ものづくりを筆頭に様々な場面で使用されている3Dスキャナー。最近は安価に買えるものも増えてきており、導入のハードルも低くなってきています。
今回の記事では、3Dスキャナーの仕組みや種類、おすすめの機種などについて解説いたしますので、ぜひ最後までご一読ください。
3Dスキャナーは何をするためのもの？
3Dスキャナーは、現実に存在する3次元の物体を様々な方法でスキャンし、3Dデータに変換するためのハードウェアです。対象物にセンサーを当てたり、レーザーを照射したりすることによって対象物の形状を読み取り、3Dデータを取得します。
3Dスキャナーと3Dプリンターは何かと混同されがちですが、その機能は真逆です。3Dスキャナーは「物体を3dデータに変換するもの」であるのに対して、3Dプリンターは「3Dデータを物体に変換するもの」です。
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3Dスキャナーが物体を3Dデータ化スキャンできる原理
3Dスキャナーは、物体の表面に存在する無数の「点」をデータとして取得しています。これらのデータは「点群データ」といいます。
この点群データはあくまでもただの点の集合体であり、このままでは通常3DCADなどのソフトウェアで扱うことができません。これらのソフトウェアで扱うためには、多数の面を持つデータの形式に変換する必要があります。
一般的には点群の点同士を結んで大量の小さな三角形や四角形に変換したポリゴンデータにすることが多いです。
3DCADを詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。
接触式3Dスキャナーとは
3Dスキャナーの中でも、スキャンする物体に直接センサーや探針（プローブ）を接触させるものを接触式3Dスキャナーといいます。直接接触させるため後述する非接触式3Dスキャナーと比べて精度が高く、精密なデータを採取できるのがメリットです。
一方で物体がセンサーや探針が入り込めない複雑な形状をしていたり、大きすぎたりする場合はスキャンできないという欠点もあります。
非接触式3Dスキャナーとは
3Dスキャナーの中でも、スキャンする物体に直接触れずにスキャンするものを非接触式3Dスキャナーといいます。対象物の位置、形状などにかかわらずスキャンできるのが大きなメリットです。
一方でデータの精度は接触式3Dスキャナーと比べると低いという欠点もあります。
3Dスキャナーのサイズと価格帯
3Dスキャナーと一口に言っても、そのサイズや価格は様々です。ここでは代表的な3dスキャナーのサイズと価格を解説いたします。
小型で持ちやすいハンディタイプ
3Dスキャナーの中でも特にサイズが小さく、持ち運べるものをハンディタイプといいます。小型で軽量なため、場所を選ばずにいつでもどこでもスキャンできるのが大きなメリットです。
安価なものは10万円前後であるため個人が趣味で導入することもできますが、精度を追い求めた数百万円以上の価格帯のものもあります。
小さなサイズのものをスキャンしやすいデスクトップタイプ
デスクトップタイプの3Dスキャナーは、文字通り机などの上に設置して使うタイプのものです。ハンディタイプと比べてスキャン範囲が限られるため大型の物体をスキャンするのは難しいですが、その分小さなものは高精度でスキャン可能です。
こちらも安価なものは10万円前後ですが、数百万円するものもあります。
高額だが高性能で高精度な業務用タイプ
業務用タイプの3Dスキャナーは、主に自動車、エネルギーなどの産業で使用されています。比較的安価なものでも数百万円はするため個人で気軽に導入できるものではありません。
もちろん、その分精度は高いです。
3Dスキャナーで対象物を3Dデータにするまでの流れ
3Dスキャナーは、2dスキャナーと比べてスキャン完了までにより多くの工程を費やします。ここでは一般的な3Dスキャナーの使用方法を解説いたします。
①3Dスキャナーで対象物をスキャンする
まずは、3Dスキャナーを用いて対象物をスキャンしてください。ハンディタイプの場合、様々な角度から物体をスキャンします。3Dデータを取得する際には、基本的に対象物をひっくり返したり回転させたりしても大丈夫です。
デスクトップタイプの場合は、物体を回転テーブルで回転させるなどしてデータを取得します。何度も同じ場所をスキャンすると失敗することもあるので、なるべくスキャンする回数は少なくしたほうが良いでしょう。
