{"id":62359,"date":"2025-05-27T00:01:51","date_gmt":"2025-05-26T22:01:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=62359"},"modified":"2025-05-26T10:46:15","modified_gmt":"2025-05-26T08:46:15","slug":"leitfaden-was-ist-lidar-270520251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/leitfaden-was-ist-lidar-270520251\/","title":{"rendered":"Was ist LiDAR und wie wird es im 3D-Druck eingesetzt?"},"content":{"rendered":"

Wenn Sie diesen Artikel lesen, haben Sie sicherlich schon von LiDAR geh\u00f6rt und sind neugierig darauf, was es ist und wie es funktioniert. LiDAR, die Abk\u00fcrzung f\u00fcr Light Detection and Ranging<\/em> oder Laser Imaging Detection and Ranging<\/em>, ist eine fortschrittliche Fernerkundungstechnologie, mit der Sie 3D-Modelle<\/a> von Orten oder Objekten erstellen k\u00f6nnen. Das System ist in der Lage, dreidimensionale Daten mit einer solchen Pr\u00e4zision zu erfassen, dass es die Realit\u00e4t perfekt abbildet. Das LiDAR-System wird in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Arch\u00e4ologie und im Bauwesen, und ist besonders n\u00fctzlich, wenn es in 3D-Druckl\u00f6sungen<\/a> integriert wird. Da es sich um ein schnelles und genaues System handelt, wird es derzeit zur Unterst\u00fctzung des Fahrens von autonomen, d. h. fahrerlosen Fahrzeugen eingesetzt.<\/p>\n

Erfunden wurde die Technologie in den 1960er Jahren, um gro\u00dfe Gel\u00e4ndefl\u00e4chen zu kartieren und zu vermessen, und hat sich mit der Integration von GPS- und INS-Systemen (Inertial Navigation System) exponentiell weiterentwickelt. Es handelt sich au\u00dferdem um eine Technologie, die sowohl in 3D-Scanner<\/a> als auch in 3D-Drucker integriert werden kann, um deren Leistung zu optimieren. In diesem Artikel gehen wir im Detail darauf ein, was LiDAR ist, wie es funktioniert, welche Anwendungen es gibt und vor allem, wie man es in den 3D-Druckprozess integriert.<\/p>\n

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Ein aus luftgest\u00fctzten LiDAR-Daten in der Punktwolke erstelltes 3D-Modell (Bild: ResearchGate – Kenji Omasa)<\/p><\/div>\n

Was ist LiDAR und wie funktioniert es?<\/h2>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, handelt es sich bei LiDAR um ein Fernerkundungsinstrument, das Laserimpulse verwendet, um die Entfernung von Objekten und Oberfl\u00e4chen zu messen und anschlie\u00dfend 3D-Modelle von ihnen zu erstellen. Das LiDAR-System besteht aus einem Laserscanner, einem LiDAR-Sensor und einem Prozessor, der f\u00fcr die Berechnung und Erstellung einer LiDAR-Punktwolke ben\u00f6tigt wird. Mithilfe eines Laserstrahls, der einer bestimmten Wellenl\u00e4nge folgt, sendet dieses System Millionen von Lichtimpulsen pro Sekunde aus, die sich in Richtung einer zu scannenden Oberfl\u00e4che oder eines Objekts ausbreiten. Die Pulse werden dann in Punkte umgewandelt, die das System erkennt. Diese erm\u00f6glichen es, eine LiDAR-Punktwolke zu erstellen, die auch als Punktwolke bezeichnet wird und eine Gesamtheit von Punkten innerhalb eines einzigen Scans darstellt. Der Prozessor des LiDAR-Systems verarbeitet die gesammelten Daten, indem er sie nach der Flugzeit (Time of Flight, ToF<\/em>) misst, also nach der Flugzeit, die ein einzelner Laserimpuls ben\u00f6tigt, um zum Objekt und zur\u00fcck zum Sensor zu gelangen. Die Messungen und 3D-XYZ-Koordinaten jedes Punktes werden durch die Kombination der vom Laserstrahl erzeugten vertikalen und horizontalen Winkel ermittelt. Da die Anzahl der Punkte nicht nur sehr dicht, sondern auch sehr pr\u00e4zise ist, entsteht eine \u00e4u\u00dferst detaillierte Darstellung des gescannten Objekts oder Ortes. Die h\u00e4ufigste Anwendung ist die Kartierung von R\u00e4umen.<\/p>

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Zusammenfassend\u00a0 kann man sagen, dass LiDAR funktioniert, indem es Laserimpulse auf eine Oberfl\u00e4che aussendet und die Zeit misst, die diese brauchen, um zur\u00fcckzukehren, wodurch die Entfernung mit \u00e4u\u00dferster Pr\u00e4zision bestimmt wird. Durch die tausendfache Wiederholung dieses Vorgangs, w\u00e4hrend sich der Sensor bewegt, wird eine dichte Punktwolke erzeugt, die die Szene oder das Objekt getreu darstellt. Diese Daten k\u00f6nnen anschlie\u00dfend verarbeitet werden, um ein detailliertes 3D-Modell zu erhalten.<\/p>\n

