Fraunhofer IGD : numérisation 3D autonome de haute qualité sans post-traitement manuel

Capturez automatiquement des objets de toute taille et complexité géométrique

Du cheval primitif au démantèlement des centrales nucléaires : Fraunhofer IGD a développé le premier robot de numérisation 3D autonome qui fournit des numérisations précises et en couleurs vraies de haute qualité reproductible. Cela permet de numériser un patrimoine culturel comme le fossile d’un cheval ancien trouvé dans la mine de Messel en 2023 et de le convertir en modèle 3D. Les domaines d’application sont également nombreux, comme le développement de systèmes précis pour le démantèlement des centrales nucléaires ou la numérisation de composants dans l’industrie automobile lorsqu’aucun modèle CAO n’est disponible. La technologie permet de créer des modèles 3D précis sans post-traitement manuel. Il est déjà utilisé dans les domaines du patrimoine culturel, de l’industrie, de la médecine légale et de la médecine.

Les défis liés à la numérisation de surfaces sont nombreux : les métaux brillent et se reflètent. Avec les pierres précieuses, ce sont souvent les détails complexes, fins et la transparence qui rendent la numérisation difficile. Cependant, l’Institut Fraunhofer pour le traitement des données graphiques IGD a développé une solution qui permet la capture numérique 3D d’objets indépendamment de leur taille et de leur complexité géométrique.

Le point de départ de ces développements a été la numérisation 3D des biens du patrimoine culturel. La spin-off de Fraunhofer, Verus Digital GmbH, propose aux musées et aux archives un robot de numérisation 3D ainsi que des services de numérisation 3D, tandis que Fraunhofer IGD transfère désormais son expertise en matière de numérisation 3D à d’autres secteurs et applications industrielles. Désormais, n’importe quelle surface peut non seulement être capturée numériquement, mais les modèles 3D résultants peuvent également être utilisés pour des processus de traitement spécifiques tels que l’ébavurage, le décapage, la peinture ou l’impression autonomes assistés par robot.

Précision pour le démantèlement des centrales nucléaires

Un exemple de transfert de technologie est le développement d’un système de décapage de haute précision, autonome et assisté par robot pour le démantèlement des centrales nucléaires. Pedro Santos, chef du département Numérisation du patrimoine culturel au Fraunhofer IGD, explique : « Dans le domaine du démantèlement des centrales nucléaires, les défis sont énormes. De nombreux tuyaux ou poutres en acier sont dotés d’un revêtement dit décontaminant qui agrège l’activité. Les tuyaux sont découpés et divisés lors du démontage afin qu’il n’y ait plus de modèle CAO décrivant leur géométrie. Cependant, la couche activée doit être retirée en toute sécurité. Auparavant, cela se faisait soit par bains chimiques, soit par décapage manuel au moyen de procédés au jet d’eau à haute pression. Cependant, la dose de rayonnement de chaque employé doit être surveillée en permanence. Les horaires de travail sont donc plus courts et il faut plus de personnel.

« Puisque notre technologie nous permet de capturer des géométries individuelles de manière autonome et complète, nous avons automatisé ce processus. » Selon Santos, un robot peut désormais capturer n’importe quel assemblage en 3D, puis les démonter de manière autonome avec une qualité reproductible, sans qu’un opérateur ait besoin d’être présent. un environnement humide, bruyant et potentiellement dangereux en raison des brouillards de pulvérisation. Le système Fraunhofer IGD est utilisé depuis sept mois dans le bloc A de la centrale nucléaire de Biblis.

Transfert de technologie vers la numérisation des preuves et la médecine légale

En plus de leur utilisation dans le démantèlement des centrales nucléaires, les systèmes du Fraunhofer IGD sont également utilisés dans la numérisation des preuves et la médecine légale. Dans le cadre d’un projet mené avec la police de Hesse, les salles des preuves doivent être numérisées à l’aide de robots de numérisation 3D afin de permettre aux policiers d’accéder à tout moment et de n’importe où à des modèles 3D haute résolution de preuves récupérées sur les scènes de crime. Cela élimine la nécessité de transporter ces éléments de la chambre des preuves jusqu’au service concerné. Cela permet également aux services situés à différents endroits d’accéder simultanément aux mêmes preuves. Dans le cadre d’un projet mené en collaboration avec l’Institut de médecine légale de l’Université de Zurich, les tomodensitogrammes réalisés lors d’autopsies sont désormais combinés avec des scans de surface 3D pour identifier les caractéristiques des causes de décès sur la base de la corrélation des deux technologies. «Cette technique permet, par exemple, de visualiser la décoloration de la peau d’une plaie avec la profondeur de pénétration d’un instrument dans un seul modèle 3D», explique Santos.

