Quét 3D Laser là gì? Nguyên lý, ưu điểm và ứng dụng thực tế

Quét 3D Laser là công nghệ tiên tiến đã thay đổi nhiều cách thức hoạt động trong công nghệ in 3D. Công nghệ này có thể thu thập dữ liệu chính xác và tạo ra các mô hình đầy đủ chi tiết. Vậy quét 3D laser là gì? Nguyên lý hoạt động như thế nào? Ứng dụng ra sao? Hãy cùng 3D Vạn Lộc tìm hiểu về công nghệ này qua bài viết sau đây nhé!

Quét 3D Laser là gì?

Hiểu một cách đơn giản, quét 3D laser hay scan 3D laser là quá trình thu thập thông tin ba chiều từ xa của một vật thể vật lý, hoặc thậm chí là môi trường, cảnh quan. Như tên gọi, các máy quét 3D laser sử dụng phương pháp này sẽ sử dụng tia sáng laser để xác định thông số kỹ thuật của vật thể và lưu chúng dưới dạng kỹ thuật số. Công nghệ này có thể ghi lại tọa độ XYZ của vô số điểm trên bề mặt vật thể để tính toán kích thước, mô phỏng hình dạng và chi tiết bề mặt của vật thể trong môi trường 3D và xác định vật thể trong không gian. Quét 3D laser có thể áp dụng cho nhiều đối tượng trên nhiều quy mô lĩnh vực mà không gây hư hại hay làm tổn hại đến các vật thể như các phương pháp truyền thống.

Quét 3D laser sử dụng ánh sáng tia laser để thu thập thông tin của vật thể thực 

>>> Xem thêm: Quét 3D là gì?

Nguyên lý hoạt động của máy quét 3D laser

Quét 3D laser hoạt động dựa trên nguyên lý không tiếp xúc bằng cách chiếu ánh sáng laser vào đối tượng quét, máy quét 3D có thể tạo ra các dữ liệu điểm đám mây (point cloud) để xác định vị trí của vật thể trong không gian. 

Cụ thể, hệ thống quét 3D laser sẽ sử dụng một thiết bị chiếu điểm và một camera. Máy quét 3D laser sẽ chiếu các xung ánh sáng ở tốc độ cao đến vật thể và phản xạ từ các vật thể sẽ quay trở lại cảm biến của máy quét (LiDAR). Đối với mỗi xung, khoảng cách giữa máy quét và vật thể được đo bằng cách xác định thời gian trôi qua giữa các xung được gửi và nhận. Mỗi điểm dữ liệu được chuyển đổi thành một pixel có tọa độ x, y và z đã biết.

Quét 3D laser sử dụng hệ thống bao gồm thiết bị chiếu điểm và camera

Ưu điểm và hạn chế của quét 3D laser

Ưu điểm

- Độ chính xác cao: Quét 3D laser có thể thu thập nhiều dữ liệu với độ chính xác rất cao, đến từng milimet, giúp thể hiện mô hình kỹ thuật số 3D một cách chi tiết và chân thực của đối tượng.

- Tốc độ quét nhanh: So với các phương pháp đo lường truyền thống, quét 3D laser có thể thu thập hàng triệu dữ liệu điểm trong một khoảng thời gian ngắn chỉ với những lần quét, giúp người sử dụng có thể tiết kiệm thời gian đáng kể.

- Có thể làm việc từ xa: Công nghệ quét 3D sử dụng ánh sáng laser cho phép người dùng có thể làm việc ở khoảng cách xa mà vẫn thu được dữ liệu chính xác. Ưu điểm này sẽ giúp người sử dụng quét các vật thể khó tiếp cận hoặc khu vực nguy hiểm.

- Giảm thiểu sai sót: Với độ chính xác cao, quét 3D laser sẽ giúp giảm thiểu các sai sót trong các phép đo và dữ liệu, giúp người dùng tránh được những lỗi không đáng có trong thiết kế và sản xuất in.

- Khả năng lưu trữ lớn: Áp dụng nền tảng công nghệ điểm đám mây (point cloud) một tập hợp các điểm dữ liệu trong không gian, quét 3D laser cho phép lưu trữ và phân tích các chi tiết nhỏ nhất của vật thể hoặc công trình, hỗ trợ cho việc thiết kế và bảo trì sau này.

Hạn chế

- Chi phí đầu tư khá cao: Các thiết bị quét 3D laser và phần mềm xử lý đi kèm thường có mức giá thành khá cao, thường phù hợp cho các chuyên gia, doanh nghiệp, đơn vị cung cấp dịch vụ 3D. Đối với những đơn vị nhỏ, cá nhân có nguồn kinh phí hạn chế thì chi phí đầu tư là tương đối cao.

- Dễ bị tác động bởi ánh sáng môi trường: Vì sử dụng nguyên lý phản xạ xung ánh sáng, cho nên độ chính xác của quét 3D laser có thể bị hưởng bởi ánh sáng từ môi trường hoặc các vật cảnh như ánh sáng mạnh, bụi, sương mù... Trong điều kiện môi trường này, tia laser có thể bị nhiễu hoặc phản xạ kém chính xác.

