Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia điều khiển số và kỹ thuật hệ thống (DCSELAB) ĐH Bách khoa TP.HCM vừa chế tạo thành công máy quét 3D có giá thành rất thấp so với các sản phẩm nhập khẩu từ nước ngoài nhưng lại có nhiều tính năng vượt trội hơn.
Không chỉ trong lĩnh vực điện ảnh, công nghệ 3D ngày càng cho thấy những tính năng ưu việt ở các lĩnh vực như y tế, khảo cổ học, gia công sản phẩm... Những máy quét 3D trợ giúp con người rất nhiều trong việc tạo dựng khuôn hình hoàn thiện của một sản phẩm dùng để nghiên cứu, khảo sát, kiểm tra, chế tạo...
Nội địa hóa 100%
Nói về ý tưởng chế tạo máy quét 3D, kỹ sư Phan Huỳnh Lâm, chủ nhiệm đề tài, cho biết: “Trên thế giới, các hệ thống máy quét 3D được sử dụng rất phổ biến, việc áp dụng các hệ thống máy quét giúp đẩy mạnh sản xuất, tiết kiệm chi phí và tăng năng suất, tuy nhiên giá thành lại rất cao. Từ những suy nghĩ đó, chúng tôi đã xây dựng mô hình máy quét 3D để quét mẫu kiểm tra, dựng hình tạo mẫu ngược để áp dụng trong việc tích hợp ở các dây chuyền kiểm tra mẫu, trong các ứng dụng tạo hình, tạo mẫu. Hiện tại các thiết bị máy quét và phần mềm chủ yếu vẫn là của nước ngoài, do đó chúng ta cần triển khai để làm chủ công nghệ, giảm giá thành. Có thể nói sản phẩm máy quét 3D của DCSELAB là sản phẩm máy quét 3D nội địa hóa thành công đầu tiên của VN”.
Sản phẩm gồm phần cứng với trục tịnh tiến và trục xoay để cắt vật thể thành từng lớp mỏng khi quét ảnh. Trên trục tịnh tiến có gắn camera và laser dạng đường thẳng để khi chiếu tia laser vào vật thể sẽ tạo ra các đường cắt và camera có nhiệm vụ nhìn thấy các đường cắt đó. Hệ thống xử lý được điều khiển bởi tổ hợp nhiều ứng dụng như: phần mềm điều khiển chuyển động tịnh tiến và chuyển động xoay, phần mềm đọc dữ liệu từ camera và tín hiệu cảm biến vị trí để xuất ra các lớp cắt 2D và của vật thể, phần mềm ghép các lớp 2D và hiển thị thành 3D, phần mềm có khả năng xuất thành dạng file PLY, STL dùng cho các máy cơ khí chuyên dụng...
Kỹ sư Phan Huỳnh Lâm bên cạnh máy quét 3D - (Ảnh: Ngọc Khanh)
Máy quét 3D sử dụng nguyên lý chụp ảnh vật thể bằng những lát cắt nhỏ bởi các tia laser và nối các lát cắt này lại với nhau bằng phần mềm. Để làm được điều này, hệ trục tịnh tiến sẽ di chuyển các bước đều nhau và đủ nhỏ để các đường laser phủ mặt vật quét hoàn toàn. Hệ trục bàn xoay giúp xoay vật thể để phối hợp với hệ trục tịnh tiến quét phần khuất còn lại của vật thể. Còn phần mềm trên máy tính sẽ truyền tín hiệu điều khiển xuống mạch điều khiển động cơ trục tịnh tiến để quét bề mặt, đồng thời phần mềm sẽ làm mịn hóa và xử lý chuyển tín hiệu từ camera ra tín hiệu không gian 3D.
“Sản phẩm máy quét 3D của DCSELAB đã nội địa hóa 100%, có khả năng tự ghép nhiều mặt ghép thay vì người dùng phải tự thao tác ghép như máy khác (ví dụ như máy của Konica), có độ phân giải cao” - PGS.TS Nguyễn Thanh Nam, giám đốc DCSELAB, chia sẻ.
Nhiều ưu điểm, giá rẻ
Theo các kỹ sư của DCSELAB, khi được ứng dụng vào thực tiễn, máy quét 3D sẽ làm cho công đoạn thiết kế ngược trong ngành cơ khí đơn giản hơn. Từ đó, dễ dàng thiết kế lại khuôn của chi tiết, dựng lại mô hình 3D để đưa vào gia công và giúp kiểm tra sản phẩm làm ra có đúng yêu cầu thiết kế hay không. Còn trong khảo cổ học, máy quét 3D giúp tái tạo chính xác vật thể mà không cần tiếp xúc.
“Ưu điểm của máy quét 3D là có khả năng quét một lần với độ chính xác cao mà các sản phẩm ngoại nhập không làm được. Máy có sự kết hợp trục xoay và tịnh tiến, giúp quét tự động vật thể mà không cần người dùng ghép nối. Máy có thể quét trong phòng kín nên đảm bảo độ chính xác, đồng thời thời gian quét hoàn thành một mẫu thấp, chỉ 15-20 phút” - kỹ sư Phan Huỳnh Lâm chia sẻ về ưu điểm của máy quét 3D so với những máy quét của nước ngoài có trên thị trường.
Sản phẩm máy quét 3D đã được nhóm tác giả nghiên cứu từ cuối năm 2012 với tổng chi phí gần 200 triệu đồng. Nếu nhập khẩu một chiếc máy như vậy của nước ngoài thì kinh phí có thể lên đến 1-1,5 tỉ đồng. Với việc làm chủ hoàn toàn công nghệ và nội địa hóa thành công sản phẩm, giá thành sản phẩm máy quét 3D made in Vietnam của DCSELAB chỉ 1/2 - 1/3 giá thành sản phẩm ngoại nhập với các tính năng tương đương. Ngoài ra, việc bảo trì bảo dưỡng sản phẩm cũng có nhiều thuận lợi hơn so với các thiết bị nhập ngoại.
Hiện nay, nhu cầu về nội địa hóa sản phẩm ngoại nhập ngày càng gia tăng, thể hiện ở việc số lượng đơn đặt hàng nghiên cứu nội địa hóa các sản phẩm ngoại nhập tại DCSELAB ngày càng nhiều. Việc nghiên cứu thành công máy quét 3D là một minh chứng cho thấy VN hoàn toàn có năng lực để nghiên cứu, sản xuất những sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu cả trong nước lẫn thị trường quốc tế.
PGS.TS Nguyễn Thanh Nam cho biết: “Chúng tôi đang tích cực cải thiện sản phẩm của mình, cũng như cải tiến sản phẩm quét cầm tay nhỏ gọn hơn, có độ phân giải vừa phải hơn để cạnh tranh với sản phẩm ngoại nhập”.
Triển khai ứng dụng thực tiễn
Thời gian tới, DCSELAB sẽ đưa máy quét 3D vào áp dụng trong các nhà máy nhựa, nhà máy cơ khí để kiểm tra sản phẩm gia công, thiết kế ngược sản phẩm. Nhóm đang liên kết với các công ty để triển khai ứng dụng sản phẩm vào thực tế. Máy quét 3D cũng đang được hai nhóm nghiên cứu tại Đài Loan và Hàn Quốc ngỏ ý muốn hợp tác để phát triển và chuyển giao sản phẩm này.