English
Khách mang tới xưởng một cái nắp inox mạ bóng như gương, đặt lên bàn xoay và hỏi: “Quét cái này chắc nhanh thôi anh nhỉ?”. Thật ra đây lại là loại việc tốn công nhất. Máy quét 3D quang học làm việc rất tốt với bề mặt mờ, sáng màu, kiểu như thạch cao hay nhựa trắng. Còn gặp kính, inox mạ chrome, nhựa đen bóng hay tượng sơn mài thì máy “mù” từng mảng, file ra lỗ chỗ như tổ ong.
Bài này chia sẻ cách anh em làm scan thường xử lý ba nhóm bề mặt khó: bóng, trong suốt và đen. Không có gì bí truyền, chủ yếu là hiểu máy nhìn vật như thế nào, rồi chọn cách chuẩn bị bề mặt và thiết bị cho đúng.
Máy scan 3D “nhìn” vật như thế nào?
Phần lớn máy quét dùng trong tạo mẫu là máy quang học. Có hai kiểu chính. Máy ánh sáng cấu trúc (structured light) chiếu các dải sáng có hoa văn lên vật, camera chụp lại xem hoa văn bị cong vênh ra sao, từ đó tính ra hình dạng bề mặt. Máy laser thì chiếu vạch laser lên vật, camera đặt lệch một góc đo vị trí vạch sáng, dùng phép tam giác (triangulation) để tính khoảng cách.
Cả hai kiểu đều có chung một điều kiện: ánh sáng chiếu lên vật phải tán xạ đều về phía camera. Bề mặt mờ như giấy, gỗ thô, thạch cao làm việc này rất tốt. Ánh sáng đập vào và văng ra mọi hướng, camera ở đâu cũng nhìn thấy.
Rắc rối bắt đầu khi bề mặt không chịu “hợp tác”.
Bề mặt bóng: ánh sáng dội đi chỗ khác
Bề mặt bóng như gương phản xạ ánh sáng theo một hướng duy nhất (specular reflection), giống như bạn chiếu đèn pin vào gương. Nếu camera không nằm đúng hướng phản xạ, nó không nhận được gì. Nếu nằm đúng hướng thì lại bị chói, ảnh cháy trắng vượt quá dải sáng mà cảm biến chịu được. Trang Wikipedia về máy quét ánh sáng cấu trúc cũng mô tả đúng hiện tượng này: phản xạ có thể đẩy ánh sáng ra khỏi camera hoặc dội thẳng vào ống kính, vượt dynamic range của camera.
Kết quả là bạn thấy những mảng trống, hoặc tệ hơn là những “gai” nhiễu nhô ra khỏi bề mặt, do phản xạ kép giữa hai mặt bóng đặt gần nhau (ví dụ góc trong của một cái hộp inox).
Bề mặt trong suốt: ánh sáng đi xuyên qua
Kính, mica trong, nhựa PC trong, resin trong có vấn đề khác. Ánh sáng không dừng lại ở bề mặt mà đi xuyên vào trong, khúc xạ, rồi phản xạ từ mặt sau. Camera thấy hoa văn nhưng lại ở sai độ sâu, hoặc thấy cả mặt trước lẫn mặt sau chồng lên nhau. Máy không biết đâu là bề mặt thật.
Vật mờ đục một phần (translucent) như sáp, đá cẩm thạch, silicon trong, da người cũng bị hiện tượng tán xạ dưới bề mặt (subsurface scattering). Ánh sáng chui vào lớp vật liệu một chút rồi mới thoát ra, làm vạch sáng bị nhòe và kết quả đo bị lệch nhẹ. Với tượng sáp hay mẫu đá, sai số kiểu này có khi đủ để thấy chi tiết nhỏ bị mềm, mất nét.
Bề mặt đen: ánh sáng bị nuốt mất
Màu đen hấp thụ phần lớn ánh sáng. Vạch laser chiếu lên nhựa đen nhám vẫn còn thấy, nhưng rất yếu. Đen mà lại bóng (nhựa ABS đen bóng, sơn piano, sơn mài) thì gộp cả hai cái khó: vừa ít ánh sáng tán xạ, vừa phản xạ gương. Đây là nhóm làm anh em scan đau đầu nhất.
