Вернуться к результатам поиска

Case Study из сферы науки и образования

3D-печать — это практическое обучение и прекрасные перспективы

Благодаря 3D-печати в лабораториях и на занятиях сегодняшние студенты и завтрашние ученые, инженеры и конструкторы, смогут решать задачи мирового уровня.

Профессор Цолликофер и 3D-принтер Objet

Не так давно институт антропологии Цюрихского университета, исследуя размер мозга неандертальца при рождении (на основе ископаемых с возрастом около 50 000 лет), получил новые уникальные сведения об истории развития человека. Работая с останками новорожденных из Мезмайской пещеры (Крым, Россия) и двух младенцев из пещеры Дедерия (Сирия), профессор Кристоф П. Е. Цолликофер (Prof. Dr. Christoph P. E. Zollikofer) с единомышленниками смогли получить свежую информацию об «акушерстве неандертальцев», моделях развития мозга и эволюции человеческой жизни. Эти знаменательные открытия были дополнены данными, полученными в результате использования методик компьютеризированной реконструкции, примененных к фрагментам таза неандертальской женщины (которые были найдены Дороти Гаррод в начале 1930-х гг.) из пещеры Табун (Израиль). Путем моделирования сканированных изображений и совмещения на цифровой модели останков младенцев с костями табунской женщины профессору Цолликоферу и доктору Марсия Понче де Ле’он удалось узнать много нового о женщинах-неандертальцах.

Исследовательский проект института антропологии Цюрихского университета использовал технологию PolyJet™, разработанную Objet. Воспользовавшись системой 3D-печати Eden250™, команда профессора Цолликофера смогла с помощью извлечь еще больше информации из своего открытия, касающегося эволюции размера мозга неандертальцев.

Высокая точность печати ставит Objet на первое место

Таз табунской женщины с останками Мезмайской пещеры

Впервые профессор Цолликофер увидел систему Objet в 2005 г. в Токийском университете. Профессор Ген Сува (Gen Suwa) из университетского музея, которому принадлежала система Eden™, показал Цолликоферу преимущества 3D-печати в отношении антропологических находок. «Мне стало очевидно, что нашему институту необходима такая технология. Я немедленно увидел все преимущества», — вспоминает профессор Цолликофер.

В то время команда Токийского университета использовала эту систему (в сочетании с технологией микрокомпьютерной томографии) для сканирования зубов ископаемого человека и их увеличения, что позволило классифицировать их и выявить как вариацию, так и эволюцию зубов. «Такое простое применение убедило нас в необходимости приобретения собственного принтера Objet», — говорит профессор Цолликофер. Несмотря на наличие других технологий, ему стало очевидно, что Objet наилучшим образом удовлетворит их требования. «Нам нужны были детали высокой точности, позволяющие наилучшим образом реплицировать реальные ископаемые. Для научных исследований нужны точные копии ископаемого скелета. Принтер Objet был единственным решением, имеющим такие возможности».

Более того, небольшая стоимость каучуковых картриджей принтера Objet также сыграла в его пользу. «Очень часто наш бюджет ограничен. Картриджи позволяют нам приобретать материал по мере необходимости, а не делать огромные вложения заранее», — говорит Цолликофер.

Система Eden250 дала возможность Цолликоферу лучше понять размер мозга при рождении. «Дедерия 1», ископаемый скелет неандертальца, обнаруженный в российской Мезмайской пещере, уникален тем, что возраст младенца в момент смерти оценивается в одну неделю. «Находка черепа неандертальца в самом младенчестве была знаменательным открытием. Она дала возможность калибровки наших открытий и, как следствие, способствовала лучшему пониманию развития мозга в этой период. До этой находки мы располагали только сведениями о мозге более старших младенцев и могли только догадываться о мозге новорожденного», — поясняет профессор Цолликофер. Структура зубов, размер черепа и рассчитанный размер мозга дали массивный объем сведений о развитии мозга неандертальца. Но какими бы удивительными ни были эти находки, ученые всегда сталкиваются с дополнительными препятствиями.

