Scansione 3D di uno scheletro di dinosauro nei minimi dettagli

Una replica stampata in scala 1: 1 del simbolo dello stato del Colorado, lo Stegosaurus Kessler, è stata creata per un museo locale con l'aiuto dello scanner Artec Spider 3D.

Lo stegosauro e l'allosauro del Denver Museum of Nature & Science sono una delle scene più iconiche mai rappresentate in una mostra di dinosauri. Lo stegosauro di 8 metri è il dinosauro di stato del Colorado. Non solo le specie di dinosauro, ma questo singolo esemplare è stato scelto per rappresentare lo stato. Lo stegosauro era un dinosauro erbivoro del peso di 10 tonnellate che abitava l'area ora chiamata Colorado 150 milioni di anni fa. Ciò che rende questo particolare Stegosauro così speciale non è il fatto che sia stato trovato a Cañon City, in Colorado, o anche che fosse per lo più completo al momento della scoperta, una cosa molto rara per gli scheletri di dinosauri. È stato trovato da una classe di studenti delle scuole superiori in cerca di fossili nel 1936, e l'insegnante di quel corso di studi, Frederick Carl Kessler, è stato in grado di far lavorare i suoi studenti a fianco dei paleontologi professionisti per riesumare lo scheletro fossile .

Lo stegosauro (sulla destra) e l’Allosauro in mostra al Denver Museum of Nature & Science

Vi presentiamo Mike Triebold di Triebold Paleontology, Inc. (TPI) a Woodland Park, in Colorado. TPI ripristina e monta scheletri di fossili e crea calchi di scheletri, e ha come clientela musei in tutto il mondo. Tra i clienti dell'azienda figurano l'American Museum of Natural History di New York, il Carnegie Museum di Pittsburgh e lo Smithsonian Museum of Natural History a Washington, DC. La sede della TPI ospita una collezione di calchi e esemplari di fossili originali, che sono esposti presso il museo interattivo di storia naturale dell’azienda, il Rocky Mountain Dinosaur Resource Center.

Mike Triebold stava cercando di aggiungere uno Stegosauro al suo catalogo di calchi, ma non uno Stegosauro qualsiasi. Era determinato a ottenere il famoso Stegosaurus Kessler al Museo di Denver per il suo progetto, se possibile, dato che stava venendo costruita la nuova Royal Dinosaur Experience a Canon City e si voleva fare una copia dello stegosauro ritrovato da Kessler vicino a Canon City. Il nonno di Zach Reynolds, proprietario di RGDE, accompagnava regolarmente Kessler negli scavi dagli anni '40 e '60, quindi lo stegosauro è importante sia per la famiglia che per la comunità.

Dopo diverse trattative, e con la benedizione del Museo di Denver, ha iniziato il lavoro.

La riproduzione di questo esemplare è stata complicata da un paio di fattori. Tra essi, la dimensione dell’originale. Non solo questo dinosauro è lungo più di 8 metri, ma con le alte piastre che si trovano sul suo collo, sulla schiena e la coda, raggiunge un’altezza di quasi otto metri e mezzo. Normalmente le dimensioni non sono una sfida insormontabile dato che ogni singolo osso può essere modellato in silicone e venire forgiato con materiali plastici liquidi. Questo esemplare però non è solo un mucchio di ossa: è stato assemblato e messo in mostra negli anni '90 usando mezzi permanenti, quindi non è stato costruito per essere smontato. Lo scheletro è tenuto insieme da pezzi di acciaio saldati, il che ha non ha permesso di modellare le singole ossa in silicone.

Per ricreare questo esemplare, Matt Christopher di TPI aveva bisogno della scansione 3D. "Avevamo bisogno di digitalizzare tridimensionalmente lo scheletro senza smontarlo, affinchè potessimo stamparne una replica in 3D", dice Matt. "Le dimensioni e i dettagli della superficie dovevano essere abbastanza vicini a quello che avremmo ottenuto da uno stampo in silicone, in modo che potessimo ritoccare le stampe 3D a mano per farle apparire esattamente come nell’originale".

TPI ha utilizzato lo scanner 3D a luce strutturata Artec Spider insieme al software di elaborazione e scansione Artec Studio 3D per il lavoro. Lo scanner è stato fornito dal partner locale di Artec 3D Printing Colorado. "Il nostro Artec Spider ha catturato esattamente ciò di cui avevamo bisogno", afferma Matt.

