Escaneo 3D en detalle minucioso de un esqueleto de dinosaurio de una pieza

20/05/2018

Una réplica impresa en 3D en escala 1: 1 del Símbolo Estatal de Colorado, el Stegosaurus Kessler, ha sido creada para un museo gracias escáner 3D Artec Spider.

En el Museo de Naturaleza y Ciencia de Denver (Denver Museum of Nature&Science) una de las escenas más icónicas de la exhibición de dinosaurios tiene que ser el enfrentamiento entre el Stegosaurus y el Allosaurus. El estegosaurio de 26 pies de largo representa el dinosaurio estatal de Colorado. No sólo la especie de dinosaurio, sino el espécimen individual que se adoptó para representar el estado.  El Stegosaurus era un dinosaurio herbívoro que pesaba hasta 10 toneladas y habitó el área ahora llamada Colorado hace 150 millones de años. Lo que hace que este Stegosaurus en particular sea tan especial no es el hecho de que se haya encontrado en Cañón City, Colorado, o incluso que estuviera casi completo, algo muy raro para los esqueletos de dinosaurios. Fue encontrado por una clase de estudiantes de secundaria en un viaje de campo en 1936. El maestro de esa clase, Frederick Carl Kessler, pudo hacer que sus alumnos trabajaran junto a paleontólogos profesionales para excavar el esqueleto fósil.

El Stegosaurus (derecha) y el Allosaurus exhibidos en el Museo de Naturaleza y Ciencia de Denver

Mike Triebold de Triebold Paleontology, Inc. (TPI) en Woodland Park, Colorado. TPI restaura y monta esqueletos fósiles y crea esqueletos, suministrándolos a museos de todo el mundo. Los clientes de la compañía incluyen el Museo Americano de Historia Natural en Nueva York, el Museo Carnegie en Pittsburgh y el Museo Smithsonian de Historia Natural en Washington, DC. La sede de TPI alberga una colección de moldes y especímenes fósiles originales, que se exhiben en el museo práctico de historia natural de la compañía, el Centro de Recursos de Dinosaurios de las Montañas Rocosas.

Mike Triebold estaba buscando agregar un Stegosaurus a su catálogo de moldes, pero no a cualquier Stegosaurus. Estaba enfocado en conseguir para el proyecto, en la medida de lo posible al famoso Stegosaurus Kessler del Museo de Denver ya que se estaba construyendo la nueva Experiencia Royal Gorge Dinosaur en Canon City y querían una copia del Stegosaurus que Kessler cerca de Canon City. El abuelo del dueño de RGDE, Zach Reynolds, acompañaba regularmente a Kessler en excavaciones de dinosaurios desde los años 40 hasta los 60, por lo que el Stegosaurus tiene vínculos familiares y comunitarios.

Con el consentimiento del Museo de Denver, el trabajo comenzó.

La reproducción de este espécimen fue complicada por un par de factores. Uno fue el tamaño. Este dinosaurio tiene más de 26 pies de largo y además las placas altas que cubren su cuello, espalda y cola, mide más de 9 pies de alto. Normalmente, el tamaño no sería un desafío insuperable ya que cada hueso individual se moldearía en silicona y con plásticos líquidos. Sin embargo, este espécimen no es solo huesos en los estantes. Fue montado y expuesto en la década de 1990 utilizando medios puramente permanentes, por lo que no fue construido para ser desmontado. El acero se formó alrededor del esqueleto, se soldó en su sitio y se colocó de forma permanente en los huesos, por lo que se hizo imposible moldear los huesos individuales en silicona.

Para recrear este espécimen, Matt Christopher de TPI necesitaba moldearlo usando el escaneo 3D. "Necesitábamos digitalizar tridimensionalmente el esqueleto que no podía desmontarse para poder imprimir una réplica en 3D", dice Matt. "Las dimensiones y los detalles de la superficie debían ser lo más parecido posible a los que obtendríamos de un molde de silicona para que pudiéramos terminar a mano las impresiones 3D y que reproduzcan exactamente el espécimen original".

Para este trabajo TPI utilizó el escáner 3D estructurado de luz Spider de Artec junto con el software de escaneado y procesamiento Artec Studio 3D. El escáner fue suministrado por el socio local de Artec, 3D Printing Colorado. "Nuestro Artec Spider capturó exactamente lo que necesitábamos", dice Matt.

