Materialise imprime en 3D el esqueleto de un mamut a tamaño real

Redacción
Domingo, 25 Noviembre 2018
Materialise imprime en 3D el esqueleto de un mamut a tamaño real - impresoras 3D

El mamut de Lier, descubierto en 1868, es uno de los pocos esqueletos de mamut completos que se han encontrado.

Aunque el mamut actualmente se encuentra en Bruselas, un equipo que se dedica a la preservación de la historia de Lier propuso a Materialise una idea emocionante: usar la impresión 3D para crear una réplica exacta del animal a tamaño real para exhibir en Lier.

En otras palabras, el objetivo era aplicar técnicas modernas para que este habitante prehistórico de Lier pudiera volver a casa. Tras 1260 horas de impresión y 320 huesos, se dio a luz al "Mamut de Lier 2.0".

Fundado en 1846, el Real Instituto Belga de Ciencias Naturales (RBINS) en Bruselas alberga a más de 250 investigadores, 38 millones de especímenes y, desde 1869, el mamut Lier, el primer esqueleto de su tipo que se ha exhibido al público en Europa Oriental. Descubierto, como su nombre indica, en el municipio de Lier en Amberes, el esqueleto es todavía uno de los pocos esqueletos de mamut que existen.

Esta rareza lo hace de vital importancia científica, por no mencionar una exhibición emocionante para los entusiastas de la historia natural de todo el mundo. Con esto en mente, la reapertura del Museo de la Ciudad de Lier presentó una oportunidad emocionante. Los huesos originales no se pudieron mover de Bruselas, pero se pudieron recrear.

Liderado por el grupo de la comunidad Kiwanis local, un equipo dedicado a preservar la historia de Lier se acercó a Materialise con una idea emocionante: utilizar la impresión 3D para crear una réplica exacta a tamaño real. En otras palabras, aplique técnicas modernas para que el residente prehistórico de Lier regrese a casa. Alrededor de 1,260 horas de impresión y 320 huesos más tarde, nació el ‘Lier Mammoth 2.0’.

Los huesos del desafío

Cuando se trata de producir una réplica exacta de un mamut, una cosa está clara. El tamaño importa. No es una hazaña recrear más de 300 huesos, algunos de los cuales tienen más de 2 metros de longitud (¡más grande que un humano adulto!). Junto con la necesidad de evitar cualquier trabajo invasivo o potencialmente dañino en los huesos originales, este proyecto presentó un desafío único.

"Cuando el esqueleto llegó por primera vez al museo en 1869, la ingeniería innovadora significaba que no teníamos que perforar ni dañar un solo hueso para mostrar el mamut en su totalidad", explica el Dr. Mietje Germonpré, un paleontólogo de RBINS que trabajó estrechamente con Materialise en el proyecto. "Desde luego, no queríamos arriesgar su integridad natural de ninguna manera con este nuevo esfuerzo".

El mismo tipo de pensamiento creativo y de  ingeniería dominó en la creación de la réplica. En lugar de emplear una estructura de soporte externo como la utilizada por el mamut Lier original, el plan consistía en construir una estructura de soporte interno en gran parte invisible que realmente diera vida al modelo.

La libertad de diseño y la precisión posibles con la impresión 3D lo convirtieron en una opción obvia. Como señala el Dr. Germonpré, “la impresión 3D se está demostrando cada vez más como una herramienta extremadamente útil en el campo de la paleontología, permitiéndonos, por ejemplo, estudiar fósiles sin dañar los preciosos originales y colaborar virtualmente en el mismo fósil con colegas de todo el mundo. mundo ". ¿Pero cómo podrían imprimir huesos tan grandes como los originales?

 

Impresión en gran formato a prueba. Esa pregunta fue respondida, adecuadamente, por las impresoras Mammoth Stereolithography de Materialise, junto con el gerente del proyecto Gertjan Brienen y lo que eventualmente se convirtió en un equipo de 19 personas, incluidos ingenieros, especialistas en CAD, profesionales de postproducción y expertos del instituto, incluido el Dr. Germonpré.

“Primero presentamos nuestras impresoras de estereolitografía Mammoth en 2001 para realizar proyectos que requieren una capacidad extra grande. Con una dimensión de lecho de impresión de 2100 x 700 x 800 mm, son perfectas para la producción de piezas de "construcción única", dice Brienen. “En ese momento, estábamos pensando en aplicaciones tales como prototipos de tablero de instrumentos automotrices, modelos arquitectónicos a escala, piezas grandes a medida para entornos industriales o de fabricación, ese tipo de cosas. Pero, ¿los huesos? Ese fue un nuevo desafío, uno que nos sentimos honrados y emocionados de afrontar ”. Las máquinas Mammoth Stereolithography de Materialise depositan 1/10 de milímetro de resina líquida sensible a los rayos UV a la vez, endurecidas selectivamente por los láseres para que coincidan exactamente con las especificaciones de construcción. Además de crear soportes a medida para permitir el desarrollo de la "forma ósea" científicamente precisa y la sinterización con láser de los huesos más pequeños (incluidas las vértebras del mamut) y los puntos de conexión, el esqueleto precisaría un total de nueve máquinas parsa ser impreso en solo un mes. Pero antes de que eso ocurriera, los datos dimensionales debían ser capturados y luego optimizados para la impresión 3D. "Faltaban solo dos meses para la fecha de lanzamiento", agrega Brienen, "cada paso tuvo que ser planeado meticulosamente".

