Introduction

Nous testons les scanners de Shining 3D depuis 2016, et l’entreprise basée à Hangzhou a parcouru un long chemin. C’est aujourd’hui une marque internationale avec une reconnaissance mondiale et des bureaux aux États-Unis et en Europe. Le bureau de Stuttgart de Shining 3D en Allemagne est passé de 3 à 30 employés rien qu’au cours des deux dernières années, ce qui témoigne d’une croissance impressionnante que l’équipe reflète dans la qualité croissante de ses produits.

Aujourd’hui, nous sortons de la gamme EinScan pour nous intéresser à la série FreeScan UE. Cette série succède à la série de scanners laser 3D à main FreeScan X. La série FreeScan UE offre des solutions de numérisation 3D métrologiques tout-en-un pour des objets de types, de tailles et de matériaux différents, de manière à rendre la numérisation 3D et la métrologie plus accessible.

Shining 3D a présenté la gamme UE l’année dernière avec les modèles UE7 et UE11, avant de la compléter cette année avec la nouvelle version améliorée UE Pro. Les trois scanners 3D à laser bleu présentent une quantité variable de lignes laser, de vitesses de numérisation et de prix :

Modèle	FreeScan UE7	FreeScan UE11	FreeScan UE Pro
Source lumineuse	14 lignes + 1 ligne supplémentaire	22 lignes + 1 ligne supplémentaire	26 lignes, 5 lignes parallèles + 1 ligne supplémentaire
Vitesse de capture	650 000 points/sec	1 020 000 points/sec	1 850 000 points/sec
Prix	$18,699 / €16,999	$24,199 / €21,999	$24,000 / €22,000

Une différence majeure avec la version UE Pro par rapport au reste de la gamme est qu’elle est livrée avec des barres de photogrammétrie pour scanner en 3D des objets de grande taille (par exemple, de petits avions, des voitures, etc) ; une fonctionnalité que nous allons explorer plus en détail dans une section dédiée. La caméra de 3,2 Mpx du FreeScan UE Pro est également un cran au-dessus de l’appareil photo de 1,3 Mpx des UE7 et 11. En fait, plus on monte dans la gamme, plus la polyvalence est grande et plus la précision – surtout la précision volumétrique, grâce aux barres d’échelle – est élevée.

Shining 3D positionne le FreeScan UE Pro comme un scanner 3D professionnel pour « l’inspection de précision métrologique, la rétroconception, la fabrication additive et d’autres applications. » La promesse est-elle tenue ?

Déballage

Ce qu’on remarque immédiatement en déballant l’UE Pro, c’est une amélioration de la qualité. Le carton et plus épais, et la mousse à l’intérieur de l’étui rigide plus dense. Bien qu’il s’agisse de détails mineurs, ils contribuent à l’impression générale de qualité d’un produit.

Le FreeScan UE Pro est livré avec les accessoires suivants, tous emballés dans une malette lourde et robuste :

• Une clé USB avec le logiciel FreeScan
• Câble de données et d’alimentation deux en un
• Deux jeux de marqueurs
• Une plaque d’étalonnage et un certificat
• Deux échelles de photogrammétrie

Le scanner 3D lui-même est étonnamment plus léger que ce à quoi on pourrait s’attendre au vu de son design industriel et volumineux. Il donne l’impression d’être un produit de bonne qualité, bien fini, avec son toucher doux et son revêtement au toucher soyeux (qui pourrait, par contre, le rendre plus vulnérable aux rayures).

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Logiciels et ordinateurs requis

Le FreeScan UE Pro fonctionne avec le logiciel FreeScan inclus. Pour que le logiciel et le matériel fonctionnent sans problème, Shining 3D recommande la configuration informatique suivante :

• Système d’exploitation : Windows 10/11 64 bits
• GPU : ≥ GeForce RTX 3060
• VRAM : ≥ 6GB
• Processeur : ≥ i7-8700
• RAM : ≥ 32GB

Shining 3D nous a prêté un PC encore plus puissant avec les spécifications suivantes :

• Système d’exploitation : Windows 10 64 bits
• GPU : GeForce RTX 3060 Ti
• VRAM : 8 GO
• CPU : i7-11800H @ 2.30GHz
• RAM : 64GB

La configuration minimale recommandée par Shining 3D devrait être plus que suffisante pour le post-traitement de vos numérisations dans un logiciel de conception ou d’inspection 3D. Vous pouvez exporter vos résultats vers l’éditeur Shining 3D de Solid Edge ou d’autres suites logicielles majeures telles que Geomagic de 3D Systems (inclus dans le pack) ou Verisurf en un clic.