Печать реплики ископаемого черепа

«Представьте, что вы обнаружили сотни кусков мозаики, и вам предстоит восстановить ее на заданной поверхности. Теперь прибавьте возраст археологической находки и все деформации, произошедшие за истекшее время. Это будет очень сложная головоломка!» — продолжает профессор Цолликофер. Так оно и есть. Археологические раскопки в пещере Дедерия длились целых 15 лет, а само объединение всех кусков черепа «Дедерия 1» заняло еще несколько лет исследований. С помощью программы Form It, разработанной сотрудниками университета, профессору Цолликоферу удалось реконструировать несколько единиц мозга неандертальцев в цифровом виде после сканирования обнаруженных ископаемых по технологии микрокомпьютерной томографии. «После реконструкции ископаемых головоломка на экране компьютера представляется очень сложной. Мы обнаружили, что печать полученных кусков на системе Objet значительно облегчает восприятие этой мозаики», — говорит профессор Цолликофер.

Помимо контроля качества, принтер Objet используется и для других задач, поставленных сотрудниками института, в частности для печати частей, облегчающей расположение ископаемых в правильной конфигурации. Еще одно антропологическое применение Objet — так называемая бесконтактная репликация. Ископаемое имеет большую ценность. После обнаружения с ним обращаются максимально бережно из-за уникальности и хрупкости. Сканируя ископаемые, профессор Цолликофер печатает части на системе Objet, после чего копии можно использовать для отливки из силикона. «Отливка по хрупкому ископаемому черепу просто невозможна. Эта часть очень ценна. Но копию, полученную при помощи технологии сканирования, можно использовать для отливки из силикона. Высокая точность и четкость принтера Objet позволяет создать идеально точную копию. Это, в свою очередь, позволяет проводить такие эксперименты, которые невозможно выполнить иными способами», — поясняет профессор Цолликофер.

Новые открытия на очереди

И это еще не все. С помощью технологии Objet можно совершить и другие открытия. Технология сканирования, прозванная профессором Цолликофером «реальной виртуальностью», помогает исследовать невидимую глазом внутренность костей. Оригинальное ископаемое невозможно расколоть для выявления внутренней структуры. Однако ученые могут отсканировать ископаемое, а затем убрать внешние слои на цифровой модели. Напечатав результаты, можно получить новые уникальные сведения. В исследовательском проекте университета по такой технологии были изучены корни зубов и раковины внутреннего уха. Возможность увеличить модель перед печатью еще более расширяет понимание и способствует новым открытиям.

Все эти открытия ничего не стоят, если их нельзя показать заинтересованной публике. «Может быть это и тривиально, но, тем не менее, это крайне важно!» — комментирует профессор Цолликофер. «Реплики ископаемых, созданные на Objet, могут быть выставлены на выставках и в музеях по всему земному шару. Это было бы невозможно с оригинальной находкой, поскольку уникальность и хрупкость крайне ограничивают ее перемещение».

Благодаря возможностям коммуникации и бесконтактной репликации, применениям в задачах «реальной виртуальности» и на выставках, Objet позволяет антропологам получить больше информации о прошлом, используя современную технологию. «Благодаря технологии 3D-печати Objet помог нам лучше понять эволюцию размера мозга неандертальцев», — заявляет профессор Цолликофер.

Затаим дыхание…

Что же ждет нас в будущем? Институт антропологии Цюрихского университета и Objet в настоящее время готовят новый проект: печать всех находок Мезмайской пещеры внутри таза Табунской леди. «Поместить все ископаемые, найденные в Мезмайской пещере, внутрь таза Табунской леди и напечатать это в 3D — никто не делал такого до нас! Нам не терпится приступить к этому совместному проекту с Objet. Выставки планируются по всему миру», — комментирует профессор Цолликофер.

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.