Il modello finale dello stegosauro Kessler in Artec Studio, visto da un lato

Spider è stato utilizzato per analizzare singole ossa e le regioni dello scheletro come singoli progetti in Artec Studio. "Abbiamo dovuto perfino infilarci all'interno della gabbia toracica (sì, all'interno della gabbia toracica di Stegosauro c’è abbastanza spazio per una persona adulta) per catturare le vertebre dorsali che formano la schiena del dinosauro e le superfici mediali della gabbia toracica, delle scapole e dei fianchi", dice Matt. "Ci sono state anche alcune pose interessanti prese in cima a una scala, per raggiungere le punte delle grandi lastre a forma di ventaglio sulla schiena del dinosauro. Siamo riusciti a catturare tutti gli elementi di cui avevamo bisogno, dalla punta del naso alle enormi punte all'estremità della coda. "

Il team ha concluso il lavoro con 629 scansioni individuali in 71 progetti di scansione individuali in Artec Studio. Il numero potrebbe essere più alto, ma per risparmiare tempo è stato deciso di saltare la scansione degli elementi che potrebbero essere duplicati per generare l'altro lato, come le braccia, le gambe e le costole.

Ogni scansione doveva essere allineata, ritagliata e convertita in file mesh 3D in Artec Studio. "Le funzioni di allineamento in Artec Studio erano assolutamente fondamentali per il successo di questo progetto", afferma Matt. "Allineare ciascuna scansione ha richiesto solo di impostare manualmente una misura approssimativa della posizione corretta e lasciare che lo strumento di allineamento correggesse il tutto. L'utilizzo di Artec Studio per creare e controllare le mesh dalle scansioni allineate ci ha permesso di ottenere l'esatto livello di dettaglio che volevamo per la lavorazione e la stampa 3D. "

Le mesh esportate erano prive di artefatti grazie a un filtro in Artec Studio che rimuove tutti gli elementi più piccoli della scansione master. I piccoli fori presenti sono stati riempiti automaticamente utilizzando l'algoritmo di riempimento dei fori in Artec Studio. "Se avessimo eseguito la scansione di singole ossa non montate, sarebbe stato facile generare mesh complete e watertight direttamente su Artec Studio che non avrebbero richiesto ulteriori elaborazioni", afferma Matt. "Con l'armatura d'acciaio da rimuovere e le superfici ostruite da ricostruire, le mesh watertight non erano né un'opzione né una necessità per ricostruire lo Stegosauro."

Le mesh risultanti sono state importate in ZBrush per la separazione degli elementi articolati, la ricostruzione di superfici impossibili da raggiungere con lo scanner 3D, come gli spazi tra le ossa articolate e la rimozione dell'armatura d'acciaio che nascondeva alcune superfici ossee.

Il modello finale dello Stegosaurus Kessler in Artec Studio, di fronte

TPI ha una vasta gamma di stampanti 3D a disposizione, che vanno da una piccola unità desktop SLA Form2 Formlabs ad un Atlas di Titan Robotics di grande formato. Con diverse stampanti al lavoro sul progetto, la stampa dello scheletro ha richiesto sei mesi. Quando le stampe sono finite, sono state leggermente rifinite a mano e preparate per essere ricalcate aggiungendo dei mockup dell'armatura interna in acciaio e dividendo alcuni campioni da ricalcare in sezioni piuttosto che singole ossa. Ogni osso o pezzo viene chiamato master. Questi master sono stati poi stampati in gomma di silicone utilizzando gomme di silicone liquide ad alta qualità in stampi da due o più parti; qualcosa che lo staff di TPI fa da ormai 30 anni.

Gli stampi finiti sono stati quindi dotati di acciaio interno per essere circondati dalle resine plastiche nel processo di fusione. "La plastica viene versata attorno all'acciaio, quindi non è necessaria un'armatura esterna che potrebbe nascondere le superfici ossee", afferma Mike. "Con la plastica versata intorno all'armatura, possiamo assemblare lo scheletro in un numero infinito di pose e saldare insieme l'acciaio che sporge da dentro ogni calco in plastica. Lo scheletro montato è quindi pronto per la pittura a mano e la consegna ".

Il progetto, ora completato, sarà in mostra permanente al Royal Gorge Dinosaur Experience (www.dinoxp.com) a Canon City, in Colorado, dove è stato presentato il 19 maggio. Zach Reynolds, la sua famiglia e il padre Dave saranno ora in grado di condividere con il pubblico per gli anni a venire la realizzazione di questo importante desiderio.

Secondo Mike, questo progetto sarebbe stato impossibile da completare un paio di decenni fa. "Con il nostro Artec Spider siamo stati in grado di sposare le migliori tecnologie di oggi con i metodi più avanzati tradizionali di stampaggio e fusione per creare una copia esatta di quel grande dinosauro senza nemmeno toccarlo", dice. "A questo punto, perché non provare con l’Allosauro..."