Größtes Projekt in der Stereolithographie: Mammutskelett auf einem 3D-Drucker gedruckt

Das 1846 gegründete Königlich Belgische Institut für Naturwissenschaften in Brüssel (RBINS) beschäftigt mehr als 250 Wissenschaftler. Hier sind 38 Millionen Exponate zu sehen, darunter seit 1869 das Lyre-Mammut - das erste seiner Art, das von der Öffentlichkeit in Westeuropa ausgestellt wird.

Wie der Name schon sagt, ist das Skelett in der Nähe der Stadt Lear in der Provinz Antwerpen eines der wenigen vollständig erhaltenen Skelette des Mammuts. Ein seltenes Exponat ist für die Wissenschaft äußerst wichtig, ganz zu schweigen von der Tatsache, dass es Liebhaber der Naturgeschichte aus der ganzen Welt anzieht. Daher gab es eine große Chance, dem Stadtmuseum von Lear ein Geschenk zu machen, das seiner Wiedereröffnung gewidmet war. Es ist unmöglich, das Skelett eines Mammuts aus Brüssel zu übertragen, aber es kann neu erstellt werden!

Das Team zur Bewahrung von Geschichten von Lyra, das von örtlichen Kiwanis-Freiwilligen geleitet wird, wandte sich mit einer aufregenden Idee an Materialise: Verwenden Sie den 3D-Druck, um ein genaues Skelett in voller Größe zu erstellen. Mit anderen Worten, wenden Sie moderne Technologie an, um den prähistorischen Bewohner Lear in seine Heimat zurückzubringen. Nachdem in 1260 Stunden 320 Knochen gedruckt worden waren, wurde das "Lyra Mammoth 2.0" geboren.



"Knochen" sind mit mehreren Farbschichten in verschiedenen Farbtönen und einer Schutzschicht aus Lack bedeckt

Wie drucke ich ein Mammutskelett in voller Größe?

Wenn Sie eine exakte Kopie eines Mammuts reproduzieren möchten, wird klar: Größe ist wichtig. Die Wiederherstellung von mehr als 300 Knochen, von denen einige mehr als 2 Meter lang sind (mehr als ein Erwachsener!), Ist keine leichte Aufgabe. Angesichts der Zerbrechlichkeit und des Risikos einer Beschädigung echter Knochen war das Projekt ein einzigartiger Test.

„Als das Skelett 1869 im Museum erschien, bestand die innovative Technologie darin, dass die Integrität der Knochen nicht gebohrt oder auf andere Weise gebrochen werden musste, um das Mammut in voller Größe zu zeigen“, sagt der Paläontologe des Royal Institute, Dr. Mitier Germontpre, der eng mit Materialise in zusammenarbeitete den Rahmen des Projekts. "Natürlich wollte niemand die natürliche Integrität des Skeletts in diesem neuen Unterfangen riskieren."

Ähnliches kreatives Denken und technische Lösungen fanden bei der Erstellung der Kopie statt. Anstatt eine externe Stützstruktur wie ein echtes Lyre-Mammut zu verwenden, war geplant, die unmerklichste interne Unterstützung zu schaffen, die das Modell wirklich zum Leben erweckt.

Die ersten stereolithografischen Drucker, die wir Mammut nannten, wurden 2001 verwendet. Dank der Baukammer 2100 x 700 x 800 mm eignen sie sich ideal zum Drucken großer Objekte in einer Sitzung.

Gertyan Brinen, Projektmanager

Der 3D-Druck bietet unglaubliche Freiheit und Präzision im Design, daher fiel die Wahl auf natürliche Weise auf diese Technologie. Dr. Germontpreux bemerkt: „Der 3D-Druck wird zunehmend zu einem äußerst nützlichen Werkzeug für die Paläontologie. Zum Beispiel können wir Fossilien untersuchen, ohne wertvolle, authentische Exemplare zu beschädigen, und mit Kollegen aus der ganzen Welt in einer virtuellen Umgebung an demselben Fossil arbeiten. “ Aber wie druckt man lebensgroße Knochen?



Drucken auf einem stereolithografischen 3D-Drucker

Großformatiger 3D-Druck in Aktion

Eine adäquate Antwort auf diese Frage waren stereolithografische 3D-Drucker von Materialise, für deren Arbeit der Projektmanager Gertyan Brinen und ein Team von 19 Mitarbeitern, darunter Ingenieure, CAD- und Postproduktionsspezialisten sowie Institutsexperten, darunter Dr. Germontpre, verantwortlich waren.