 

Esqueletos, escaneos y estructuras de soporte "invisibles"

 

Convenientemente, el museo permitió retirar y escanear cada hueso individual in situ de la estructura de soporte externa original del esqueleto, pasando los datos a Materialise. Para las réplicas que reproducen con precisión las dimensiones originales del hueso, cada escaneo se limpió y optimizó específicamente para la impresión 3D utilizando el software Materialise Magics, con cada hueso individualmente orientado digitalmente sobre tres ejes para un posicionamiento preciso.

Esto permitió que el esqueleto completo se reconstruyera digitalmente y se analizara por el Dr. Germonpré y los ingenieros de Materialise. "Este fue un punto realmente crítico en el proyecto", recuerda el Dr. Germonpré. “Significó que podríamos verificar la consistencia contra el esqueleto original, pero también aplicar el pensamiento y el descubrimiento científico evolucionado. No se olvide, el esqueleto original se montó hace más de 150 años basándose en el conocimiento anatómico de esa era. Por ejemplo, en el siglo XIX asumieron que el mamut tenía una cola tan larga como la de un elefante, pero debido a los cuerpos de mamut congelados que se encuentran en Siberia, ahora sabemos que en realidad es más corta. Esta fue una oportunidad de oro para adaptar virtualmente el esqueleto para que coincida con las nuevas perspectivas anatómicas que ahora poseemos ".

La reproducción en impresión en 3D también le dio al equipo la oportunidad de abordar otro problema con el esqueleto original: "Faltan huesos", explica Gertjan Brienen. “Al mamut Lier original le faltaban algunos huesos, incluido el colmillo izquierdo.

En el original, estos habían sido creados utilizando madera esculpida. Con Materialise 3-matic, pudimos lograr una réplica más precisa al crear una imagen de espejo del colmillo derecho. La mandíbula superior rota también se restauró con precisión al reflejar la estructura ósea original. En total, la reconstrucción de los huesos perdidos y la corrección de errores crecientes, como lo mencionó el Dr. Germonpré, significa que el nuevo mamut Lier impreso en 3D es en realidad más científicamente preciso que el original ".

Esta fase digital también exigió una reflexión cuidadosa sobre el nuevo sistema de montaje "casi invisible" que permitiría que el mamut apareciera libre. Para Gertjan Brienen, esta fue una fase clave. “Nuestra compañía filial, RapidFit, tiene mucha experiencia en el uso de marcos de fibra de carbono para herramientas automotrices.

Este era un contexto completamente diferente, pero el desafío era el mismo: crear una estructura relativamente ligera pero fuerte. Así que RapidFit nos ayudó a desarrollar un marco de carbono modular y personalizado que se ubicaría predominantemente dentro del esqueleto impreso.

Así que necesitamos los huesos impresos para replicar exactamente sus homólogos originales, pero también acomodar estos tubos de carbono internos, que eventualmente se unirán utilizando conectores sinterizados por láser especialmente diseñados para mantener la pantalla completa en su lugar. Nuestros diseñadores superaron este desafío mediante la integración de puntos de entrada y salida que, con una precisión milimétrica, se alinearon perfectamente con los requisitos del marco. Y la estructura final, con el montaje más el propio esqueleto, pesaba menos de 300 kg ".  

El tiempo total de impresión para el proyecto gigantesco de Lier fue de poco más de 52 días, con varias impresoras funcionando simultáneamente para cumplir con el plazo ajustado. Una vez que se imprimió cada nuevo lote de huesos, el equipo de acabado de Materialise se hizo cargo, empleando una combinación de pinturas, texturas y lacas para combinar los huesos impresos en 3D con la apariencia del esqueleto original lo más aproximado posible. Finalmente, llegó el momento de que el nuevo mamut Lier asumiera su forma definitiva.

El resultado fue una réplica exacta, anatómicamente correcta. Pero estaba en el lugar equivocado. Brienen continúa: “Con el transporte en mente, habíamos diseñado los huesos y el marco para que se descompongan esencialmente en seis unidades de ensamblaje más fáciles de manejar: cuatro patas, la columna vertebral / núcleo y la cabeza.

Por ejemplo, la sección vertebral consistía en 30 partes individuales conectadas sobre los tubos de carbono. "Una vez que las secciones llegaron a su destino en Lier, el equipo de acabado de Materialise volvió a ensamblar el mamut, de vuelta en su territorio original y en lo que será su permanente residencia. Brienen concluye: "Con un plazo de producción de solo 7 semanas, hemos creado una nueva pieza de la historia. Una que dará a las generaciones de visitantes un gran disfrute. Utilizó todas las áreas de nuestra experiencia, desde la optimización de la impresión y la ingeniería de diseño hasta la producción y el acabado, lo que hace que Materialise sea un jugador único en la industria de la impresión 3D.

Y definitivamente fue un esfuerzo de equipo, no podríamos haberlo hecho sin el increíble equipo de expertos consultores y científicos que trabajaron con nosotros. Aunque se trata de preservar el pasado, este proyecto es el ejemplo perfecto de las aplicaciones futuristas que tiene hoy la impresión 3D. Y para mí, es una gran sensación ver a un cliente realizar una gran idea, ¡literalmente! - A través de la colaboración con nosotros ".

 

 

 

 

Etiquetado como: dinosaurio, Materialise
Categoría: Impresoras 3D
Aplicación: Arte y cultura