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Fraunhofer entwickelt den als 3D-Scanner fungierenden Roboterarm CultArm3D

Auf 25. Februar 2021 von Isabell I. veröffentlicht
Fraunhofer CultArm3D

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist immer und immer wieder dank ihrer Erfindungen in aller Munde. Die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung betreibt in Deutschland derzeit 75 Institute und Forschungseinrichtungen, wobei dieses Mal das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (kurz Fraunhofer IGD) einen großen Fortschritt erzielen konnte. Fraunhofer IGD entwickelte einen mobilen 3D-Scanner namens CultArm3D, der auf Knopfdruck präzise 3D-Modelle von Ausstellungsstücken verschiedener Größe anfertigen kann. Das Produkt – wie es der Name schon verrät – soll vor allem in Museen für die Digitalisierung von Kulturgütern zum Einsatz kommen. Erfolgreich umgesetzt wurde dieses Projekt in Zusammenarbeit mit dem dänischen Kamerafabrikanten Phase One. 

Fraunhofer CultArm3D

Bildnachweis: Fraunhofer

Der Abteilungsleiter am Fraunhofer IGD, Pedro Santos, und sein Team beschäftigen sich bereits seit vielen Jahren mit dem Thema großformatige 3D-Scan-Technologien und Digitalisierung von Kulturgütern. Warum Forschungen in diesem Bereich so wichtig sind, erklärt Herr Santos selbst: „3D-Modelle haben eine enorme Bedeutung für die Forschung und können helfen, Objekte und ihre Herkunft besser zu verstehen und ihre Eigenschaften zu analysieren. Sie sind aber auch die Grundlage für eine Visualisierung in Virtual- und Augmented Reality und bei der Erstellung farbechter physischer Repliken im 3D-Druckverfahren.“ Außerdem können Wissenschaftler 3D-gedruckte Kulturgüter nach Belieben untersuchen und vergleichen, ohne in der Angst zu leben, das Original zu beschädigen – denn Ausstellungsstücke im Original sind oft alt, zerbrechlich und fragil. Aus diesem Grund wurde beim CultArm3D besonderer Wert auf die Sicherheitsvorkehrungen zum Schutz der Scanobjekte gelegt. Beispielsweise rasten die Gelenke des Scanarms bei Stromfall umgehend ein. 

Andere Eigenschaften, die der 3D-Scanner ebenso erfüllen musste, waren: Ergebnisse in höchster Qualität und ein leicht zu bedienendes System. Wie konnte das erreicht werden?

Ausstattung des CultArm3D

Der CultArm3D ist mit einer Phase One iXG 100 Megapixel Kamera und den autonomen Scanalgorithmen des Fraunhofer IGD ausgerüstet und durch speziell entwickelte Ringlichter für eine optimale Ausleuchtung ergänzt. Dies ermöglicht den eigenständigen Scan von Objekten aus allen Winkeln und eine hochwertige detaillierte 3D-Darstellung in kürzester Zeit. Herausfordernd bei der Entwicklung war der Fakt, dass kein Objekt dem anderen gleicht, wobei Objekte mit anspruchsvollen Oberflächengeometrien, wie zum Beispiel glänzende oder reflektierende Objekte aus Gold und Bronze mit komplexen Hinterschneidungen, besonders anspruchsvoll waren. Es gelang jedoch, die Herausforderung zu meistern und das macht sogar den Einsatz von mattierendem Spray zur Erfassung der Geometrie bei reflektierenden Oberflächen überflüssig. Zudem minimiert (oder eliminiert) die Verwendung des CultArm3D manuelles post-processing der 3D-Modelle bei komplexen Objektgeometrien. 

Eine einfache Bedienbarkeit

Der Betrieb des Scanarms soll unkompliziert sein und vom Museumspersonal selbstständig durchgeführt werden können. Bei der ersten Einrichtung führt eine integrierte Software durch einen kurzen Kalibrierprozess, der nur einmalig durchgeführt werden muss. Die Kulturgüter werden in der Mitte des mitgelieferten Drehtellers positioniert und auf Knopfdruck startet der Scanvorgang. Der Benutzer der Maschine kann nun ganz entspannt den Vorgang beobachten: Zuerst wird ein schneller Vorabscan durchgeführt, um ein erstes grundlegendes Verständnis der Größe und Form des individuellen Objekts zu erhalten. Dann stellt eine dynamische Ansichtenplanung während des Scanprozesses sicher, dass alle für den Sensor sichtbaren Details des Objekts, mit der minimalen Anzahl von Bildern, in optimaler Schärfe und farbecht erfasst werden. Die dynamische Ansichtenplanung setzt ihre Arbeit so lange fort, bis die vom Benutzer definierten Qualitätsziele hinsichtlich minimaler Abdeckung und Auflösung erreicht werden. Das fertiggestellte 3D-Modell kann anschließend in verschiedenen Formen ausgestellt werden: als hochaufgelöstes Video in 2D oder 3D, als 3D-Web-Modell, für Virtual- und Augmented Reality Präsentationen oder als Druckdatei für einen 3D-Drucker. 

Tatsächlich ist der Scanarm in seinen bisherigen Entwicklungsstufen bereits bei mehreren Museen und Archiven im Einsatz – nicht zuletzt aufgrund seines leichten Gewichts, das ihn leicht zu transportieren macht. Die daraus resultierenden Evaluierungen aus der Praxis versorgen die Entwicklern mit wertvollen Hinweisen für Verbesserungen. Ab 2022 ist dann ein Vertriebskanal über Phase One geplant. Bis dahin können sich Museen bei Interesse an einer Kooperation direkt an das Fraunhofer IGD wenden.

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Ein Kommentar

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  1. Mo sagt:

    Super! Im Video sieht man auch den hohen Detailgrad der Technologie. Eine sehr beeindruckende Lösung.

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