„Zum ersten Mal wurden 2001 stereolithografische Drucker verwendet, die wir Mammut („ Mammut “) nannten. Dank der Baukammer von 2100 x 700 x 800 mm eignen sie sich ideal zum Drucken großer Objekte in einer Sitzung, sagt Brynen. - Zu dieser Zeit haben wir darüber nachgedacht, Probleme wie das Drucken von Prototypen von Armaturenbrettern, Architekturmodellen , Großteilen für industrielle und industrielle Anforderungen für Einzelaufträge zu lösen. Aber die Knochen ... Es war eine neue Herausforderung, die wir mit Stolz und Aufregung angenommen haben. "

Materialise Mammoth-Stereolithographiedrucker tragen jeweils eine Schicht aus 1/10 mm dickem UV-empfindlichem flüssigem Photopolymer auf, das selektiv lasergehärtet wird, um genau den Designanforderungen zu entsprechen. Um spezielle Stützen in Form von Knochen und Lasersintern von kleinen Knochen (einschließlich Mammutwirbeln) und Verbindungspunkten zu erstellen, sollten neun 3D-Drucker einen Monat lang arbeiten. Bevor mit dem Drucken begonnen werden konnte, mussten die Maßdaten korrigiert und für den 3D-Druck optimiert werden. "Nur noch zwei Monate bis zum Starttermin", fügt Brinen hinzu, "und jeder Schritt musste sorgfältig geplant werden."



Das Großprojekt brachte ein Team von 19 Personen zusammen, darunter Ingenieure, Dekorateure und Künstler sowie einen Paläontologen

Skelett-, Scan- und "unsichtbare" Unterstützung

Die äußere Stützstruktur des ursprünglichen Skeletts ermöglichte es dem Museum, jeden Knochen einzeln zu lösen und zu scannen und Daten an Materialise zu übertragen. Da die Kopien die ursprüngliche Größe der Knochen genau wiedergaben, wurde jeder Scan mit der Materialise Magics-Software gereinigt und für den 3D-Druck optimiert, wobei jeder Knochen zur präzisen Positionierung in drei Achsen ausgerichtet war. Dies ermöglichte es den Ingenieuren von Dr. Germontpre und Materialise, eine vollständige digitale Rekonstruktion und Analyse des Skeletts durchzuführen.

"Es war ein entscheidender Moment im Projekt", erinnert sich Dr. Germontpre. "Wir konnten die Einhaltung des wahren Skeletts mithilfe fortschrittlichen wissenschaftlichen Denkens und technologischer Technologie überprüfen." Vergessen Sie nicht, dass das Skelett vor mehr als 150 Jahren auf der Grundlage des anatomischen Wissens dieser Zeit montiert wurde. Zum Beispiel nahmen Wissenschaftler im 19. Jahrhundert an, dass der Schwanz des Mammuts so lang war wie der eines Elefanten, aber nachdem wir die gefrorenen Überreste von Mammuts in Sibirien entdeckt hatten, wissen wir, dass er tatsächlich kürzer war. Es war eine großartige Gelegenheit, das Skelett virtuell an das neue Wissen über die Anatomie anzupassen, das wir heute haben. “



Nach dem 3D-Scannen jedes der 320 versteinerten Knochen führten die Materialise-Ingenieure zusammen mit einem Paläontologen eine digitale Rekonstruktion des Skeletts durch

Die Reproduktion durch 3D-Druck ermöglichte es dem Team auch, ein weiteres Problem des echten Skeletts zu lösen: „Dem Lyre-Mammut fehlten mehrere Knochen, einschließlich des linken Stoßzahns“, erklärt Gertian Brinen. - Sie wurden durch skulpturales Holzhandwerk ersetzt. Mit der Software Materialise 3-matic konnten wir eine genauere Kopie erstellen, indem wir ein Spiegelbild des rechten Stoßzahns erstellten. Ein gebrochener Oberkiefer wurde ebenfalls restauriert. Im Allgemeinen bedeutete die Rekonstruktion fehlender Knochen und die Korrektur von Montagefehlern laut Dr. Germontpre, dass das neue Lyre-Mammut, das auf einem 3D-Drucker gedruckt wurde, wissenschaftlich noch genauer war als das Original. “

