От ротора до иконы: как и зачем создают 3D-модели сложных объектов

Отраслевой интегратор по аддитивным технологиям «Росатома» и компания «РэнджВижн» (РВ), производитель сканеров RangeVision для трехмерной оцифровки, выводят на рынок три новые модели. Область применения огромная: от реверс-инжиниринга импортных комплектующих до анализа состояния предметов искусства. Например, сканер RangeVision использовали реставраторы иконы «Троица» Андрея Рублева.

Союз технологий

Сотрудничество «Росатома» и РВ началось в 2023 году. Сканеры понадобились атомщикам для контроля качества изделий, изготовленных на 3D-принтерах. РВ же требовались ресурсы для масштабирования производства.

В конце 2024 года оформили технологическое партнерство. Значение союза директор бизнес-направления «Аддитивные технологии» топливного дивизиона «Росатома» Илья Кавелашвили описал так: «Это ускорит внедрение аддитивных технологий в российскую промышленность и усилит независимость от импорта комплектующих». Основатель РВ Юрий Чайкин оценил перспективы для своей компании: «Партнерство с «Росатомом» открывает для нас новые возможности — ускорение развития и вывода на рынки новых продуктов, привлечение крупных российских заказчиков, усиление R&D-команды и инвестиции для реализации амбициозных планов».

РВ действительно на 60 % увеличила штат разработчиков и гордится этим: конкуренция за специалистов такого класса высока.

«Сканер — это программно-аппаратный комплекс, создание которого требует компетенций уровня топовых российских технологических компаний — в оптике, метрологии, алгоритмах обработки трехмерных данных, 3D-моделировании и визуализации», — поясняет директор РВ по развитию Артем Красовский.

Принцип действия сканера

На объект направляют подсвет, лазерный или светодиодный. На неровностях линии света искажаются, что считывает камера. Алгоритмы программного обеспечения вычисляют расстояние от источника подсвета до каждой точки объекта и методом триангуляции строят высокоточную трехмерную цифровую модель объекта. За оцифровкой наблюдает оператор: на его экране объект постепенно «закрашивается» — подсвечиваются отсканированные участки.

«Если делать измерения обычными инструментами, есть риск что-то пропустить, а возможность закрыть белое пятно потом может и не представиться, — поясняет Артем Красовский. — С нашим прибором такой проблемы нет».

Области применения

РВ разрабатывает и выпускает сканеры для реверс-инжиниринга, контроля геометрии изделий и визуализации сложных объектов. В линейке шесть моделей — ручные и стационарные, с лазерным и светодиодным структурированным подсветом.

Ручные сканеры с лазером обеспечивают высокую геометрическую точность. Они подходят для метрологического контроля изделий и реверс-инжиниринга. Таким сканером, например, на металлургическом комбинате оцифровали ротор для производственной линии. Другой пример — специалисты композитного дивизиона «Росатома» применяли сканер RangeVision Spectrum, когда работали над улучшением аэродинамики углепластикового обтекателя мотоцикла Kawasaki Ninja ZX‑10RR.

Ручные лазеры на светодиодах чуть менее точны, зато быстрее лазерных и дают более высокую детализацию. Ими сканируют формы в мельчайших подробностях. Это важно, например, если объект — скульптура, памятник архитектуры и проч. «Наше устройство использовали реставраторы, работавшие с «Троицей» Андрея Рублева, специалисты, которые следят за состоянием картин в коллекции Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи. Полотна оцифровывали через определенные промежутки времени и смотрели, увеличиваются ли микротрещины, деформируется ли покрытие, появились ли новые дефекты», — рассказывает Артем Красовский. Эти сканеры применяют и в медицине, например в челюстно-лицевом протезировании.

Там, где нужна максимальная детализация и точность, используют стационарные сканеры.

Любой каприз

Главное преимущество РВ — возможность кастомизировать, сделать «клиентскую» версию сканера. Например, заказчик хочет изменить размер зоны оцифровки, интегрировать сканер в производственную линию, задать особые настройки программного обеспечения. «Импортные сканеры всегда типовые, никто в них ничего для вас менять не будет. А типовых задач в атомной отрасли немного», — разводит руками Артем Красовский.

Одна из самых востребованных опций — сравнение результата сканирования с эталоном или конструкторской документацией. «Мы можем показать тепловую карту отклонений: красным подсветить области, которые ушли в плюс от заданного значения, синим — в минус, зеленым — норма. Быстро и наглядно», — говорит Артем Красовский. Тепловая карта полезна в 3D-печати. Например, если напечатанная форма для отливок «зеленая», отливки будут правильными. При оценке износа те же отливки можно сравнивать с образцом и, если параметры выходят за допустимые пределы, менять.

«Ценовой диапазон наших сканеров средний, от сотен тысяч до миллионов рублей. Но представьте ситуацию: на крупном производстве сбоит агрегат. Надо как можно скорее его отремонтировать, потому что день простоя обходится в десятки миллионов рублей. Сейчас часто помогает реверс-инжиниринг, поэтому вопрос окупаемости сканера не стоит вообще», — объясняет Артем Красовский.

Бизнес-направление «Аддитивные технологии» топливного дивизиона «Росатома» и РВ планируют в ближайшие месяцы предложить клиентам три новые модели. Первая — сканер на роборуке для автоматизированного контроля изделий. Он работает в двух измерительных объемах: можно оцифровывать как мелкие, так и крупные объекты без перенастройки. Вторая — стационарный метрологический сканер с погрешностью меньше 10 мкм (уточнят после испытаний). Он составит конкуренцию лучшим импортным образцам. До сих пор в России таких высокоточных сканеров не делали. Третья — ручной лазерный сканер с областью сканирования вдвое большей по сравнению с другими моделями РВ. Область сканирования больше — скорость оцифровки выше.

«Сценариев применения сканеров у наших заказчиков тьма, каждый решает свою проблему, — подытоживает Артем Красовский. — Нам даже ничего придумывать не надо, клиенты сами находят для сканеров новые задачи. Наша миссия — помочь их решить».