②データの粗を取る
3Dスキャナーで読み込んだ直後のデータには微妙な歪みやズレなどの粗があります。これを無視してしまうと、のちのち3Dプリンターで立体化したときに不自然ながたつきや凹凸出きてしまったり、そもそもエラーが起きてしまったりします。
そのような事象を防ぐために、必ず粗を取らなくてはなりません。基本的にはソフトが細かな粗を一括削除してくれますが、それでも取り切れなかった粗は手動で削除してください。
③データをポリゴンデータに変換する
粗が取れたら、点群データをポリゴンデータに変換します。ソフトにもよりますが、通常はボタンを押すだけで完了するので難しいことはありません。これで3DCADなどでも扱えるデータ形式となりました。
3Dスキャナーでもスキャンできないものはある？
3Dスキャナーは万能な装置ではなく、スキャンできないものもあります。具体的には、以下のような特徴を持つものはスキャンできない、ないしスキャンしにくいと考えてください。
- 極端に薄かったり、細長かったりするもの
- 透明なもの
- 細かくて複雑な柄が入ったもの
- 複雑な形状を持つもの（接触式の場合）
- 黒っぽいもの、光沢のあるもの（非接触式の場合）
低価格で使える初心者向け3Dスキャナー3選
前述の通り3Dスキャナーには比較的安価なものから非常に高額なものまでありますが、ここでは比較的安価で初心者でも導入しやすいものをいくつか紹介いたします。
Revopoint POP2
- 価格：7万6700円
- 最大精度：0.05mm
- 重量：195g
Revopoint POP2は計量で使いやすい3Dスキャナーです。二眼レンズと微細構造化光により、点群データを高速・高精度で取得します。サイズが小さく195gと軽量なため、持ち運びも非常に簡単です。
SOL 3Dスキャナー
- 価格：15万8000円
- 最大精度：0.1mm
- 重量：不明（デスクトップタイプ）
SOL 3Dスキャナーは、三角測量と白色光源を組み合わせた3Dスキャナーです。スキャンしたい物体（2kgまで）をテーブルに乗せてボタンを押すだけで、自動的にスキャンからポリゴンデータ作成まで行われるため、手間がかかりません。
Bevel
- 価格：2万350円
- 最大精度：0.1mm
- 重量：16g
Bevelはスマートフォンアクセサリ型の3Dスキャナーです。本体のレーザーとスマートフォンのカメラを使ってスキャンを行います。超軽量で安価、かつAndroidとiPhone両方に対応しているのがポイントです。スマートフォンだけで操作を行いたい方におすすめです。
3Dスキャナーの活用シチュエーション
3Dスキャナーは様々な現場で活用されています。個人が趣味で使っていることもありますが、ここでは様々な業務の場における3Dスキャナーの活用方法を見ていきましょう。
医療
医療は間違いの許されない分野であり、それゆえに3Dスキャナーが広く活用されています。具体的には義手や義足などの製造、福祉機器の製造、美容整形手術前の患者の体や顔の3Dデータ取得などに使用されています。
患者の体を高速かつ正確にスキャンできるようになったため、患者の身体に係る負担は大幅に低くなりました。
建築
3Dスキャナーは建築現場でも活用されています。具体的には現況測量、施工測量、点検モニタリング作業などに使用されています。
従来は手作業で行っていた測量を3Dスキャナーで行うことによって、大幅に工期、コスト、人数を削除できるようになりました。また、作業時間の減少によって、作業員の安全も確保しやすくなりました。
最近では3Dプリンターを住宅が建てられるようになってきました。3Dプリンター住宅について詳しく知りたいという方は、以下の記事が参考になります。
リバースエンジニアリング
リバースエンジニアリングとは、既存の製品から図面などのデータを作成することです。主に競合他社の製品を分析したり、自社製品の特許侵害が行われていないかを確認したりする目的で行われます。
従来は手作業（ノギスなどを用いた方法）で行われていましたが、3Dスキャナーの普及により作業時間を大幅に削減できるようになりました。
3Dスキャナーまとめ
3Dスキャナーは簡単に3Dデータを取得できるハードウェアです。かつては高額でしたが今では10万円前後の比較的安価なものも増えてきているため、個人でも買いやすくなりました。
興味がある方は比較的安価なものから始めてみてはいかがでしょうか。