Mise en route et vue d’ensemble

Installation du scanner

Nous avons installé le FreeScan UE Pro en un rien de temps. Il suffit de brancher le cordon d’alimentation sur une prise de courant et sur le câble de données, que vous connectez au PC (par USB) et au scanner (deux sorties).

Calibration et logiciel

Le calibrage du FreeScan UE Pro a pris moins de 5 minutes et a été très facile à réaliser. Il faut d’abord sortir avec précaution la plaque d’étalonnage du fond de la valise de transport. La plaque est lourde, et il est un peu difficile de l’ouvrir car de puissants aimants la maintiennent fermement dans sa position repliée.

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Ensuite, vous pouvez lancer le processus d’étalonnage à partir du logiciel FreeScan sur votre ordinateur. Il affiche une série d’instructions vous permettant de pointer et de photographier la plaque d’étalonnage à différentes distances et sous différents angles – un processus d’étalonnage typique.

Résolution

Lorsque vous avez terminé l’étalonnage, vous devez indiquer si vous commencez un nouveau projet ou si vous vous basez sur un projet existant. Si vous commencez un tout nouveau projet, vous pouvez choisir la résolution dont vous avez besoin. Sinon, le logiciel continuera avec la résolution que vous avez choisie initialement lorsque vous avez commencé votre projet.

Avant de commencer à tester « officiellement » le scanner, j’ai essayé la résolution de 0,05 mm pour voir à quel point la numérisation pouvait être détaillée. L’aperçu obtenu était étonnant, mais la numérisation a pris beaucoup plus de temps que lorsque j’ai utilisé la résolution de 0,2 ou 0,5 mm. Plus votre résolution est fine, plus vous devez insister et passer du temps sur chaque zone pour la capturer. (Et n’oubliez pas que plus la résolution est élevée, plus le fichier résultant sera volumineux).

Note : le FreeScan UE Pro offre une résolution de capture allant de 0,01mm à 3mm

Voyez ci-dessous le mode HD partiel en cours d’utilisation (nous avons accéléré la vidéo, qui durait initialement 3 min 40 s) :

Dans la plupart des cas, 0,2 mm ou 0,5 mm suffisent ; n’utilisez 0,05 mm que si vous avez vraiment besoin de ce niveau de détail pour l’inspection des pièces ou si vous travaillez avec des objets petits et complexes. Une autre option consiste à utiliser le mode HD partiel uniquement sur une zone spécifique très détaillée.

Notez qu’il est possible d’utiliser différentes résolutions dans un même projet de numérisation (mode « Partial HD »).

Modes de scan 3D

Comme mentionné précédemment, l’UE Pro est censé offrir un haut niveau de polyvalence à ses utilisateurs. Il le fait grâce à ses multiples modes de numérisation 3D, qui répondent à tous les types de cas d’utilisation :

• Numérisation 3D rapide: utilise 13 croix laser (26 lignes) pour capturer rapidement des objets de grande taille
• Mode HD: il projette 5 lignes parallèles pour capturer plus de détails
• Mode monoligne: projette une seule ligne laser, utile pour les détails extrêmement fins et les rainures, poches ou trous profonds
• Photogrammétrie: utilise deux barres de photogrammétrie comme références de mesure externes pour les captures à grande échelle

Vous pouvez combiner tous ces modes pour obtenir le meilleur de chacun d’eux au cours d’une même numérisation. En d’autres termes, vous pouvez d’abord utiliser le mode de balayage rapide pour capturer la majeure partie de l’objet, puis utiliser le mode HD sur les zones détaillées ou complexes, et terminer par le mode ligne unique pour capturer les trous et les détails.