El modelo final del KesslerStegosaurus en Artec Studio.  Vista lateral

El Spider se empleó para escanear huesos individuales y regiones del esqueleto como proyectos individuales en Artec Studio. "Esto requería que se gateara dentro de la caja torácica (sí, una persona adulta encaja dentro de la caja torácica de Stegosaurus) para capturar las vértebras dorsales que forman la espalda del dinosaurio y las superficies medias de la caja torácica, los omoplatos y las caderas", dice Mate. "También hubo poses interesantes sobre una escalera de mano para llegar a la parte superior de las grandes placas en forma de abanico en la espalda del dinosaurio. Pudimos capturar todos los elementos que necesitábamos, desde la punta de la nariz hasta los enormes picos al final de la cola ".

El equipo terminó con 629 escaneos individuales a lo largo de 71 proyectos de escaneo individuales en Artec Studio. El número podría haber sido más alto, pero para ahorrar tiempo se decidió omitir el escaneo de los elementos que podrían ser tomados “en espejo” para generar el otro lado, como los brazos, las piernas y las costillas.

Cada escaneo debía alinearse, recortarse y convertirse en archivos de malla 3D en Artec Studio. "Las características de alineación en Artec Studio fueron absolutamente primordiales para el éxito de este proyecto", dice Matt. "Alinear cada escaneo fue tan simple como orientar manualmente a una zona próxima de la posición correcta y dejar que la herramienta de alineación perfeccionara el ajuste. Usar Artec Studio para crear y controlar la malla generada a partir de los escaneos alineados nos permitió extraer el nivel exacto de detalle que queríamos para manipular e imprimir en 3D".

Las mallas exportadas estaban libres de artefactos gracias a un filtro en Artec Studio que elimina todos los elementos que sean más pequeños que el escaneo maestro. Los pequeños agujeros se rellenaron automáticamente utilizando el algoritmo de llenado de agujeros en Artec Studio. "Si hubiéramos estado escaneando huesos individuales, no montados, habría sido fácil generar mallas completas e impermeables directamente desdeArtec Studio que no hubieran requerido post procesamiento adicional", dice Matt. "Con la armadura de acero restante para ser removida y las superficies obstruidas para ser reconstruidas, las mallas impermeables no eran realmente una opción o una necesidad para rehacer el Stegosaurus".

Las mallas resultantes fueron importadas a ZBrush para la separación de elementos articulados, reconstrucción de superficies que fueron imposibles de alcanzar con el escáner 3D, como por ejemplo los espacios entre los huesos articulados y la eliminación de la armadura de acero que oscurecía la superficie de algunas de las superficies óseas.

El modelo final del KesselStegosaurus en Artec Studio.  Vista frontal

TPI tiene una variedad de impresoras 3D a su disposición que van desde una pequeña unidad de escritorio Formlabs Form2 SLA hasta una Atlas de gran formato de TitanRobotics. Con numerosas impresoras trabajando en el proyecto, imprimir el esqueleto llevó seis meses. Cuando se terminaron las impresiones, se repavimentaron ligeramente a mano y se prepararon para el moldeo añadiendo maquetas para la armadura interna de acero y articulando algunos especímenes para que se moldearan en secciones en lugar de huesos individuales. Cada hueso o conjunto completado se llama maestro. Éstos se moldearon luego en caucho de silicona utilizando cauchos de silicona líquida de alta calidad en moldes de dos partes y múltiples partes; algo que el personal de TPI ha estado haciendo durante casi 30 años.

Los moldes terminados fueron equipados con acero interno para ser rodeados por resinas plásticas en el proceso de fundición. "El plástico se vierte en el acero, por lo que no se necesita una armadura externa que oculte las superficies óseas", dice Mike. "Con los moldes vertidos alrededor de la armadura, podemos armar el esqueleto en cualquiera de una infinidad de poses y soldar el acero que sobresale del interior de cada molde de plástico. El esqueleto montado está listo para ser pintado a mano y entregado".

El proyecto ahora terminado se exhibirá de forma permanente en la experiencia de Royal Gorge Dinosaur Experience (www.dinoxp.com) en Canon City, Colorado, que se presentó el 19 de mayo. Zach Reynolds, su familia y su padre Dave ahora podrán compartir el logro de este importante deseo con el público.

Según Mike, este proyecto habría sido imposible de completar hace un par de décadas. "Con nuestro Spider de Artec pudimos aunar una de las mejores tecnologías actuales con los más avanzados métodos tradicionales de moldeo y fundición para crear una copia exacta de ese gran dinosaurio sin siquiera tocarlo", dice. "Ahora, ¿qué les parece ese Allosaurus ..."

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