Test métrologique du Shining 3D DS – EX

shining 3d

Nous avons acquis récemment le scanner dentaire de la marque chinoise Shining 3D DS-EX . Nous l’avons testé dans le but de qualifier les caractéristiques dimensionnelles et géométriques des scans obtenus. Pour cela une cale étalon ainsi que des sphères étalons ont été scannées en utilisant le Shining 3D DS-EX. Avant numérisation, les objets ont également été mesurés au pied à coulisse. Une fois les objets numérisés, des mesures ont été faites avec l’aide de notre logiciel Deltaface. Par la suite nous avons pu comparer les résultats de mesures…


Présentation du Shining DS-EX et de ses accessoires

Cet appareil est un scanner tridimensionnel basé sur le principe de la numérisation par la lumière structurée. Elle consiste à projeter des franges numériques sur un objet et à enregistrer avec une caméra les images de ces franges déformées par le relief de l’objet.
Le Shining DS-EX est dédié au domaine du dentaire. Il s’agit de numériser les modèles en plâtres de mâchoire ou bien directement les empreintes prises en bouche.
Les dimensions du Shining DS-EX sont 260 mm x 270 mm x 420 mm et son poids est de 5 kg.
Le volume de mesure est de 100 mm x 100 mm x 75 mm.

Pour limiter les zones d’ombre, deux caméras latérales d’une résolution de 1,3 méga pixels chacune sont présentes avec le projecteur situé au centre.

Une table rotative sur laquelle peut se fixer plusieurs accessoires grâce à un système d’aimantation composé de 3 points de contact.
On retrouve ce principe de 3 points de contact dans les systèmes métrologiques industriels.

On trouve également

Une matrice de calibration

Une plateforme pour placer le modèle en plâtre de la maxillaire ou de la mandibule.
Ce dispositif est très adapté au modèle dentaire. En effet en pressant sur le bouton au centre des deux bâtonnets il est possible d’ajuster verticalement la position de ces deux bâtonnets en fonction de la longueur du modèle ce qui permet un parfait maintien.

On peut voir ici comment se positionne le modèle et que celui-ci est bien maintenu sur la plateforme.

Une plateforme pour la mâchoire entière. Il vaut mieux ici utiliser un articulateur (optionnel)

Un support de fixation de dies (dents séparées), qui seront fixés à la patafix.

Les plateformes présentées précédemment se placent sur la table rotative afin de surélever l’objet à scanner.

Le logiciel

Le Shining 3D est fourni avec son logiciel de numérisation DentalScan.

On a ensuite le choix entre ces 4 icônes:

  1. Créer une commande
  2. Paramètres
  3. Test de la machine
  4. Calibration

Les fichiers obtenus sont exportés au format STL (stéréolithographie) et OBJ (pour la couleur). Ce sont des formats standards et ouverts de fichier 3D.

Calibrations – Étalonnage dimensionnel

Tout d’abord le scanner doit être calibré, une matrice de calibration est fournie à cet effet.

L’étalonnage dure entre 5 à 10 minutes. Le repérage des disques blancs de la mire étalon permet le calcul d’étalonnage.

En fin de processus, les erreurs sur les axes x,y,z sont affichées. (voir l’image ci-dessous)

Tests – Le modèle en plâtre

Un modèle de maxillaire est scanné. Afin de comparer le rendu du scan avec le modèle, une photo de la dent est prise puis la même dent est sélectionnée sur le scan.
On constate que les formes de la dent sont bien visibles et conservées. Toutefois le scanner a tendance à lisser légèrement la surface des modèles, la rugosité du matériau n’est donc pas perceptible.

Photo de la dent

Scan de la dent

Les étalons

Pour chaque test, l’étalon est pesé puis mesuré au pied à coulisse. Il est ensuite scanné avec le Shining et avec notre scanner laser industriel.

La cale étalon

La masse de la cale étalon est de mcale étalon=72g.
C’est une cale étalon de largeur 30 mm, exactement de 30+0,00013 mm soit 30,00013 mm. On considère qu’elle est de 30,00 mm.
La cale a été aussi mesurée avec un pied à coulisse. Le résultat obtenu est de Icale étalon p à c=30,00 mm.
Elle est métallique et sa surface est brillante hors le Shining 3D ne numérise que les objets mats. La cale est donc recouverte d’un spray blanc sur les deux faces entre lesquelles la distance est de 30,00 mm. Sur les autres faces un film blanc est utilisé.
Le spray utilisé est un spray de contrôle par ressuage, il est très fin et ne rajoute pas d’épaisseur perceptible sur la surface sur laquelle il est déposé.

Cale étalon initiale

Cale étalon matifiée

La cale étalon est fixée sur la plateforme qui est positionnée sur la table rotative du Shining 3D avec de la patafix. Celle-ci permet une assez bonne fixation de la cale étalon.

A l’aide des outils de mesure de notre logiciel de visualisation d’objet 3D Deltaface, des mesures entre les deux faces sont réalisées.

La cale est visualisée en nuage de points, une régression à deux plans est effectuée afin d’avoir un plan sur les deux faces ciblées à l’aide du logiciel de métrologie Nuage. Par la suite, la distance entre ces deux plans parallèles est calculée par le logiciel. L’opération est réalisée plusieurs fois afin d’avoir plusieurs mesures.
Le résultat est assez satisfaisant puisque les mesures sont toutes égales à 29,97 mm. Le Shining ne fait donc qu’une erreur de 0,03 mm soit 3 centièmes de millimètre.

Sphères étalons

Une sphère a été scannée. Elle a préalablement été trempées dans un bain d’acide pour la matifier. Cette opération a légèrement diminué son diamètre. C’est pour cela que l’on prendra comme diamètre de référence le diamètre dp.à.c mesuré au pied à coulisse.

La masse de la petite sphère est de mpetite sphère=27g.
Son diamètre mesuré au pied à coulisse est de dp.à.c=18,98 mm.
La sphère est fixée sur le support avec de la patafix, le maintien est assez correct.

En utilisant le logiciel Nuage, on détermine le diamètre d=19,00 mm. Il n’y a que 2/100 eme de millimètre d’écart entre le diamètre de référence et la mesure avec le logiciel. C’est un assez bon résultat pour cette technologie.

Récapitulatif des résultats
Objet scanné Mesure en mm au pied à coulisse Mesure en mm avec DS-EX Ecart en mm
Cale étalon 30,00 29,97 -0,03
Petite sphère 18,98 19,00 +0,02

Conclusion

Au cours de ces tests, nous avons pu constater que l’utilisation du Shining 3D DS-EX et de son logiciel est très adapté au scan dentaire, le positionnement et la manipulation des accessoires sont simples. Ses 5 kg permettent de le transporter facilement.

Ces tests nous montrent que le Shining 3D DS-EX est capable de scanner des empreintes en 3D avec une erreur maximale de +/- 0,03 mm, ce qui est plutôt bon, largement suffisant pour l’orthodontie. Néanmoins, on peut voir qu’un lissage de la surface limite un peu la résolution.

Aujourd’hui en juin 2018, ses bonnes performances rapportées à son prix très abordable (environ 5 000 € HT) en font le champion du rapport qualité/prix.

A noter qu’une version pro à lumière bleue vient de sortir, a priori plus précis, avec un prix malheureusement sensiblement supérieur.