Plus grand projet en stéréolithographie: squelette de mammouth imprimé sur une imprimante 3D

L'Institut royal des Sciences naturelles de Belgique à Bruxelles (RBINS), fondé en 1846, emploie plus de 250 chercheurs. Voici 38 millions d'expositions, dont, depuis 1869, le mammouth Lyre - le premier du genre squelette, exposé par le public en Europe occidentale.

Découvert, comme son nom l'indique, près de la ville de Lear dans la province d'Anvers, le squelette est toujours l'un des rares squelettes du mammouth complètement préservés. Une exposition rare est extrêmement importante pour la science, sans parler du fait qu'elle attire les amateurs d'histoire naturelle du monde entier. Ainsi, il y avait une grande chance de faire un cadeau au musée de la ville de Lear, dédié à sa réouverture. Il est impossible de transférer le squelette d'un mammouth de Bruxelles, mais il peut être recréé!

L’équipe de préservation de l’histoire de Lyra, dirigée par des bénévoles locaux de Kiwanis, s’est tournée vers Materialise avec une idée passionnante: utiliser l’impression 3D pour créer un squelette exact en taille réelle. En d'autres termes, appliquez la technologie moderne pour renvoyer le résident préhistorique Lear dans son pays natal. Après l'impression de 320 os en 1260 heures, la "lyre mammouth 2.0" est née.



Les "os" sont recouverts de plusieurs couches de peinture de différentes nuances et d'une couche protectrice de vernis

Comment imprimer un squelette de mammouth en taille réelle?

Lorsque vous souhaitez reproduire une copie exacte d'un mammouth, cela devient clair: la taille compte. Recréer plus de 300 os, dont certains mesurent plus de 2 mètres (plus qu'un adulte!), N'est pas une tâche facile. Étant donné la fragilité et le risque de dommages aux os authentiques, le projet était un test unique.

«Lorsque le squelette est apparu au musée en 1869, la technologie innovante était qu'il n'était pas nécessaire de percer ou de briser l'intégrité des os pour montrer le mammouth en taille réelle», explique le paléontologue du Royal Institute, le Dr Mitier Germontpre, qui a travaillé en étroite collaboration avec Materialise in le cadre du projet. "Naturellement, personne ne voulait risquer l'intégrité naturelle du squelette dans cette nouvelle entreprise."

Une réflexion créative et des solutions techniques similaires ont eu lieu lors de la création de la copie. Au lieu d'utiliser une structure porteuse externe, comme un véritable mammouth lyre, il était prévu de créer le support interne le plus imperceptible qui donnerait vraiment vie au modèle.

Les premières imprimantes stéréolithographiques que nous avons appelées Mammoth ont été utilisées en 2001. Grâce à la chambre de fabrication 2100 x 700 x 800 mm, ils sont idéaux pour imprimer de gros objets en une seule session.

Gertyan Brinen, chef de projet

L'impression 3D offre une liberté et une précision incroyables dans la conception, de sorte que le choix s'est porté sur cette technologie de manière naturelle. Comme le note le Dr Germontpreux, «l'impression 3D devient de plus en plus un outil extrêmement utile pour la paléontologie. Par exemple, nous pouvons étudier des fossiles sans endommager des spécimens précieux et authentiques, et travailler sur le même fossile dans un environnement virtuel avec des collègues du monde entier. » Mais comment imprimer des os grandeur nature?



Impression sur une imprimante 3D stéréolithographique

L'impression 3D grand format en action

Les imprimantes stéréolithographiques 3D Materialise de Materialise étaient une réponse adéquate à ce projet. Le chef de projet Gertyan Brinen et une équipe de 19 personnes, dont des ingénieurs, des spécialistes de la CAO et de la post-production, ainsi que des experts de l'Institut, dont le Dr Germontpre, étaient responsables du travail.

«Pour la première fois, des imprimantes stéréolithographiques, que nous avons appelées Mammouth (« mammouth »), ont été utilisées en 2001. Grâce à la chambre de fabrication de 2100 x 700 x 800 mm, ils sont idéaux pour imprimer de gros objets en une seule session, explique Brynen. - A cette époque, nous envisagions de résoudre des problèmes tels que l'impression de prototypes de tableaux de bord automobiles, de modèles architecturaux , de grandes pièces pour les besoins industriels et industriels pour des commandes individuelles. Mais les os ... C'était un nouveau défi que nous avons accepté avec fierté et enthousiasme. "

Les imprimantes de stéréolithographie Materialise Mammoth appliquent une couche de 1/10 mm d'épaisseur de photopolymère liquide sensible aux UV à la fois, qui est durcie sélectivement au laser pour correspondre précisément aux exigences de conception. Pour créer des supports spéciaux sous la forme d'os et le frittage laser de petits os (y compris des vertèbres mammouths) et des points de connexion, neuf imprimantes 3D devraient fonctionner pendant un mois. Mais avant de commencer l'impression, il fallait fixer les données dimensionnelles et les optimiser pour l'impression 3D. «Il ne restait que deux mois avant la date de lancement», ajoute Brinen, «et chaque étape devait être soigneusement planifiée.»



Le projet à grande échelle a réuni une équipe de 19 personnes, dont des ingénieurs, des décorateurs et des artistes, ainsi qu'un paléontologue

Squelette, scan et support "invisible"

La structure de support externe du squelette d'origine a permis au musée de détacher et de scanner chaque os individuellement en place, transmettant les données à Materialise. Les copies reproduisant fidèlement la taille d'origine des os, chaque numérisation a été nettoyée et optimisée pour l'impression 3D à l' aide du logiciel Materialise Magics , chaque os étant orienté sur trois axes pour un positionnement précis. Cela a permis au Dr Germontpre et aux ingénieurs Materialise de mener une reconstruction numérique complète et une analyse du squelette.

