Yxlon e il suo cranio di rinoceronte stampato in 3D

In passato, tuttavia, era difficile trarre conclusioni specifiche sulla struttura e l’anatomia dell’osso.

Il Prof. Thomas Kaiser, Responsabile del Dipartimento di Mammologia e Paleoantropologia del CeNak, ha colto l’occasione dell’esposizione come opportunità per cercare partner in grado di compiere uno studio più dettagliato del cranio. La scelta dell’esperto è caduta su YXLON International, un’azienda che si occupa specificatamente di radiografia e tomografia computerizzata in ambito industriale. L’obiettivo del ricercatore era quello di creare una scansione 3D del cranio, concepita da un lato per richiamare l’attenzione sulla quasi estinzione di questa specie animale in grande pericolo, oggetto dell’esposizione, e dall’altro per essere usata per scopi scientifici di ricerca su questo mammifero.

In Yxlon, solitamente più abituata a lavorare con pezzi fusi, motori e componenti elettronici, questo compito estremamente impegnativo si colloca nel contesto della domanda, in rapido aumento, di applicazioni a livello di scienze naturali. Nelle scansioni precedenti, Yxlon aveva studiato soltanto piccoli animali come rane, serpenti, fossili o singoli organi di animali; il cranio del rinoceronte di Sumatra, molto più grande, ha rappresentato pertanto un’incredibile sfida. “In ultima analisi, per campioni grandi come questo, dobbiamo avvalerci di un sistema dalle dimensioni appropriate e di tecniche di registrazione speciali per ottenere la massima risoluzione possibile”, spiegano il Dott. André Beerlink e Philip Sperling, Direttore Vendite - Scienze e Nuovi Materiali di Yxlon. Alla fine, abbiamo deciso di utilizzare il sistema YXLON FF85 CT con la tecnica a doppia elica, nella quale il cranio è stato fatto ruotare varie volte durante il processo di scansione per acquisirne un’immagine completa e ottenere una buona risoluzione. È stato così possibile raggiungere l’obiettivo del team di scienziati che lavorano con il Prof. Kaiser e ottenere il volume 3D digitale più realistico e ad alta risoluzione per simulare il comportamento biomeccanico.

Accurato al micrometro

Dopo la tomografia e alcuni interventi di post-editing dei dati grezzi e dei file della scansione, è stato possibile ammirare il lavoro finito. Gli esperti di Yxlon sono riusciti a creare una replica digitale accurata del cranio del rinoceronte. Tutte le persone coinvolte nella scansione sono rimaste sorprese dall’incredibile livello di dettaglio che mostrava. Grazie alla scansione mediante tomografia computerizzata e alla speciale tecnica a doppia elica, è stato possibile individuare e replicare le strutture più fini, di grandezza pari a soltanto 100 micrometri circa, anche quelle interne al cranio.  Il volume 3D digitale ha permesso ai ricercatori di acquisire moltissime nuove informazioni che durante la ricerca precedente non erano state rivelate. Nuove conoscenze sulla struttura ossea e sulle posizioni biomeccaniche delle due parti di mandibola in relazione tra loro ha permesso immediatamente agli scienziati di acquisire conoscenze sull'età, la dieta e lo stile di vita dell’animale, informazioni finora sconosciute.

Oltre all’esposizione del CeNak, nella quale la scansione colorata del cranio è stata mostrata come rappresentazione di un oggetto, intesa non solo a suscitare riflessioni ma anche a richiamare l’attenzione su questa specie minacciata di estinzione, il volume 3D digitale è stato usato anche per la simulazione biomeccanica dei movimenti della mandibola. Grazie alle simulazioni con elementi finiti, è stato possibile utilizzare il cranio scansionato per studiare la distribuzione delle forze nella mandibola e nel cranio stesso. Le conclusioni tratte da questo studio sulla morfologia della struttura ossea hanno permesso agli scienziati di formulare ulteriori ipotesi approfondite sulle condizioni di vita dell’animale. Per quanto riguarda il rinoceronte di Sumatra, questi dati potrebbero, nel migliore dei casi, identificare gli habitat più idonei per il ricollocamento della specie minacciata e impedirne addirittura la totale estinzione.

Per gli scienziati che collaborano con il Prof. Kaiser e i curatori dell’esposizione del CeNak, la scansione del cranio rappresenta pertanto la base di ulteriore lavoro di ricerca e di altre esposizioni. Ma anche per la stessa Yxlon, l’immagine ottenuta dalla scansione non significa affatto la fine della questione.

Il trofeo di caccia senza la preda: la stampa 3D permette di ottenere una replica straordinariamente reale

A causa del costo elevato e della qualità e rarità eccezionali della scansione, Yxlon si è resa rapidamente conto che questo progetto avrebbe potuto fungere da importante vetrina per dimostrare le capacità dei suoi sistemi TAC d’avanguardia e la competenza dell’azienda. Doveva servirsi della scansione del cranio del rinoceronte di Sumatra come se si trattasse del gioiello più prezioso della sua “corona”. I colleghi di Yxlon, tuttavia, avevano tempi molto ridotti per presentarla adeguatamente in occasione della prossima fiera commerciale cui intendevano partecipare.

Mentre conducevano una ricerca su Internet durante un viaggio di lavoro a New York, vennero a conoscenza di Protolabs, produttore di prototipi su misura e di produzione in volumi ridotti che si avvaleva dei processi di produzione additiva così come dello stampaggio a iniezione e della lavorazione CNC. Poiché potevano accedere alla scansione salvata del cranio mentre viaggiavano, il servizio di caricamento dati e di ordinazione on-line facilmente accessibile offerto da Protolabs risultò essere molto pratico. L’azienda promette di fornire file e design ancora più complessi in una ampia gamma di materiali e in breve tempo, rendendoli al contempo il più intuitivi e facili da comprendere per l’utilizzatore. Gli esperti di Protolabs hanno contattato Yxlon il giorno successivo per parlare della modalità di procedere, poiché questo tipo di stampa 3D era inconsueto anche per loro.

Nonostante il poco tempo a disposizione prima dell’apertura della fiera commerciale e il breve tempo di consegna della stampa 3D vera e propria, oltre che per apportare le modifiche d’obbligo alla scansione per assicurare la fattibilità del processo additivo, gli esperti di Protolabs sono riusciti a produrre una replica incredibilmente reale del cranio del rinoceronte di Sumatra. È stato possibile identificare anche i dettagli più piccoli del modello originale, solo il materiale di realizzazione era diverso. Anziché di ossa, il modello stampato 3D è stato ottenuto con il materiale Accura Xtreme White 200, che lo rendeva un po’ più chiaro a livello di colore e senza macchie. Philip Sperling e il Dott. André Beerlink sono stati estremamente soddisfatti della qualità: “Per i nostri clienti, i nostri partner ma anche per noi, è stato molto stimolante scoprire che avevamo l’opportunità di rendere le scansioni TAC reali e tangibili e che Protolabs è stata in grado di stampare con la stessa qualità i dettagli molto fini di questo cranio di rinoceronte di Sumatra. Il tempo di lavorazione incredibilmente rapido e i consigli competenti per questo incarico complesso non hanno fatto altro che completare la nostra esperienza positiva con Protolabs.”