Le mode HD est très utile pour augmenter localement la résolution et les détails d’un scan. Sur un capot de voiture, par exemple, vous n’aurez pas besoin de données haute résolution sur la partie plate, mais vous voudrez peut-être obtenir une résolution plus élevée sur l’ornement du capot.

Il est facile de passer d’un mode à l’autre grâce aux boutons situés sur le dessus de la poignée du scanner, même s’ils ne sont pas très faciles à atteindre avec le bout du pouce (et j’ai de grandes mains et de longs pouces). Vous pouvez également passer facilement d’un mode à l’autre sur votre PC via le logiciel FreeScan.

Remarque : la distance de numérisation entre l’objet et le scanner est différente pour chaque mode ; vous devez en tenir compte lorsque vous changez de mode.

Barres d’échelle pour la photogrammétrie

L’UE Pro est livré avec deux barres d’échelle qui fonctionnent avec le système de photogrammétrie intégré du scanner. Elles vous permettent de capturer de grandes pièces tout en conservant la précision dimensionnelle du scanner 3D.

Il vous suffit de les placer autour de l’objet (deux barres sont incluses dans le pack de base, mais vous pouvez en utiliser jusqu’à 16). Comme le scanner 3D connaît déjà la taille exacte des barres (en chargeant un fichier dédié inclus sur une clé USB fournie), il peut déterminer leur position avec un niveau de précision bien supérieur.

Rétro-ingénierie d’une pièce automobile : la bouche d’aération de la Saab 900

Un de mes amis possède une ancienne Saab 900 Aero (1993), pour laquelle il est difficile ou très coûteux de se procurer des pièces de rechange. Certaines sont même impossibles à trouver, car seuls 70 modèles de cette voiture ont été produits. Et l’une des bouches d’aération du tableau de bord est vraiment endommagée :

Il m’a donc demandé de numériser en 3D la bouche d’aération non endommagée afin de la « dupliquer » via une étape de rétro-ingénierie, puis d’impression 3D. Voici comment nous avons procédé.

Étape 1 : Numérisation 3D de la pièce

La pièce est fabriquée dans un plastique ressemblant à du caoutchouc, flexible mais solide et épais. Elle présente des rainures, une texture semblable à celle du cuir sur le dessus et quelques trous, avec beaucoup de détails à capturer. De plus, elle est de couleur sombre. C’était donc une pièce présentant plusieurs défis pour un scanner 3D. J’avais brièvement testé le scanner sur cette pièce quelques jours auparavant et j’ai dû augmenter l’exposition au maximum afin de capturer la surface de couleur sombre. J’avais également utilisé quelques marqueurs, mais les marqueurs laissent des trous (dans le maillage), ce qui n’est pas très optimal pour une pièce de petite taille avec un niveau de détails élevé.

Bien qu’il y ait peu de doute que le scanner aurait pu réussir sans spray matifiant, j’ai utilisé du spray AESUB blue sur la pièce pour accélérer le processus. Avec le spray, vous pouvez commencer à scanner en 3D avec les paramètres habituels, sans avoir à régler l’exposition.

Il n’était pas utile dans ce cas d’obtenir un scan en ultra-haute résolution, j’ai donc choisi 0.2mm, ce qui est déjà une excellente résolution. J’ai commencé par numériser la pièce avec le mode lignes parallèles, et j’ai fait une pause après une minute environ pour « découper » le plateau rotatif dans le logiciel.

Il s’agit d’une excellente fonctionnalité (et très facile à utiliser) : une fois que vous avez découpé la surface de votre plateau, support, ou tout autre élément que vous n’étiez pas censé capturer, le logiciel masque automatiquement les données de ces zones lorsque vous poursuivez la numérisation, même lorsque vous changez de mode.

Après avoir capturé l’essentiel de la pièce avec le mode Parallel lines, j’ai sélectionné le mode Single line pour capturer plus de détails, notamment sur les intérieurs creux, la zone filetée, les poches, etc. Le logiciel se met en mode « prévisualisation » pour se repositionner avant que vous puissiez appuyer sans risque sur le bouton « play » et recommencer la numérisation.