Die digitale Phase des Projekts beinhaltete auch die Entwicklung eines neuen „scheinbar unsichtbaren“ Befestigungssystems, mit dem das Mammut freistehend aussehen kann. Für Gertian Brinen war dies ein entscheidender Moment. „Unsere Tochtergesellschaft RapidFit verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Verwendung von Kohlefaserrahmen für Automobilanwendungen. Der Kontext ist völlig anders, aber die Aufgabe ist dieselbe: eine relativ leichte, aber gleichzeitig starke Struktur zu schaffen. RapidFit half uns bei der Entwicklung eines individuellen modularen Kohlenstoffgerüsts, das sich hauptsächlich im gedruckten Skelett befand. Wir brauchten auch Kopien der Knochen, um die Originale genau zu reproduzieren und mit den internen Carbonrohren auszurichten, die mit speziell entwickelten lasergesinterten Verbindern angedockt werden sollten - all dies, um ein komplettes Skelett zu halten. Unsere Designer haben diese Aufgabe bewältigt, indem sie die Ein- und Ausstiegspunkte so integriert haben, dass sie letztendlich vollständig am Rahmen ausgerichtet waren. Die endgültige Struktur, einschließlich des Skeletts und des Skeletts selbst, wog etwas weniger als 300 kg. “

Liebe zum Detail von Anfang bis Ende

Die Gesamtdruckzeit des Skeletts des Lyre-Mammuts betrug etwas mehr als 52 Tage bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer 3D-Drucker - nur so konnten die Fristen eingehalten werden. Nach dem Drucken jeder neuen Knochencharge verarbeitete das spezielle Materialise-Team diese mit verschiedenen Tinten, Texturen und Lacken, damit die gedruckten Knochen den Originalknochen so nahe wie möglich kamen. Am Ende ist es an der Zeit, dass das neue Lyre-Mammut seine endgültige Form annimmt.

„Während der digitalen Phase des Projekts haben wir alle Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass die Knochen, der Rahmen und die bedruckten Polyamidverbinder perfekt zusammenpassen und das endgültige Mammutgerüst bilden. Es gab nur einen Weg, alles sicher zu machen, erinnert sich Brynen. - Deshalb hat unser Finishing-Team in unserem Werk in Leuven mit der Montage eines Mammuts begonnen. Es war ein großartiger Anblick! "



Mammutskelett während der Montage

Das Ergebnis ist eine exakte, anatomisch korrekte Kopie. Aber sie musste immer noch an einen neuen Ort gebracht werden. Brinen fährt fort: „Angesichts des Transportbedarfs haben wir ein Skelett aus sechs Montageeinheiten konstruiert: vier Beine, eine Wirbelsäule und einen Kopf. Zum Beispiel bestand der Wirbelabschnitt aus 30 separaten Teilen, die durch Kohlenstoffschläuche verbunden waren. “ Nachdem einige Teile des Skeletts an ihrem Ziel in Lira angekommen waren, wurde das Mammut wieder zusammengesetzt - wieder in seinem Heimatgebiet, das nun zu seinem dauerhaften Lebensraum wird.

Brinen fasst zusammen: „In nur sieben Wochen haben wir es geschafft, ein neues Stück Geschichte zu schaffen, das neuen Besuchergenerationen große Freude bereiten wird. Dieses Projekt umfasste alle Bereiche unserer Kompetenz - von der Optimierung für Druck und Design bis hin zur Produktion und Dekoration - alles, was Materialise zu einem einzigartigen Player im Bereich des 3D-Drucks macht. Und es war definitiv eine Teamarbeit: Ohne ein wunderbares Team von Fachberatern und Wissenschaftlern, die mit uns zusammengearbeitet haben, hätten wir es nicht geschafft. Trotz der Tatsache, dass es darum ging, die Vergangenheit zu bewahren, ist das Projekt ein ideales Beispiel für die futuristische Anwendung des 3D-Drucks in unseren Tagen geworden. Persönlich war ich sehr erfreut zu sehen, wie der Kunde eine groß angelegte - im wahrsten Sinne des Wortes - Idee bei uns erfolgreich umsetzt! “

Von Materialise bereitgestelltes Material. Der Originalartikel ist hier .