Transfert de technologie vers l’industrie automobile

Cette technologie est également d’une grande utilité dans le secteur automobile. Il peut être utilisé, par exemple, pour maintenir plus longtemps les voitures anciennes et classiques en bon état de marche. À un moment donné, il n’y aura plus de pièces de rechange OEM (Original Equipment Manufacturer) pour de nombreuses automobiles historiques. Si un collectionneur souhaite une réplique historiquement correcte, il recherche parfois d’anciens moules afin de recréer la pièce de rechange fidèle à l’original en utilisant les anciens procédés. C’est extrêmement cher.

Une solution moins coûteuse consiste à numériser en 3D un composant OEM endommagé à l’aide des technologies Fraunhofer, à le réparer virtuellement, puis à le refabriquer à l’aide de l’impression 3D. En fonction de l’utilisation prévue dans le véhicule, le composant doit être agréé pour les ensembles relatifs à la sécurité ou agréé par le TÜV. D’autres applications industrielles dans l’industrie automobile incluent par exemple la finition de certains ensembles, comme le garnissage d’un tableau de bord de constructeur avec un revêtement individuel en cuir par un sellier. Ici aussi, la numérisation 3D autonome de l’assemblage peut servir de base à un schéma de découpe individuel.

Développement de normes pour l’étalonnage des couleurs 3D

Afin de pouvoir créer des modèles numériques encore plus complets et précis, Fraunhofer IGD développe progressivement ses robots de numérisation 3D autonomes. Cela inclut la détection multispectrale de surfaces, mais aussi le développement de normes pour l’étalonnage des couleurs 3D afin de garantir des résultats globalement comparables en 3D comme ils existent déjà en 2D. « Au cours des dix prochaines années, nous nous concentrerons sur le transfert des résultats de diverses technologies de mesure telles que les scans de surface 3D, les tomodensitogrammes, les images térahertz et échographiques d’un objet dans un modèle 3D consolidé de ce même objet (jumeau numérique) afin de obtenir des résultats de diverses «pour pouvoir visualiser, corréler et analyser des méthodes de mesure basées sur l’IA», explique Santos.

« Le jumeau numérique garantit un accès à long terme à l’art et à la culture »

Fraunhofer IGD présente un jumeau numérique capturé et calculé de manière autonome en 3D lors de l’atelier Eurographics sur le graphisme et le patrimoine culturel (GCH 2024) à Darmstadt. Les chercheurs montrent également une réplique 3D du troisième stylo original récemment découvert dans la fosse de Messel, classée au patrimoine mondial de l’UNESCO, imprimée en couleur grâce à la technologie Fraunhofer.

« Nous avons confié la numérisation d’une pièce aussi rare et précieuse à Fraunhofer IGD, fort de ses années d’expertise en numérisation 3D, et nous n’avons pas été déçus. Le jumeau numérique garantit un accès à long terme à l’art, à la culture et aux trésors naturels pour un large public et des experts du monde entier », souligne Philipe Havlik, directeur général de Welterbe Grube Messel gGmbH.

Au Musée national de Hesse à Darmstadt, du 16 au 18 septembre 2024, des chercheurs présenteront de nouvelles approches et technologies pour le transfert numérique des connaissances sur le patrimoine culturel et naturel ainsi que leurs nombreuses utilisations possibles.

Informations complémentaires :

En savoir plus sur les technologies de numérisation 3D de Fraunhofer IGD :

Vidéo sur le scan 3D du cheval ancien :

À propos du Fraunhofer IGD :

L’Institut Fraunhofer pour le traitement des données graphiques (IGD) établit depuis plus de 30 ans des normes en matière d’informatique visuelle et d’informatique basée sur des images et des modèles. Les quelque 210 collaborateurs du Fraunhofer IGD soutiennent des entreprises et des institutions des secteurs de l’automobile, de la santé et des soins, de la bioéconomie, de l’industrie des logiciels et de l’informatique, de l’économie maritime ainsi que des industries culturelles et créatives. Fraunhofer IGD propose des solutions technologiques concrètes et contribue au développement stratégique. Les chercheurs effectuent des analyses de problèmes, conçoivent des systèmes logiciels et matériels, développent des prototypes et réalisent et mettent en œuvre des systèmes visuels interactifs. L’accent est mis sur l’interaction homme-machine, la réalité virtuelle et augmentée, l’intelligence artificielle, la simulation interactive, la modélisation ainsi que l’impression 3D et le scan 3D. Fraunhofer IGD mène des recherches de pointe depuis 1987 et soutient le changement social et économique avec des solutions orientées applications sur ses trois sites de Darmstadt, Rostock et Kiel. Ses produits développent une pertinence internationale grâce à la collaboration avec l’institut sœur autrichien de Graz et Klagenfurt ainsi qu’à la participation à un large éventail de projets européens.

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