Scan 3d en détails précis d’un squelette de dinosaure en une seule pièce

21/05/2018

Une copie imprimée en 3D à l’échelle 1 du symbole de l’Etat du Colorado, le Stégosaure Kessler, a été créée pour un musée local avec l’aide d’un scanner 3D Artec Spider.

Une des scènes les plus emblématiques représentées dans une exposition de dinosaure doit être celle montrant un stégosaure et un allosaure se faisant face au Musée de la Nature et des Sciences de Denver. Le Stégosaure de 26 pieds de long représente le dinosaure de l’Etat du Colorado. Ce n’est pas simplement l’espèce mais ce dinosaure particulier qui a été adopté pour représenter l’Etat. Le stégosaure était un dinosaure herbivore pesant jusqu’à 10 tonnes qui peuplait il y a 150 millions d’années la zone qui s’appelle aujourd’hui le Colorado. Ce qui rend ce stégosaure spécial n’est pas le fait qu’il ait été trouvé à Canyon City, Colorado, ou même qu’il soit quasi complet, ce qui est très rare pour un squelette de dinosaure. Il a été trouvé par une classe de lycéens lors d’une sortie à la recherche de fossiles en 1936, et l’enseignant de cette classe de lycéens, Frederick Carl Kessler, a pu s’arranger pour que ces étudiants travaillent aux côtés de paléontologues professionnels pour mettre à jour le squelette fossile.

Le stégosaure (droite) et l’allosaure exposés au Musée de la Nature et des Sciences de Denver

C’est à ce moment qu’intervient Mike Triebold, de Triebold Paleontology, Inc. (TPI) à Woodland Park, Colorado. TPI restaure et monte des squelettes fossiles et crée des moulages de squelettes, les fournissant à des musées du monde entier. Les clients de la société incluent le Musée Américain d’Histoire Naturelle à New York, le Musées Carnegie à Pittsburgh, le Musée Smithonian d’Histoire Naturelle à Washington, D.C. Le siège social de TPI accueille une collection de moules et de spécimens de fossiles originaux, qui sont en exposition au musée interactif de la société, le Rocky Mountain Dinosaur Resource Center.

Mike Triebold cherchait à ajouter un stégosaure à son catalogue de moulages, mais pas juste n’importe quel stégosaure. Il était concentré sur l’obtention du célèbre Stégosaure Kessler du Musée de Denver pour le projet, si cela était possible parce que la Royal Gorge Dinosaur Expérience de Canyon City était en train d’être construite et ils voulaient une copie du Stégosaure qui était récoltée par Kessler près de Canyon City. Le grand père de Zach Reynolds, le propriétaire du RGDE, accompagnait régulièrement Kessler sur des fouilles de dinosaures dans les années 40 à 60, le dinosaure avait donc des liens familiaux et de communauté.

Des discussions s’en sont suivies, et avec la bénédiction du Museum de Denver, le travail a commencé.

Reproduire le spécimen était compliqué par quelques facteurs. L’un d’entre eux était la taille du spécimen. Non seulement le dinosaure mesure plus de 26 pieds de long, mais avec les plaques hautes se trouvant sur son dos, son cou et sa queue, il mesure également 9 pieds de haut. Normalement, la taille ne serait pas un challenge insurmontable car chaque os serait simplement moulé dans du silicone et en coulant du plastique liquide. Le spécimen n’est pas simplement des os sur une étagère cependant. Il a été monté et placé en exposition dans les années 1990 en utilisant des moyens purement permanents, il n’a donc pas été monté pour être un jour démonté. De l’acier a été ajusté autour du squelette, soudé et collé avec du mastic sur les os, le moulage individuel de chaque os a donc été rendu impossible.

Pour recréer ce spécimen, Matt Christopher de TPI a dû le mouler en utilisant le scan 3D. « Nous avons eu besoin de numériser en trois dimensions le squelette, qui ne pouvait pas être démonté, pour que la copie puisse être imprimée en 3D », indique Matt. « Les dimensions et les détails de la surface devaient être assez proches de ce que nous aurions obtenu d’un moulage en silicone pour que nous puissions finir à la main les impressions 3D pour ressembler exactement au spécimen original. »

TPI a utilisé pour ce travail le scanner 3D à lumière structurée Artec Spider ainsi que le logiciel de scan et traitement 3D Artec Studio. Le scanner a été fourni par le partenaire local d’Artec, 3D Printing Colorado. « Notre Artec Spider a capturé exactement ce dont nous avions besoin, » déclare Matt.