Cách 1: Phun bột scan để làm mờ bề mặt
Đây là cách phổ biến và chắc ăn nhất. Ý tưởng đơn giản: phủ lên vật một lớp mỏng màu trắng mờ, biến bề mặt khó thành bề mặt dễ. Máy quét nhìn thấy lớp phủ, mà lớp phủ thì ôm sát hình dạng thật của vật.
Có mấy loại hay dùng:
Bình xịt scan tự bay hơi (vanishing scanning spray). Đây là loại chuyên dụng, phun lên tạo lớp trắng mờ đều, sau vài giờ tự thăng hoa hết, không cần lau. Hãng AESUB của Đức là ví dụ quen thuộc, họ có các dòng orange, blue, green tự bay hơi và dòng white loại bám lâu. Ưu điểm lớn là không làm bẩn vật, rất hợp với đồ của khách, đồ cổ, chi tiết đã hoàn thiện. Nhược điểm là giá bình khá cao và thời gian bay hơi phụ thuộc nhiệt độ phòng, xưởng nóng thì lớp phủ bay nhanh, phải quét gọn tay.
Bột talc hoặc bột phấn pha cồn. Cách “nhà làm” nhiều xưởng vẫn dùng: pha bột talc mịn với cồn isopropyl, cho vào bình xịt nhỏ hoặc súng phun sơn mini. Cồn bay hơi để lại lớp bột trắng. Rẻ, dễ kiếm, nhưng lớp phủ dày hơn, dễ vón cục nếu pha đặc, và phải lau rửa sau khi quét.
Bình xịt kiểm tra vết nứt (developer). Loại bột trắng dùng trong kiểm tra thẩm thấu NDT. Phủ đều, bám tốt, nhưng phải rửa bằng dung môi, không hợp với bề mặt sơn hoặc nhựa dễ bị dung môi ăn mòn.
Trên chuyentaomau.com có một bài cũ giới thiệu phụ kiện scan 3D gồm điểm dán và sơn xịt trắng, bạn có thể xem thêm nếu muốn tự trang bị.
Mẹo phun bột để không mất độ chính xác
Lớp phủ nào cũng có độ dày. Nếu bạn phun dày 50 micron thì kích thước đo được sẽ to hơn thật khoảng 50 micron mỗi mặt. Với tượng nghệ thuật thì chẳng ai để ý, nhưng với chi tiết cơ khí cần dung sai chặt thì đây là chuyện lớn. Vài kinh nghiệm:
Phun nhiều lớp mỏng thay vì một lớp dày. Cầm bình cách vật khoảng 20 đến 30 cm, lia nhanh, đợi khô rồi phun tiếp. Mục tiêu là vừa đủ che bóng, nhìn còn thấy lờ mờ màu gốc là được.
Đừng phun vào lỗ ren, khe hẹp quá nhiều. Bột đọng lại trong khe làm khe bị cạn, mất chi tiết.
Với chi tiết cần đo chính xác, nên quét thử một mẫu chuẩn (ví dụ căn mẫu hoặc quả cầu chuẩn) có phun và không phun để biết lớp phủ của mình dày bao nhiêu. Về chuyện sai số nói chung, bài độ chính xác scan 3D đã phân tích kỹ các yếu tố, ở đây mình không nhắc lại.
Phun xong nên quét luôn. Nếu dùng loại tự bay hơi, lớp mỏng nhất ở cạnh sắc sẽ biến mất trước, cạnh bắt đầu bóng trở lại.
Cách 2: Dán marker và chỉnh lại cách quét
Phun bột giải quyết chuyện máy không thấy bề mặt. Nhưng với vật bóng, đối xứng, ít chi tiết (một cái ống inox tròn trơn chẳng hạn), máy còn bị lạc: nó không biết mình đang ở đâu trên vật để ghép các lượt quét lại với nhau.