Après quelques minutes de numérisation en mode Single line, le résultat était déjà très beau. Mais il y avait des zones plus détaillées qui auraient pu bénéficier de la magie de la HD – alors j’ai essayé !

Dans le logiciel, j’ai activé la fonction « Partial HD » (résolution de 0,02 mm), qui permet de sélectionner une zone précise sur laquelle vous souhaitez l’utiliser. Le logiciel supprime alors les données capturées de la zone que vous avez délimitée (il y a des outils de sélection rectangle, circulaire, et lasso) pour les remplacer par les données HD que vous avez capturées.

Comme mentionné précédemment, j’ai également utilisé le mode Partial HD sur une zone de lettres, et j’ai obtenu un excellent résultat :

Étape 2 : Alignement des nuages de points

Comme toujours, pour capturer une pièce à 360°, vous devez la retourner plusieurs fois, ce que j’ai fait pour la bouche d’aération. À chaque retournement, vous devez créer un nouveau projet, que vous alignerez ensuite avec le logiciel.

Nous avons aligné 3 nuages de points (sur les 6 projets que nous avons réalisés) avec la fonction d’alignement automatique du logiciel. Cela a littéralement pris quelques secondes et a parfaitement fonctionné.

La gestion des fichiers du logiciel est un peu désordonnée, elle génère beaucoup de sous-dossiers et de fichiers différents. Il n’est pas intuitif de savoir dans quels dossiers un fichier ou un projet spécifique est enregistré. Mais c’est une nécessité absolue, car c’est ce qui permet l’enregistrement automatique et le regroupement de différents projets dans un même scan.

Étape 3 : Conversion du maillage

Une fois que vous avez aligné tous vos nuages de points, vous pouvez convertir le nuage résultant en un maillage pour le nettoyer et l’exporter. Notez que cette étape est réversible ; même si votre maillage est déjà généré, vous pouvez revenir en arrière et effectuer d’autres numérisations pour le compléter (avec un autre projet).

La conversion a pris moins d’une minute pour nos nuages de points. Nous avons ensuite utilisé le remplissage manuel des trous et le lissage automatique du maillage, avec de bons résultats. Il existe également des fonctions de mesure intéressantes, vous pouvez par exemple mesurer la distance entre deux points donnés, connaître le volume exact de la pièce, etc.

Nous avons obtenu un fichier de maillage détaillé, puis l’avons exporté dans des formats standards, tels que OBJ (52 Mo) et STL (63 Mo). Nous aurions pu utiliser la fonction « simplification » pour réduire la taille du fichier final, mais nous avons décidé de conserver tous les détails avant de télécharger le modèle dans Sketchfab.

Étape 4 : Rétroconception et impression 3D via un bureau de service

Un formulaire de demande de rétroconception (« reverse engineering service ») est intégré au logiciel FreeScan. Vous pouvez envoyer votre fichier, les détails du projet et les contraintes, et ils peuvent faire de la rétroconception à partir du maillage que vous leur envoyez.

Autres résultats de numérisation 3D

Statue de lion khmer

Nous avons placé le lion sur un plateau tournant recouvert de marqueurs, sans, dans un premier temps, placer de marqueurs sur la statue elle-même. Nous avons ensuite créé un nouveau projet en résolution de 0,5 mm et avons commencé avec le mode cross-line et l’exposition automatique.

Après environ deux minutes de numérisation, nous avons fait une pause pour réduire manuellement l’exposition et « éliminer » le plateau (fonction « clip plane ») et les artefacts flottants environnants. Ce qui est bien avec l’écrêtage des plans et des artefacts, c’est qu’une fois cette opération effectuée, le scanner ne capture plus de données dans ces zones. Nous avons ensuite basculé entre les modes parallèle et unifilaire dans deux autres sous-projets, pour un total d’environ 5 minutes supplémentaires de numérisation 3D.

Nous avons ensuite nettoyé les nuages de points (2 minutes), lancé l’auto-alignement (30 secondes), puis demandé au logiciel de créer le maillage (20 secondes). Cette session a pris – moins l’exploration et la navigation du logiciel – moins de 15 minutes.