Unterschiede zwischen LiDAR und Photogrammetrie<\/h2>\n

LiDAR und Photogrammetrie arbeiten nach demselben Prinzip, n\u00e4mlich der Erkennung und dreidimensionalen Kartierung von Objekten oder Orten, doch geschieht dies nach unterschiedlichen Mechanismen. Die Photogrammetrie<\/a> ist eine Technik, die zweidimensionale, aus verschiedenen Winkeln aufgenommene Fotos verwendet, um Daten von nahe gelegenen realen Objekten zu erhalten und 3D-Modelle zu erstellen. 2D- und 3D-Daten werden aus einem Bild extrahiert und in ein digitales 3D-Modell umgewandelt. Wie bereits erw\u00e4hnt, verwendet LiDAR einen Laserstrahl, um einen Ort oder ein Objekt zu kartieren und eine Punktwolke zu erzeugen, aus der dann ein 3D-Modell erstellt wird. LiDAR ist zudem dem 3D-Scannen mit strukturiertem Licht<\/a> n\u00e4her als der Photogrammetrie. Die Photogrammetrie verwendet Kameras und nutzt das nat\u00fcrliche Licht f\u00fcr ihre Messungen. Dies kann sehr detaillierte Messwerte liefern, aber die Genauigkeit der erhaltenen Daten ist eng mit den zum Zeitpunkt der Vermessung herrschenden Lichtverh\u00e4ltnissen verbunden. Reflektierende oder transparente Oberfl\u00e4chen werden so m\u00f6glicherweise nicht richtig erkannt. Die Qualit\u00e4t des 3D-Modells, das mit Hilfe der Photogrammetrie erstellt wird, kann daher je nach Aufl\u00f6sung der Bilder und der Anzahl der f\u00fcr die Aufnahmen verwendeten Standpunkte variieren.<\/p>\n

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Ein Bild, das verdeutlicht, wie die Photogrammetrie genau funktioniert. (Bild: Microgeo)<\/p><\/div>\n

Dar\u00fcber hinaus ist LiDAR \u00e4u\u00dferst pr\u00e4zise und f\u00fchrt selbst bei schlechten Licht- und Sichtverh\u00e4ltnissen genaue Messungen von schwierigen Oberfl\u00e4chen durch. Die Photogrammetrie eignet sich besser f\u00fcr die Vermessung all jener Objekte oder Umgebungen, die gut beleuchtet sind, w\u00e4hrend LiDAR n\u00fctzlich ist, wenn man eine pr\u00e4zise Kartierung von Gebieten erstellen m\u00f6chte.<\/p>\n

Die Photogrammetrie, bei der Standardkameras zum Einsatz kommen, ist au\u00dferdem g\u00fcnstiger als LiDAR. Die geringen Kosten der Technologie f\u00fchren jedoch zu 3D-Modellen, die mit ziemlicher Sicherheit sp\u00e4ter in der Nachbearbeitung manipuliert werden m\u00fcssen, da sie nicht immer genau sind. Das mit LiDAR erstellte 3D-Modell ist genauer und muss nicht mit \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Nachbearbeitungstechniken optimiert werden. Die Photogrammetrie ist auch sehr n\u00fctzlich, wenn es darum geht, Bilder zu erhalten, w\u00e4hrend LiDAR zwar die Punktwolke pr\u00e4zise erfasst, aber keine visuelle Dokumentation liefert, keine Texturen erfassen kann und keine Farbinformationen liefert.<\/p>\n

Photogrammetrie ist kosteng\u00fcnstiger und einfacher als LiDAR, bietet jedoch eine geringere Pr\u00e4zision. Im Gegensatz dazu ist LiDAR zwar pr\u00e4ziser, aber teurer und liefert keine visuellen Aufzeichnungen. Eine weitere Alternative sind herk\u00f6mmliche 3D-Scanner, die eine hohe Detailgenauigkeit bieten und kosteneffizient sein k\u00f6nnen, aber in der Regel langsamer sind und weniger gut f\u00fcr die Erfassung gro\u00dfer Fl\u00e4chen geeignet sind als LiDAR-Systeme.<\/p>\n

