًا لقياس الدقة، والتي تسمّى أيضًا آلات قياس الإحداثيات CMM.

يوجد العديد من الأشكال والأحجام للماسحات الصناعية المُصمّمة لتوافق حالات استخدام محددة، وأكثر حالات الاستخدام انتشاراً في أنظمة المسح ثلاثي الأبعاد المتقدمة المُسمّاة بالهندسة العكسية، وأنظمة فحص أجزاء الآلات والصيانة.

عادةً ما تكون أنظمة النسخ ثلاثية الأبعاد الاحترافية باهظة الثمن، ويمكن أن تتكون من عدة عناصر (أجهزة معايرة، دلائل، حساسات نسخ، أذرع آلية)، ويمكن أن يتراوح سعر هذه الأنظمة من عشرات الآلاف من الدولارات إلى أكثر من مئة ألف دولار للأنظمة المتطورة، والأوتوماتيكية المخصصة للبيئات الصناعية. ظهرت بعض الماسحات المُخصّصة لإجراء القياسات بأسعارٍ معقولة خلال السنوات الأخيرة الماضية. ^[1]

ماسحات جسم الإنسان ثلاثية الأبعاد (3D Body scanner)

تشمل هذه الفئة الأجهزة والأنظمة القادرة على إجراء مسحٍ ثلاثي الأبعاد لجسم الإنسان، وأجزاء الجسم البشري أي الوجه، واليدين، والقدمين، وغالبًا ما تُصمّم كغرفٍ ضخمة، فيحاط الشخص بحساسات أو يقف على منصّةٍ دوارة، وبعض الماسحات المحمولة تناسب أيضاً مسح جسم الإنسان، وهي قادرةٌ على إجراء مسحٍ ثلاثي الأبعاد لشخصٍ كاملٍ بالألوان في أقلّ من دقيقة.

وتستخدم معظمها طريقة النسخ التصويري، وهي طريقةٌ سريعة، ولكنها تتطلب الكثير من الكاميرات، والصور، والإضاءة المنتظمة، وتوفر هذه الطريقة دقةً عالية، ولكن يجب على الشخص أن يقف بسكونٍ تامٍّ لبعض الوقت، وتستخدم أنظمة ماسحات جسم الإنسان في التطبيقات الطبية، واللياقة البدنية، والأزياء، والتماثيل المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي أيضًا من بين العديد من تطبيقات ماسحات جسم الإنسان الموجودة اليوم. ^[1]

ماسحات الأسنان ثلاثية الأبعاد داخل الفم لأطباء الأسنان Intraoral 3D scanners for) dentists)

يمكن لمختبرات الأسنان استخدام الماسحات المكتبية ثلاثية الأبعاد لإجراء نسخٍ لطبعات الأسنان، كما يمكن لأطباء الأسنان أيضًا استخدام ماسحات ثلاثية الأبعاد داخل الفم لإجراء نسخٍ مباشرةٍ للأسنان داخل فم المريض، وتبدو هذه الماسحات تقريبًا مثل فرشاة الأسنان الكهربائية الكبيرة.

فهي طويلةٌ ورفيعةٌ من أجل التقاط أسنان المريض ولثّته من جميع الزوايا، ومن خلال بيانات المسح ثلاثي الأبعاد الناتجة، يمكن لمختصّي طب الأسنان تعديل الغرسات السنّية التي تناسب المريض بسرعةٍ وسهولة، ويمكن بعد ذلك تصنيع هذه الغرسات، وغيرها باستخدام فارزة CNC، أو طابعة ريزين ثلاثية الأبعاد، أو بطابعة معادن ثلاثية الأبعاد. ^[1]

تطبيقات المسح ثلاثي الأبعاد للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية

هناك العديد من تطبيقات المسح ثلاثي الأبعاد التي يمكن استخدامها على الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، وتعتمد تطبيقات المسح هذه على حساسات الجهاز والكاميرا، وغالبًا ما تستخدم البيانات التصويرية لإنشاء نموذجٍ ثلاثي الأبعاد.

معظم تطبيقات المسح ثلاثي الأبعاد قادرةٌ على التقاط الألوان، ويعتمد الأداء العام لها على دقة كاميرا الهاتف الذكي، أو الجهاز اللوحي، وظروف الإضاءة. في بعض الأحيان يجب توصيل جهاز خاص (Dongle) مزودٍ بحساساتٍ، أو كاميرات إضافية يوصل مع الهاتف الذكي، أو الجهاز اللوحي حتى يعمل تطبيق الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد. ^[1]