Lúc này cần điểm dán (marker, reference target). Đây là các chấm tròn phản quang dán lên vật hoặc lên bàn xung quanh. Máy dùng các chấm này làm mốc để định vị. Vài lưu ý khi dán:
Dán ngẫu nhiên, đừng thành hàng thẳng hay lưới đều. Máy cần mỗi cụm 3 đến 4 marker có khoảng cách khác nhau để nhận ra vị trí duy nhất.
Ưu tiên dán trên mặt phẳng hoặc cong nhẹ, tránh dán lên cạnh sắc hay chỗ có chi tiết quan trọng, vì phần mềm sẽ vá lỗ chỗ marker và làm mất chi tiết ở đó.
Với vật nhỏ quý, không muốn dán gì lên, có thể đặt vật trên tấm nền có sẵn marker hoặc dùng khung định vị. Bài điểm dán scan 3D (paper markers) có hướng dẫn chi tiết các loại.
Chỉnh phơi sáng (exposure) và góc quét
Nhiều người bỏ qua bước này. Máy quét đời mới đều cho chỉnh exposure hoặc độ sáng máy chiếu. Với vật đen nhám, tăng exposure để camera bắt được vạch sáng yếu. Với vật bóng, giảm exposure để vùng chói không bị cháy. Một số phần mềm còn có chế độ HDR, chụp nhiều mức sáng rồi ghép lại, rất có ích với vật vừa có chỗ đen vừa có chỗ sáng.
Góc quét cũng quan trọng. Với mặt bóng, đừng chiếu vuông góc thẳng vào bề mặt vì đó là hướng phản xạ gương mạnh nhất. Nghiêng máy khoảng 15 đến 30 độ thường cho kết quả sạch hơn. Tắt bớt đèn trần, kéo rèm, vì ánh sáng môi trường cũng ảnh hưởng tới độ chính xác của máy ánh sáng cấu trúc.
Cách 3: Chọn đúng loại máy cho đúng bề mặt
Không phải máy nào cũng như nhau trước bề mặt khó.
Laser xanh (blue laser). Các máy laser cầm tay dùng nhiều vạch laser xanh thường xử lý vật đen và vật bóng tốt hơn máy ánh sáng trắng. Lý do là laser có cường độ tập trung cao, vạch sáng mảnh, camera có kính lọc chỉ cho đúng bước sóng đó đi qua nên ít bị ánh sáng môi trường làm nhiễu. Với chi tiết cơ khí inox, khuôn thép đã đánh bóng, vỏ xe sơn đen, nhiều khi máy laser xanh quét được mà không cần phun bột hoặc chỉ phun rất nhẹ.
Ánh sáng cấu trúc trắng hoặc xanh. Cho chi tiết bề mặt mịn, độ phân giải cao, rất hợp với tượng, mỹ nghệ, mẫu nhỏ. Nhưng nhạy với bề mặt bóng hơn laser, nên gần như luôn phải phun bột khi gặp vật bóng.
Máy cầm tay giá rẻ và điện thoại. Quét bằng iPhone hoặc máy cầm tay phổ thông với vật bóng, vật đen gần như không ra gì. Nếu bạn tò mò, bài scan 3D bằng điện thoại đã nói rõ giới hạn của cách này.
Ở các xưởng có nhiều loại máy như CT3D, kỹ thuật viên sẽ chọn máy theo bề mặt và mục đích file. Bạn có thể xem danh sách thiết bị và quy trình tại trang dịch vụ scan 3D của in3d.edu.vn.
Cách 4: CT scan khi vật trong suốt hoặc cần nhìn bên trong
Có những trường hợp phun bột không được hoặc không đủ. Ví dụ:
Chai lọ thủy tinh mỹ phẩm có thành dày, khách cần đo cả độ dày thành và hình dạng lòng trong.
Chi tiết nhựa trong lắp ghép kín, cần xem các khe hở bên trong mà không được tháo.