- Khó khăn khi quét bề mặt phản quang, trong suốt:  Máy quét 3D laser gặp khó khăn khi quét các bề mặt phản quang (như kim loại sáng bóng) hoặc trong suốt (như kính), vì tia laser dễ bị phản xạ hoặc xuyên qua bề mặt mà không quay lại máy quét.

- Độ chính xác giảm dần theo khoảng cách: Độ chính xác của quét 3D laser thường giảm khi khoảng cách đến vật thể tăng lên. Với các vật thể ở xa, kết quả có thể thiếu sự chi tiết hoặc không chính xác. Đặc biệt, mỗi loại máy quét 3D laser có phạm vi hoạt động nhất định.

- Dung lượng lớn và yêu cầu xử lý cao: Quá trình quét sẽ tạo ra một lượng lớn dữ liệu (đám mây điểm), yêu cầu phần mềm và phần cứng mạnh để xử lý, lưu trữ và phân tích.

Quét 3D Laser cho độ chính xác cao, tốc độ quét nhanh nhưng chi phí đầu tư khá cao

Quét 3D laser dược ứng dụng vào thực tế như thế nào?

Quét 3D laser có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác và chi tiết cao. Có thể kể đến một số ứng dụng thực tế như sau.

Khảo cổ học và bảo tồn di sản

Công nghệ quét 3D laser là một công cụ không thể thiếu trong ngành khảo cổ học đặc thù. Quét 3D laser sẽ ghi lại chính xác tài liệu 3D về các cuộc khai quật khảo cổ như  di tích kiến trúc cổ, pho tượng cổ, bộ xương của những loài động vật đã tuyệt chủng hay các hiện vật cổ xưa khác nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu và bảo tồn. Các nhà khảo cổ có thể nghiên cứu cấu trúc và các chi tiết của di tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp, giảm nguy cơ gây hại cho các hiện vật. Dữ liệu từ quét 3D laser có thể giúp các nhà khảo cổ phục dựng di tích và hiện vật khi cần thiết. 

Kiến trúc xây dựng

Quét 3D laser giúp khảo sát chính xác các hiện trạng của tòa nhà, mặt bằng hoặc địa hình để phục vụ cho việc thiết kế, lập kế hoạch và xây dựng. Trong đó, ứng dụng phổ biến trong BIM (Mô hình thông tin công trình). Dữ liệu quét 3D laser sẽ được tích hợp vào BIM giúp các kiến trúc sư và kỹ sư mô phỏng phân tích và tối ưu hóa thiết kế công trình. Các mô hình kiến trúc 3D sẽ giúp nhà kiến trúc, kỹ sư dễ dàng phát hiện và giám sát tình trạng của công trình, hỗ trợ bảo trì và sửa chữa kịp thời.

Sản xuất thiết bị công nghiệp

Quét 3D laser giúp thu thập dữ liệu từ các linh kiện, thiết bị, bộ phận máy móc để tái tạo và cải tiến thiết kế mà không cần đến bản vẽ gốc. Đối với các chi tiết gia công yêu cầu độ chính xác cao, quét 3D cho phép kiểm tra và phát triển sai sót trong quá trình sản xuất và đảm bảo chất lượng đầu ra của các sản phẩm. Với tốc đọ quét nhanh chóng, quét 3D có thể cung cấp tức thì các dữ liệu cần thiết để tạo ra các mô hình 3D của các thiết bị công nghiệp để hỗ trợ bảo trì và thay thế kịp thời.

Y tế, Nha khoa và Pháp y

Trong lĩnh vực Y học, bao gồm ngành y tế chăm sóc sức khỏe và ngành pháp y, quét 3D là công cụ được ứng dụng rất rộng rãi và đem đến nhiều lợi ích thiết thực. Quét 3D laser giúp tạo ra các thiết bị, dụng cụ phù hợp với cơ thể từng người như chân giả, răng giả và nẹp chỉnh hình cũng như mô phỏng chính xác các bộ phận cơ quan cơ thể người dưới dạng mô hình 3D để phục vụ cho việc lưu trữ, đào tạo và nghiên cứu. Nhờ khả năng chụp ảnh ở những không gian rộng như căn phòng, tòa nhà hoặc một địa điểm, máy quét 3D laser có thể ghi chép và điều tra chính xác hiện trường vụ án cũng như tái hiện lại các vụ tai nạn.

Ngoài ra, công nghệ quét 3D laser còn được ứng dụng trong bất động sản, lập bản đồ địa hình và nghiên cứu địa chất, phục vụ công tác khảo sát và xây dựng gia thông, hạ tầng.

Quét 3D Laser được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực

3D Vạn Lộc - Đơn vị cung cấp dịch vụ Scan/Quét 3D laser uy tín, chuyên nghiệp

3D Vạn Lộc tự hào là đơn vị chuyên cung cấp dịch vụ quét 3D uy tín và chuyên nghiệp hàng đầu. Chúng tôi sở hữu công nghệ quét 3D laser tiên tiến cùng đội ngũ kỹ thuật viên có chuyên môn cao, đáp ứng mọi yê cầu của khách hàng. Để được tư vấn chi tiết về các giải pháp quét 3D phù hợp, tối ưu chi phí nhất, hãy liên hệ cho 3D Vạn để được hỗ trợ nhanh nhất.