Le maillage manquait cependant de données à certains endroits, notamment sur la face inférieure du lion. Nous l’avons donc retourné (nous l’avons placé sur un pull-over en boule pour le maintenir en place) et avons placé des marqueurs dessus pour le capturer plus rapidement. Cette session, y compris le réalignement des nouveaux nuages sur le maillage original, nous a pris environ 15 minutes. Nous avons donc obtenu un modèle 3D complet et propre en 30 minutes maximum.

Grandes pièces (avec barres de photogrammétrie)

Pour mettre le FreeScan UE Pro à l’épreuve sur un objet de grande taille, nous avons choisi un objet difficile : une peluche réaliste d’un ours polaire utilisée comme décoration dans les bureaux de Sopra Steria où nous avons effectué ces tests. L’ours lui-même mesure environ 4 mètres de long, 1 mètre de large et 1 mètre de profondeur. Il est recouvert d’une épaisse fourrure blanche, ce qui en fait une pièce très difficile à numériser en 3D, car la fourrure réfléchit la plupart de la lumière laser de numérisation 3D en la faisant rebondir entre les poils.

Pour réaliser ce scan 3D partiel, nous avons recouvert l’ours et l’iceberg de marqueurs, espacés de 15 à 25 cm. Les deux barres de photogrammétrie fournies ont été positionnées sur l’iceberg, à proximité de l’ours.

Au début du processus de numérisation 3D, nous avons chargé les fichiers de référence des barres photogrammétriques dans le projet, en utilisant simplement la clé USB Shining 3D. Nous avons choisi une résolution de 1 mm pour ce projet.

En quelques minutes, nous avons capturé toutes les positions des marqueurs ainsi que les barres de photogrammétrie, puis nous avons pu effectuer les scans 3D. Tous les captures 3D ont été réalisées dans le même projet, car il n’était pas nécessaire de changer l’orientation des sujets.

La numérisation 3D complète de la moitié de l’ours en peluche nous a pris environ 15 minutes en mode « cross lines », en raison de la grande taille de la pièce et de la difficulté à saisir tous les détails des poils. Nous devons insister sur le fait que ce qui prend le plus de temps pour de tels scans 3D n’est pas le processus de scan 3D lui-même mais plutôt le collage des cibles de positionnement (et leur retrait par la suite). Finalement, nous avons obtenu un fichier de maillage détaillé, riche de nombreux détails (fichier STL brut exporté : 175 Mo, mais après une seule passe d’optimisation, nous avons réussi à obtenir un fichier de moins de 50 Mo).

Nous avons été impressionnés par l’ensemble du processus de capture 3D par photogrammétrie et par le résultat, car le modèle était vraiment difficile. Sur des pièces plus standard, telles que des carrosseries automobiles, il sera sans aucun doute très performant.

Conclusion

Le FreeScan UE Pro a été un jeu d’enfant à installer et à calibrer, et tout aussi facile à utiliser. C’est un scanneur laser 3D très puissant qui peut capturer un niveau de détail extrêmement élevé, et il est rapide à le faire. Nous avons obtenu d’excellents maillages sur des pièces complexes en une demi-heure environ, ce qui est étonnant, surtout à ce prix (à mettre en perspective avec des solutions à 50 000 dollars, par exemple).

Le logiciel FreeScan est également un excellent produit, avec des fonctions utiles qui fonctionnent bien et rapidement. Le fait que Shining 3D nous ait prêté un PC performant a aidé ; si vous voulez acquérir un scanner aussi puissant et utiliser son logiciel sans effort, nous vous recommandons vraiment de dépenser un peu plus pour un PC qui dépasse les exigences minimales.

Alors que le logiciel était l’un des défauts de Shining 3D, nous avons vu la société s’améliorer au cours des deux dernières années (notamment avec le EinScan HX), et ils l’ont encore fait ici. Le logiciel FreeScan pourrait encore bénéficier de quelques améliorations de l’interface utilisateur et de quelques corrections ici et là, mais ce n’est pas un obstacle à notre avis – surtout, encore une fois, à ce prix. Il a tout ce dont vous avez besoin pour couvrir les cas d’utilisation de la métrologie de base à avancée, débloquant l’accès à des fonctionnalités qui étaient auparavant exclusives à une petite poignée d’autres marques.

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