Đồ cổ, mẫu quý không được phép phủ bất cứ thứ gì lên bề mặt.
Đây là lúc dùng CT scan công nghiệp (industrial computed tomography). Máy chiếu tia X xuyên qua vật đặt trên bàn xoay, chụp hàng trăm đến hàng nghìn ảnh rồi dựng lại khối 3D gồm cả bề mặt ngoài lẫn cấu trúc bên trong. CT không quan tâm bề mặt bóng hay trong, nó chỉ quan tâm mật độ vật liệu. Theo Wikipedia, CT công nghiệp được dùng để tìm rỗ khí, vết nứt, đo kích thước bên trong và bên ngoài mà máy CMM thông thường không làm được, phân tích lắp ráp mà không cần tháo rời, và tạo dữ liệu CAD cho thiết kế ngược.
Hạn chế của CT là chi phí cao hơn quét quang học nhiều, kích thước vật bị giới hạn bởi buồng máy, và vật liệu quá đặc (kim loại dày) thì tia X khó xuyên. Khi hai vật liệu có mật độ gần nhau, phần mềm cũng khó tách chúng ra, phải phân vùng (segmentation) thủ công.
Bài CT scan công nghiệp kiểm tra X-ray 3D trên trang đã giới thiệu tổng quan. Nếu cần báo giá cụ thể, xem dịch vụ kiểm tra bằng máy X-ray CT của CT3D.
Bốn ví dụ thường gặp ở xưởng
Ví dụ 1: Chai nước hoa thủy tinh
Khách cần làm lại khuôn chai, chỉ có mẫu chai thật. Cách làm thường là phun bột tự bay hơi phía ngoài để quét hình dạng ngoài. Nếu cần lòng trong (để tính dung tích, độ dày thành) thì chuyển sang CT scan. Một mẹo nhỏ: đổ đầy chai bằng nước pha bột màu trắng hoặc cát mịn rồi quét ngoài cũng giúp giảm phản xạ từ mặt trong, nhưng cách này chỉ cho mặt ngoài, không cho độ dày thành.
Ví dụ 2: Chi tiết inox mạ chrome
Ốp trang trí xe máy, tay nắm cửa mạ. Nếu dùng laser xanh, có thể thử quét không phun trước, nghiêng máy, giảm exposure. Chỗ nào thủng thì phun nhẹ cục bộ rồi quét bù. Nếu dùng ánh sáng cấu trúc thì phun toàn bộ ngay từ đầu cho đỡ mất thời gian. Lưu ý bề mặt mạ thường có độ cong lớn, phản xạ kép ở các góc trong rất nhiều, nên phải lọc nhiễu kỹ trong phần mềm.
Ví dụ 3: Vỏ nhựa đen bóng
Vỏ thiết bị điện tử, ốp đèn ô tô màu đen. Đây là combo đen cộng bóng. Gần như chắc chắn phải phun bột. Sau khi quét, file thường được đưa sang scan to CAD để dựng lại mặt chuẩn, vì vỏ nhựa ép thường có nhiều mặt phẳng, góc thoát khuôn, gân tăng cứng cần làm sạch.
Ví dụ 4: Tượng sơn mài, tượng phủ vàng
Đây là trường hợp nhạy cảm nhất, vì phần lớn là đồ thờ, đồ cổ, khách không cho phủ bất cứ thứ gì. Lựa chọn là dùng máy có khả năng chỉnh exposure tốt, quét nhiều lượt với nhiều góc khác nhau, chấp nhận có lỗ nhỏ rồi vá trong phần mềm. Nếu được phép, dùng loại bột tự bay hơi chuyên dụng vì nó không để lại cặn. Tuyệt đối không dùng bột talc pha cồn lên sơn mài, cồn có thể làm mờ lớp sơn.