«Ce fut un moment décisif dans le projet», se souvient le Dr Germontpre. «Nous avons pu vérifier la conformité avec le vrai squelette, en utilisant une pensée et une technologie scientifiques avancées.» N'oubliez pas que le squelette a été monté il y a plus de 150 ans sur la base des connaissances anatomiques de l'époque. Par exemple, au 19ème siècle, les scientifiques ont supposé que la queue du mammouth était aussi longue que celle d'un éléphant, mais après avoir découvert les restes gelés de mammouths en Sibérie, nous savons qu'elle était en fait plus courte. C'était une excellente occasion d'adapter virtuellement le squelette aux nouvelles connaissances en anatomie que nous avons aujourd'hui. »



Après la numérisation 3D de chacun des 320 os fossilisés, les ingénieurs de Materialise, en collaboration avec un paléontologue, ont effectué une reconstruction numérique du squelette

La reproduction par impression 3D a également permis à l'équipe de résoudre un autre problème du véritable squelette: «Le mammouth de Lyre manquait de plusieurs os, dont la défense gauche», explique Gertian Brinen. - Ils ont été remplacés par des objets sculpturaux en bois. En utilisant le logiciel Materialise 3-matic, nous avons pu faire une copie plus précise en créant une image miroir de la bonne défense. Une mâchoire supérieure cassée a également été restaurée. En général, la reconstruction des os manquants et la correction des erreurs d'assemblage, selon le Dr Germontpre, signifiait que le nouveau mammouth Lyre, imprimé sur une imprimante 3D, était encore plus précis scientifiquement que l'original. »

La phase numérique du projet comprenait également le développement d'un nouveau système de fixation «apparemment invisible» qui permettrait au mammouth d'avoir l'air autonome. Pour Gertian Brinen, ce fut un moment clé. «Notre filiale, RapidFit, possède une vaste expérience dans l'utilisation de cadres en fibre de carbone pour des applications automobiles. Le contexte est complètement différent, mais la tâche est la même: créer une structure relativement légère, mais en même temps solide. RapidFit nous a aidés à développer un squelette de carbone modulaire individuel qui était situé principalement à l'intérieur du squelette imprimé. Nous avions également besoin de copies des os pour reproduire avec précision les originaux et les aligner avec les tubes de carbone internes, qui devaient être ancrés avec des connecteurs frittés au laser spécialement conçus - tout cela pour contenir un squelette complet. Nos concepteurs ont fait face à cette tâche en intégrant les points d'entrée et de sortie de manière à ce qu'ils soient finalement parfaitement alignés avec le cadre. La structure finale, y compris le squelette et le squelette lui-même, pesait un peu moins de 300 kg. »

Souci du détail du début à la fin

Le temps total d'impression du squelette du mammouth de la Lyre était d'un peu plus de 52 jours avec le fonctionnement simultané de plusieurs imprimantes 3D - c'était le seul moyen de respecter les délais. Après avoir imprimé chaque nouveau lot d'os, l'équipe spéciale Materialise les a traités avec différentes encres, textures et vernis afin que les os imprimés soient aussi proches que possible des vrais. Au final, le moment est venu pour le nouveau mammouth de Lyre de prendre sa forme définitive.

«Pendant la phase numérique du projet, nous avons pris toutes les mesures pour nous assurer que les os, le cadre et les connecteurs en polyamide imprimés s'emboîtent parfaitement pour former le squelette mammouth final. Il n'y avait qu'une seule façon de tout faire à coup sûr, se souvient Brynen. - Par conséquent, notre équipe de finition a commencé à assembler un mammouth dans notre usine de Louvain. Ce fut un grand spectacle! "



Squelette de mammouth pendant l'assemblage

Le résultat est une copie exacte et anatomiquement correcte. Mais elle devait encore être déplacée vers un nouvel endroit. Brinen poursuit: «Compte tenu du besoin de transport, nous avons construit un squelette de six unités d'assemblage: quatre jambes, une colonne vertébrale et une tête. Par exemple, la section vertébrale se composait de 30 parties distinctes reliées par des tubes en carbone. » Après que certaines parties du squelette soient arrivées à destination à Lira, le mammouth a été réassemblé - à nouveau sur son territoire natal, qui deviendra désormais son habitat permanent.

Brinen conclut: «En seulement sept semaines, nous avons réussi à créer un nouveau morceau d'histoire qui ravira les nouvelles générations de visiteurs. Ce projet a impliqué tous les domaines de notre compétence - de l'optimisation pour l'impression et la conception à la production et la décoration - tout ce qui fait de Materialise un acteur unique dans le domaine de l'impression 3D. Et c'était vraiment un travail d'équipe: nous n'aurions pas pu le faire sans une merveilleuse équipe de consultants experts et de scientifiques qui ont travaillé avec nous. Malgré le fait qu'il s'agissait de préserver le passé, le projet est devenu un exemple idéal de l'application futuriste de l'impression 3D de nos jours. Personnellement, j'ai été très heureux de voir comment le client met en œuvre avec succès une idée à grande échelle - au sens littéral du terme - avec nous!

Matériel fourni par Materialise. L'article original est ici .