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通过3D打印考察濒危物种促进文化进步和科学研究

文章和图片来源:        时间:2020.11.05        点击率: 290

  3D打印技术可以用来制作对研究和教学极为宝贵的稀有化石和骨骼的复制品。







  罕见的苏门答腊犀牛头骨


  当下对于这个千变万化的制造行业来说是至关重要的时刻。当然,工业创新是不断发展的,但我们目前看到的技术进步却是几十年来前所未见的。技术在向 "智能工厂 "模式发展,在这种模式下,集成的制造设备会根据客户的需求进行运作。特定制造工艺也经历了发展,而这些发展中最具有革命性的莫过于3D打印了。


  有趣的是,随着3D打印的发展,当今世界最前沿的冒险有时是为了追求文化进步或科学研究。这类项目正越来越多地与数字化制造相结合,比如,高级时装服装的制作、艺术装置的实现、对古代文明的理解。我们经常见证工程与文化或自然世界的完美共生。


  最近数字制造商Protolabs、工业断层扫描仪Yxlon(YXLON International GmbH)和德国汉堡大学自然历史中心(CeNak)之间的合作就很好地说明了这种协同工作。通过他们的合作项目,工业成像技术和3D打印技术确保了一种濒临灭绝的犀牛能够在不受干扰的情况下进行深入研究,从而获取有关其生活条件的新信息。


  3D打印为研究人员提供新的视角


  对于那些已经灭绝动物遗骸和濒临灭绝的动物来说,很难根据表面分析出它们的真实生活方式。由于气候的变化,栖息地的消失,更别说人类的盗猎,越来越多的野生动物物种面临灭绝的威胁甚至是已经灭绝。因此,CeNak利用最先进的X射线技术和3D打印技术从事生物多样性和进化的研究,使用计算机断层扫描和高分辨率的3D打印模型进行详细分析,为基础科学研究提供了一系列全新的机会。







  扫描中的苏门答腊犀牛上颚


  苏门答腊犀牛的数字化进程


  CeNak最近最近举办了一场名为 "消失的遗产:森林世界"的展览,旨在引起人们对苏门答腊犀牛困境的关注。据估计,目前该物种仅存100只, CeNak自20世纪20年代发现了一只属于该物种的头骨。 CeNak的哺乳动物学和古人类学负责人Thomas Kaiser教授希望以这次展览为契机,寻找能够对头骨进行更详细研究的合作伙伴。这位专家选择了Yxlon International,这是一家专注于工业放射成像和计算机断层扫描的专业公司。目的是扫描和制作3D头骨,一方面是为了通过展览引起人们对这一濒临灭绝物种的关注,另一方面也是为了用于对苏门答腊犀牛的科学考察。


  Yxlon业务普遍分布在是在铸造、发动机和消费电子领域,这项极具挑战性的任务是自然科学领域迅速增长的应用需求之一。在以前的扫描中,Yxlon只研究过小型动物,如青蛙、蛇、化石或单个小动物器官,然而苏门答腊犀牛这么大的头骨对他们来说这是个不一样的挑战。







  苏门答腊犀牛下巴3D扫描图


  Yxlon科学与新材料销售经理André Beerlink博士和Philip Sperling解释说"对于这种大标本来说,我们需要使用适合的大型设备和特殊的记录技术,以获得尽可能大的分辨率。"


  最后团队决定采用Yxlon FF85 CT设备的双螺旋技术,在扫描过程中多次旋转头骨,以便对头骨进行完整成像并获得良好的分辨率。实现了与Kaiser教授合作的科学家团队的目标,即获得最真实、高分辨率的数字3D形状来模拟生物力学行为。


  准确性和细节


  在做了断层扫描,对原始数据和扫描文件进行了一些后期编辑之后, Yxlon的专家们通过使用Protolabs的立体光刻服务,并用Accura Xtreme White 200材料打印出一个高精度、精细的头骨复制品。通过计算机断层扫描复制品,可以检测和记录头骨内外的最精细结构,使得CeNak的研究人员获得了大量在之前的研究中被隐藏的新信息。对骨骼结构和下颌各部分有了新了解,使科学家们能够立即收集到迄今为止未有关动物饮食和生活方式的新信息。


  德国Protolabs公司总经理Daniel Cohn评论道。"即使制作复制品是一项特殊的挑战,但为了证明3D打印,所有的努力都是值得的。并且同时能用我们的复制品为科学提供助力,也为保护物种做出贡献而感到自豪。"







  3D打印苏门答腊犀牛头盖骨


  创意资源


  苏门答腊犀牛的例子表明,3D扫描和3D打印可以用来制作对研究和教学极为宝贵的稀有化石和骨骼的复制品。现代技术可以用来对动物的生活和行为方式进行假设,同时,它们还可以创建示范性的研究对象,用于测试和进一步研究那些濒临灭绝或早已灭绝的生物。


  这个项目的成功,不仅是由Protolabs、Yxlon和CeNak之间的合作而获得的,更要归功于我们看到的3D扫描和3D打印的革命性发展。增材制造技术不应该仅限于在工业领域,还应该被用作一种创造性的资源,在文化和科学背景下推陈出新。