Maior projeto em litografia estéreo: esqueleto gigantesco impresso em uma impressora 3D

O Instituto Real Belga de Ciências Naturais de Bruxelas (RBINS), fundado em 1846, emprega mais de 250 pesquisadores. Aqui estão 38 milhões de exposições, incluindo, desde 1869, o mamute Lyre - o primeiro esqueleto desse tipo, exposto pelo público na Europa Ocidental.

Descoberto, como o nome indica, perto da cidade de Lear, na província de Antuérpia, o esqueleto ainda é um dos poucos esqueletos do mamute completamente preservados. Uma exposição rara é extremamente importante para a ciência, sem mencionar o fato de que atrai amantes da história natural de todo o mundo. Assim, houve uma grande chance de fazer um presente para o museu da cidade de Lear, dedicado à sua reabertura. É impossível transferir o esqueleto de um mamute de Bruxelas, mas pode ser recriado!

A equipe de preservação de histórias de Lyra, liderada por voluntários locais de Kiwanis, recorreu à Materialize com uma idéia interessante: use a impressão 3D para criar um esqueleto exato e em tamanho real. Em outras palavras, aplique a tecnologia moderna para devolver o morador pré-histórico Lear à sua terra natal. Depois que 320 ossos foram impressos em 1260 horas, o "lyre mammoth 2.0" nasceu.



Os "ossos" são cobertos com várias camadas de tinta de vários tons e uma camada protetora de verniz

Como imprimir um esqueleto gigantesco em tamanho real?

Quando você deseja reproduzir uma cópia exata de um mamute, fica claro: o tamanho é importante. Recriar mais de 300 ossos, alguns dos quais com mais de 2 metros de comprimento (mais de um adulto!), Não é uma tarefa fácil. Dada a fragilidade e o risco de danos aos ossos genuínos, o projeto foi um teste único.

"Quando o esqueleto apareceu no museu em 1869, a tecnologia inovadora era a de que não havia necessidade de perfurar ou quebrar a integridade dos ossos para mostrar o mamute em tamanho real", diz o paleontólogo do Instituto Real Dr. Mitier Germontpre, que trabalhou em estreita colaboração com a Materialize em a estrutura do projeto. "Naturalmente, ninguém queria arriscar a integridade natural do esqueleto nesse novo empreendimento."

Pensamento criativo semelhante e soluções técnicas ocorreram ao criar a cópia. Em vez de usar uma estrutura de suporte externa, como um genuíno mamute Lyre, foi planejado criar o suporte interno mais discreto que realmente daria vida ao modelo.

As primeiras impressoras estereolitográficas que chamamos de Mammoth foram usadas em 2001. Graças à câmara de construção de 2100 x 700 x 800 mm, elas são ideais para imprimir objetos grandes em uma sessão.

Gertyan Brinen, Gerente de Projetos

A impressão 3D oferece incrível liberdade e precisão no design, então a escolha recaiu sobre essa tecnologia de maneira natural. Como observa o Dr. Germontpreux, “a impressão 3D está se tornando cada vez mais uma ferramenta extremamente útil para a paleontologia. Por exemplo, podemos estudar fósseis sem danificar espécimes preciosos e autênticos e trabalhar no mesmo fóssil em um ambiente virtual com colegas de todo o mundo. ” Mas como imprimir ossos em tamanho real?



Imprimindo em uma impressora 3D estereolitográfica

Impressão 3D de grande formato em ação

Uma resposta adequada a essa pergunta foram as impressoras 3D estereolitográficas da Materialize, por cujo trabalho o gerente de projeto Gertyan Brinen e uma equipe de 19 pessoas, incluindo engenheiros, especialistas em CAD e pós-produção, além de especialistas do Instituto, incluindo o Dr. Germontpre, foram responsáveis.

“Pela primeira vez, as impressoras estereolitográficas, que chamamos de mamute (“ mamute ”), foram usadas em 2001. Graças à câmara de construção de 2100 x 700 x 800 mm, eles são ideais para imprimir objetos grandes em uma sessão, diz Brynen. - Naquela época, estávamos pensando em resolver problemas como imprimir protótipos de painéis de automóveis, modelos arquitetônicos , peças grandes para necessidades industriais e industriais de pedidos individuais. Mas os ossos ... Foi um novo desafio que aceitamos com orgulho e emoção. "

As impressoras de estereolitografia Mammoth da Materialize aplicam uma camada de fotopolímero líquido sensível a UV de 1/10 mm de espessura por vez, seletivamente endurecido a laser para atender exatamente aos requisitos do projeto. Para criar suportes especiais sob a forma de ossos e sinterização a laser de ossos pequenos (incluindo vértebras gigantescas) e pontos de conexão, nove impressoras 3D devem funcionar por um mês. Porém, antes de iniciar a impressão, era necessário corrigir os dados dimensionais e otimizá-los para a impressão 3D. "Apenas dois meses foram deixados antes da data de lançamento", acrescenta Brinen, "e cada etapa teve que ser cuidadosamente planejada".