Le modèle final du stégosaure Kessler dans Artec Studio, en vue de côté

Spider a été utilisé pour scanner les os individuels et les régions du squelette en tant que projets distincts dans Artec Studio. « Ceci a impliqué de ramper dans la cage thoracique (oui, une personne de taille adulte peut tenir dans la cage thoracique d’un stégosaure) pour capturer les vertèbres dorsales formant le dos du dinosaure et les surfaces médianes de la cage thoracique, les omoplates et les hanches, » déclare Matt. « Il y avait également des pauses intéressantes prises depuis le haut d’un escabeau pour atteindre le dessus des plaques en forme d’éventail sur le dos du dinosaure. Nous avons pu capturer tous les éléments dont nous avions besoin, du bout du nez jusqu’aux énormes pointes au bout de la queue. »

L’équipe a fini avec 629 scans individuels répartis sur 71 projets de scans individuels dans Artec Studio. Le nombre pourrait avoir été plus important, mais afin de gagner du temps, nous avons décidé de ne pas scanner les éléments qui pouvaient être créés par symétrie pour générer l’autre côté, comme les bras, jambes et côtes.

Chaque scan devait être aligné, coupé et converti en un fichier de maillage 3D dans Artec Studio. « Les fonctions d’alignement dans Artec Studio ont été absolument primordiales pour le succès du projet, » indique Matt. « Aligner chaque scan demandait simplement d’orienter manuellement pour une approximation grossière de la position correcte et de laisser l’outil d’alignement la corriger pour une adaptation parfaite. Utiliser Artec Studio pour créer et contrôler le maillage généré à partir des scans alignés nous a permis d’extraire le niveau exact de détail que nous souhaitions pour manipuler et imprimer en 3D. »

Les maillages exportés ne comportaient aucun artefact grâce au filtre dans Artec Studio qui enlève tous les éléments plus petits que le scan modèle. Les petits trous étaient remplis automatiquement en utilisant l’algorithme de remplissage de vide dans Artec Studio. « Si nous avions scanné des os individuels et non montés, il aurait été facile de générer des maillages complets et étanches directement depuis Artec Studio, qui n’auraient demandé aucun traitement » déclare Matt. « Avec l’armature en fer qui devait encore être enlevée et les surfaces obstruées qui devaient être reconstruites, les maillages étanches n’étaient pas vraiment une option ou une nécessité pour reconstruire le stégosaure. »

Les maillages résultants ont été importés dans ZBrush pour séparer les éléments articulés, la reconstruction de surfaces qui étaient impossible à atteindre avec le scanner 3D, comme les espaces entre les os articulés, et l’effacement de l’armature en acier qui obscurcissait certaines surfaces des os.

Le modèle final du Stégosaure Kessler dans Artec Studio, vue frontale

TPI dispose d’une variété d’imprimantes 3D à leur disposition allant de petites unités de bureau Formlabs Form2 SLA à des Atlas grand format de Titan Robotics. Avec de nombreuses imprimantes travaillant sur le projet, imprimer le squelette a pris six mois. Alors que les impressions étaient terminées, elles ont été légèrement resurfacées à la main et préparées pour le moulage en ajoutant des imitations de l’armature intérieure en acier et en articulant certains spécimens pour être moulés en sections plutôt qu’en os individuels. Chaque os ou assemblage terminé est appelé un master. Les masters ont été ensuite moulés dans du caoutchouc en silicone en utilisant un caoutchouc en silicone de haute qualité dans des moules en deux ou multiples parties ; quelque chose que l’équipe de TPI fait depuis près de 30 ans.

On installe de l’acier à l’intérieur des moulages terminés pour les entourer de résines plastiques durant le processus de moulage. « Le plastique est versé autour de l’acier, ce qui fait que l’on n’a pas besoin d’armature externe qui cacherait les surfaces des os, » déclare Mike. « Avec les moules versés autour de l’armature, nous pouvons assembler un squelette dans une parmi nombre infini de poses et souder le métal dépassant de chaque moule en plastique. Le squelette monté est alors prêt pour une peinture à la main et la livraison. »

Le projet étant à présent terminé, il sera en exposition permanente à la Royal Gorge Dinosaur Experience (www.dinoxp.com) à Canyon City, Colorado, qui sera dévoilée le 19 mai. Zach Reynolds, sa famille et son père Dave pourront maintenant partager la réalisation de ce vœu important avec le public pour les années à venir.

Selon Mike, Ce projet aurait été impossible à terminer il y a de cela deux décennies. « Avec notre Artec Spider, nous avons pu marier les meilleures technologies d’aujourd’hui avec les méthodes traditionnelles de moulage et coulage les plus avancées pour créer une copie exacte de ce magnifique dinosaure sans même avoir à le toucher, » dit-il. « Maintenant, pourquoi pas cet allosaure… »

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