Arten von LiDAR-Scannern und m\u00f6gliche Anwendungen<\/h2>\n

Grunds\u00e4tzlich werden LiDAR-Scanner in zwei Typen unterteilt: Terrestrische Laserscanner (TLS), also landgest\u00fctzt, und Airborne Laserscanner (ALS), das hei\u00dft, luftgest\u00fctzt. TLS k\u00f6nnen statisch oder mobil sein. Statische Scanner sind Scanner, die auf nicht-mobilen Ger\u00e4ten wie Stativen oder festen L\u00f6sungen montiert sind und sehr hochwertige Vermessungen von Geb\u00e4uden, St\u00e4tten und Denkm\u00e4lern durchf\u00fchren. MLS hingegen sind Scanner, die auf mobilen Ger\u00e4ten, beispielsweise Maschinen, montiert sind. Mobile Scanner eignen sich f\u00fcr gr\u00f6\u00dfere und dynamischere Scans, z. B. in den Stra\u00dfen einer Stadt. In autonomen Autos oder Haushaltsstaubsaugern ist das LiDAR-System manchmal auf einer rotierenden Scheibe montiert, die es dem Laser erm\u00f6glicht, 360\u00b0-Messungen durchzuf\u00fchren. ALS-LiDAR-Scanner sind auf Fahrzeugen, z. B. Flugzeugen, montiert und messen die Flugzeit, die die Laserimpulse vom Flugzeug ben\u00f6tigen, um den Boden zu erreichen und dann zur\u00fcckzukehren. H\u00e4ufig werden sie auch auf Drohnen mit Kartierungs- und Navigationsfunktionen montiert, um 3D-Geodaten ganzer Gel\u00e4ndeoberfl\u00e4chen zu erfassen.<\/p>\n

Wof\u00fcr wird das LiDAR-System also eingesetzt? Dieses Fernerkundungssystem kann auf verschiedene Arten von Scannern angewandt und in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Es wird h\u00e4ufig in Haushaltsstaubsaugern eingesetzt, um Teile des Hauses zu kartieren und zu erkennen, die gereinigt wurden oder noch gereinigt werden m\u00fcssen, in Autos, die mit autonomem Fahren ausgestattet sind, um Fahrpr\u00e4zision und Sicherheit zu gew\u00e4hrleisten, in iPhones, um die Fokussierungsf\u00e4higkeiten zu verbessern und Anwendungen mit erweiterter Realit\u00e4t realistischer zu machen, in Google-Fahrzeugen, die ganze Landstriche kartieren und Daten sammeln sollen, die in die Google Earth-Datenbank aufgenommen werden. Die Integration von LiDAR-Sensoren in iPhones und iPads hat es den Nutzern erm\u00f6glicht, Software wie Polycam zu verwenden und R\u00e4ume, Zimmer und Stockwerke schnell und detailliert zu erfassen.<\/p>\n

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Unterschiede in der Erkennung zwischen ALS, TLS und MLS. (Bild: MDPI)<\/p><\/div>\n

Mit LiDAR ausger\u00fcstete 3D-Drucker und -Scanner<\/h2>\n

Derzeit verf\u00fcgen die meisten 3D-Drucker<\/a> standardm\u00e4\u00dfig nicht \u00fcber einen integrierten LiDAR-Sensor, aber es gibt einige L\u00f6sungen und experimentelle Projekte, die darauf abzielen, LiDAR in den Druckprozess zu integrieren. So hat beispielsweise der chinesische Hersteller Creality<\/a> vor kurzem den K1 MAX auf den Markt gebracht, einen Drucker, der mit einem LiDAR-Scanner ausgestattet ist, um Anomalien auf dem Druckbett zu erkennen. Mit dem LiDAR-System k\u00f6nnen sowohl die erste Druckschicht als auch die nachfolgenden Schichten \u00fcberwacht werden, so dass eine optimale Erstellung der Modelle gew\u00e4hrleistet ist. Auch der bekannte Hersteller Bambu Lab<\/a> nutzt das LiDAR-System f\u00fcr seine Bambu Lab X1-Serie, um den Druck und die Durchflussmenge in seinen Druckern zu korrigieren. Wenn die auf dem Markt erh\u00e4ltlichen L\u00f6sungen jedoch nicht den individuellen Anforderungen entsprechen, spricht nichts dagegen, LiDAR in kundenspezifische Konstruktionen und Hybridl\u00f6sungen zu integrieren, die vor allem im industriellen Bereich zum Einsatz kommen. Um eine Vorstellung von den Preisen zu bekommen, beginnen diese L\u00f6sungen bei mindestens 700 Euro, wie im Fall des Druckers von Creality, und k\u00f6nnen leicht 1.000 Euro \u00fcberschreiten, wie beim Bambu Lab X1.<\/p>\n

Was die Scanner betrifft, so gibt es auf dem Markt viele Ger\u00e4te, die die LiDAR-Technologie nutzen. Es gibt Scanner wie den LiDAR 3D FJD Trion P1, der f\u00fcr die Kartierung von Innen- und Au\u00dfenbereichen verwendet werden kann, aber auch Ger\u00e4te wie den ARtec Ray II, der Orte und gro\u00dfe Objekte in einer Entfernung von bis zu 130 Metern erkennen kann. Sie k\u00f6nnen sie auf den Seiten gro\u00dfer H\u00e4ndler wie Amazon oder direkt auf den Seiten der verschiedenen Anbieter kaufen. Die Preise variieren je nach Verwendungszweck betr\u00e4chtlich: F\u00fcr einfache Sensoren beginnen sie bei etwa 40 Euro, w\u00e4hrend professionelle L\u00f6sungen<\/a> wie der Artec Ray II mehr als 90.000 Euro kosten k\u00f6nnen.<\/p>\n