O projeto em larga escala reuniu uma equipe de 19 pessoas, incluindo engenheiros, decoradores e artistas, além de um paleontologista

Esqueleto, digitalização e suporte "invisível"

A estrutura de suporte externa do esqueleto original permitiu ao museu destacar e digitalizar cada osso individualmente no local, transmitindo dados para Materializar. Como as cópias reproduziam com precisão o tamanho original dos ossos, cada digitalização foi limpa e otimizada para impressão 3D usando o software Materialize Magics , com cada osso orientado em três eixos para um posicionamento preciso. Isso permitiu que o Dr. Germontpre e os engenheiros da Materialize realizassem uma reconstrução e análise digital completa do esqueleto.

"Foi um momento decisivo no projeto", lembra Germontpre. "Podemos verificar a conformidade com o verdadeiro esqueleto, usando o pensamento e a tecnologia científicos avançados". Não esqueça que o esqueleto foi montado há mais de 150 anos, com base no conhecimento anatômico da época. Por exemplo, no século 19, os cientistas assumiram que a cauda do mamute era tão longa quanto a de um elefante, mas depois de descobrir os restos congelados de mamutes na Sibéria, sabemos que era realmente mais curto. Foi uma grande oportunidade de adaptar virtualmente o esqueleto ao novo conhecimento sobre anatomia que temos hoje. ”



Após a digitalização em 3D de cada um dos 320 ossos fossilizados, os engenheiros da Materialize, juntamente com um paleontologista, realizaram uma reconstrução digital do esqueleto

A reprodução por meio da impressão 3D também permitiu à equipe resolver outro problema do esqueleto genuíno: "O mamute Lyre carecia de vários ossos, incluindo a presa esquerda", explica Gertian Brinen. - Eles foram substituídos por artesanato em madeira escultural. Usando o software Materialize 3-matic, conseguimos fazer uma cópia mais precisa, criando uma imagem espelhada da presa certa. Um maxilar superior quebrado também foi restaurado. Em geral, a reconstrução de ossos perdidos e a correção de erros de montagem, segundo o Dr. Germontpre, significavam que o novo mamute Lyre, impresso em uma impressora 3D, era ainda mais cientificamente preciso que o original. ”

A fase digital do projeto também incluiu o desenvolvimento de um novo sistema de fixação "aparentemente invisível" que permitiria ao mamute parecer independente. Para Gertian Brinen, este foi um momento chave. “Nossa subsidiária, RapidFit, tem uma vasta experiência no uso de quadros de fibra de carbono para aplicações automotivas. O contexto é completamente diferente, mas a tarefa é a mesma: criar uma estrutura relativamente leve, mas ao mesmo tempo forte. O RapidFit nos ajudou a desenvolver um esqueleto de carbono modular individual localizado principalmente dentro do esqueleto impresso. Também precisávamos de cópias dos ossos para reproduzir com precisão os originais e alinhar com os tubos de carbono internos, que deveriam ser acoplados com conectores sinterizados a laser especialmente projetados - tudo isso para manter um esqueleto completo. Nossos designers lidaram com essa tarefa integrando os pontos de entrada e saída de forma que eles estivessem totalmente alinhados com o quadro. A estrutura final, incluindo o esqueleto e o próprio esqueleto, pesava um pouco menos de 300 kg. ”

Atenção aos detalhes do início ao fim

O tempo total de impressão do esqueleto do mamute Lyre foi pouco mais de 52 dias com a operação simultânea de várias impressoras 3D - essa era a única maneira de cumprir os prazos. Depois de imprimir cada novo lote de ossos, a equipe especial de Materialize os processou com várias tintas, texturas e vernizes, para que os ossos impressos fiquem o mais próximo possível dos originais. No final, chegou a hora do novo mamute Lyre tomar sua forma final.

“Durante a fase digital do projeto, tomamos todas as medidas para garantir que os ossos, a estrutura e os conectores de poliamida impressos se encaixem perfeitamente, formando o esqueleto gigantesco final. Havia apenas uma maneira de fazer tudo com certeza, lembra Brynen. - Portanto, nossa equipe de acabamento começou a montar um mamute em nossas instalações em Lovaina. Foi uma ótima visão!



Esqueleto de mamute durante a montagem

O resultado é uma cópia exata, anatomicamente correta. Mas ela ainda tinha que ser transferida para um novo lugar. Brinen continua: “Dada a necessidade de transporte, construímos um esqueleto de seis unidades de montagem: quatro pernas, uma espinha e uma cabeça. Por exemplo, a seção vertebral consistia em 30 partes separadas conectadas por tubos de carbono. ” Depois que algumas partes do esqueleto chegaram ao seu destino em Lira, o mamute foi remontado - novamente em seu território nativo, que agora se tornará seu habitat permanente.

Brinen conclui: “Em apenas sete semanas, conseguimos criar uma nova história que trará grande prazer às novas gerações de visitantes. Este projeto envolveu todas as áreas de nossa competência - desde otimização para impressão e design até produção e decoração - tudo que faz do Materialize um player único no campo da impressão 3D. E foi definitivamente um trabalho de equipe: não poderíamos ter feito isso sem uma equipe maravilhosa de consultores especializados e cientistas que trabalharam conosco. Apesar de se tratar de preservar o passado, o projeto tornou-se um exemplo ideal da aplicação futurista da impressão 3D em nossos dias. Pessoalmente, fiquei muito satisfeito ao ver como o cliente implementa com sucesso uma ideia de larga escala - no sentido literal da palavra - conosco! ”

Material fornecido pela Materialize. O artigo original está aqui .