Sau khi quét: xử lý file từ vật khó
Quét vật khó thì file thô cũng “bẩn” hơn bình thường. Thường gặp: lỗ thủng ở vùng chói, gai nhiễu do phản xạ kép, bề mặt sần do lớp bột không đều. Quy trình xử lý cơ bản là lọc nhiễu, xóa các mảng lơ lửng, vá lỗ, làm mượt nhẹ (không làm mượt quá tay kẻo mất cạnh sắc).
Nếu file dùng để in 3D, bạn cần kiểm tra lỗi lưới như non-manifold, mặt lật ngược, lỗ hở. Bài sửa file STL lỗi trước khi in 3D trong loạt bài mới hướng dẫn kỹ phần này. Còn nếu vật quét là chi tiết bị mòn, gãy và cần khôi phục kích thước gốc, xem tiếp bài thiết kế ngược chi tiết gãy, mòn.
Khi nào nên tự làm, khi nào nên thuê?
Nếu bạn đã có máy quét và chỉ thỉnh thoảng gặp vật bóng, một bình xịt scan và vài tờ marker là đủ để tự xử lý. Nhưng nếu vật là kính, vật cần đo dung sai chặt, hoặc cần thấy bên trong, thì thuê đơn vị có máy laser xanh và CT sẽ tiết kiệm hơn nhiều so với mày mò. Với vật lớn hoặc không tháo được khỏi dây chuyền, có thể đặt quét 3D tại nhà máy.
CT3D nhận quét các loại bề mặt khó tại TP.HCM, Hà Nội và các tỉnh, có cả quét quang học lẫn CT X-ray. Thông tin dịch vụ xem tại ct3dgroup.com – dịch vụ scan 3D và thiết kế & scan 3D. Với nhu cầu so sánh file quét với CAD, có thêm dịch vụ kiểm tra 3D bằng máy scan.
Câu hỏi thường gặp
Phun bột scan có làm hỏng vật không?
Loại tự bay hơi chuyên dụng gần như không để lại gì, hợp với đồ quý. Bột talc pha cồn hay bột developer phải lau rửa, nên tránh dùng trên sơn mài, nhựa dễ bị dung môi ăn, hoặc vật có lỗ nhỏ khó vệ sinh.
Lớp bột phun làm sai kích thước bao nhiêu?
Tùy cách phun. Phun mỏng nhiều lớp thì sai lệch rất nhỏ, đủ cho mỹ thuật và phần lớn việc tạo mẫu. Với chi tiết lắp ghép dung sai chặt, nên quét thử mẫu chuẩn để biết độ dày lớp phủ của mình rồi bù trừ khi dựng CAD.
Có quét được kính mà không phun gì không?
Bằng máy quang học thì gần như không. Nếu không được phép phủ bề mặt, giải pháp thực tế là CT scan, vì tia X không bị ảnh hưởng bởi độ trong suốt.
Máy laser xanh có cần phun bột không?
Nhiều trường hợp vật đen hoặc kim loại mờ thì không cần. Vật bóng như gương hoặc trong suốt thì vẫn nên phun nhẹ để có dữ liệu sạch, đỡ mất công vá lỗ.
Quét vật bóng tốn thời gian hơn bao nhiêu?
Thường lâu hơn vật bình thường khá nhiều vì thêm bước chuẩn bị bề mặt, dán marker, quét nhiều lượt và xử lý nhiễu. Báo giá sẽ tùy kích thước và độ phức tạp, nên gửi ảnh vật trước để được tư vấn cách làm phù hợp.
Bạn có vật bóng, trong suốt hay màu đen cần quét? Gửi ảnh hoặc mô tả qua Zalo/hotline CT3D 0975 008 728 để kỹ thuật viên tư vấn chọn máy và cách xử lý bề mặt trước khi báo giá.
Nguồn tham khảo
- Wikipedia, “3D scanning”: https://en.wikipedia.org/wiki/3D_scanning
- Wikipedia, “Structured-light 3D scanner”: https://en.wikipedia.org/wiki/Structured-light_3D_scanner
- Wikipedia, “Industrial computed tomography”: https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_computed_tomography
- AESUB, giới thiệu các dòng scanning spray: https://aesub.com/en/
