3D-Scan für Dinosaurier-Rekonstruktion | EinScan Pro HD in der Paläontologie

Taurovenator (der Gattungsname bedeutet „Stierjäger“) wurde ursprünglich als Taurovenator violantei benannt und 2016 beschrieben; die früheste Beschreibung basierte auf einem postorbitalen (aus der Schläfenregion stammenden) Knochenfund aus der Huincul-Formation in Argentinien. Das Tier wird zu den großen Carcharodontosauriden-Theropoden gezählt und weist morphologische Ähnlichkeiten und Vergleichbarkeiten mit anderen südamerikanischen Riesenräubern wie Giganotosaurus und Mapusaurus auf. In den letzten Jahren haben laufende Feldforschungen und Untersuchungen zahlreicher Wissenschaftler und Teams unser Verständnis dieser Art erheblich erweitert.

Dr. Fernando Novas und Prof. Marcelo Pablo Isasi sind die Hauptakteure der Forschung zu Taurovenator. Sie sindForscher am CONICET (dem Nationalen Rat für wissenschaftliche und technische Forschung Argentiniens) undkönnen auf eine umfangreiche Zusammenarbeit und zahlreiche Veröffentlichungen mit Kollegen im In- und Ausland zur Paläobiota Patagoniens und anderer südamerikanischer Faunen zurückblicken – beispielsweise Forschung im Zusammenhang mit der Entdeckung von Kostensuchus atrox, einem beeindruckenden Krokodil aus der Zeit vor etwa 70 Millionen Jahren, das in Patagonien gefunden wurde.

Dr. Fernando Novas (rechts) und Prof. Marcelo Pablo Isasi (links)

Vollständiger Schädel von Kostensuchus atrox mit einer Länge von fast 50 Zentimetern

An der Entdeckung und der anschließenden Erforschung von Taurovenator waren auch lokale Institutionen, Stiftungen und Unternehmen beteiligt, die an der Herstellung und Präsentation des Modells mitwirkten – beispielsweise die Fundación Azara und das auf 3D-Druck spezialisierte Unternehmen Dryada.

Digitaler Arbeitsablauf: Wie aus Fossilien druckbare Modelle entstehen

Im Rahmen des Taurovenator-Rekonstruktionsprojekts verfolgten die Forscher die folgenden wesentlichen Schritte, die auch die gängigen Verfahren in der aktuellen paläontologischen Digitalisierungsarbeit darstellen:

• Effizientes 3D-Scannen und Photogrammetrie:

Zur Erstellung der 3D-Modelle setzten die Forscher in erster Linie den 3D-Scanner „SHINING 3D EinScan Pro HD“ in Kombination mit Photogrammetrie ein. Diese Methode ermöglicht die Datenerfassung, ohne die wertvollen Fossilien zu beschädigen. Der EinScan Pro HD erzeugt dichte Punktwolken und liefert hochauflösende Modelle. Der Einsatz von strukturiertem blauem Licht gewährleistet eine hohe Genauigkeit, und dank seines multifunktionalen Designs eignet er sich für Objekte unterschiedlicher Größe und aus verschiedenen Materialien und bietet zudem eine hohe Scangeschwindigkeit. In Kombination mit einer großen Anzahl hochauflösender Fotos, die mit Kameras aufgenommen wurden, konnte das 3D-Modell des Dinosauriers originalgetreu rekonstruiert werden.

3D-Scannen mit dem EinScan Pro HD, einem multifunktionalen 3D-Scanner mit strukturiertem Licht

• Modellierung und anatomische Rekonstruktion:

In der 3D-Software bereinigten die Forscher die gescannten Daten (Rauschunterdrückung, Reparatur beschädigter Teile), wandten digitale Spiegelung an (um fehlende Seiten zu generieren) und rekonstruierten den Skelettbau am Bildschirm. Dieser Schritt erforderte sowohl das anatomische Fachwissen von Paläontologen (Knochenpositionierung, Ableitung der Körperhaltung) als auch die Modellierungsfähigkeiten von Digitalingenieuren.

Rekonstruktion von Details des Dinosaurierskeletts auf der Grundlage gescannter Daten

• 3D-Druck:

Da das Tier so groß war, konnte sein komplettes Skelett nicht in einem Stück innerhalb einer herkömmlichen Druckerkammer gedruckt werden. Das Forschungsteam teilte das digitale Skelett in mehrere kleinere Teile auf, die der Druckergröße entsprachen und sich leicht zusammenbauen ließen. Jedes Teil wurde mit digitalen Verbindungsstellen für die spätere Montage entworfen. Die Teile wurden dann Stück für Stück mit FDM-Druckern unter Verwendung gängiger Materialien wie PLA gedruckt.

Die in Abschnitten 3D-gedruckten Modelle werden anschließend zusammengesetzt

• Nachbearbeitung, Verstärkung und Montage:

Nach dem Druck mussten die Teile von Stützstrukturen befreit, poliert und im Heißklebeverfahren verbunden werden. Um die Festigkeit der Knochen zu erhöhen, fügte das Produktionsteam Metallstangen als Stützen in die gedruckten Knochen ein und füllte die Hohlräume anschließend mit einem zweikomponentigen, starren Polyurethanharz, um die Steifigkeit zu erhöhen. Schließlich wurde jeder Knochen in einer vorab festgelegten Haltung auf das gesamte Metallgerüst montiert, wodurch ein vollständiges, freistehendes Ausstellungsskelett entstand.

Das auf der Ausstellung gezeigte Modell

Der Nutzen von 3D-Scan- und Drucktechnologie in der Paläontologie

Nach dem Scannen können digitale Modelle die häufige Handhabung der Originalfossilien überflüssig machen. Gedruckte Repliken können für Forschungszwecke oder Ausstellungen verwendet werden, während die Originale in sichereren Umgebungen aufbewahrt werden. Dies verringert die Risiken für die Originalexemplare während der Ausstellung und erweitert gleichzeitig die Reichweite der wissenschaftlichen Öffentlichkeitsarbeit. Darüber hinaus lassen sich 3D-Dateien problemlos online teilen, sodass Forscher weltweit aus der Ferne auf hochpräzise Modelle für morphologische Untersuchungen, Messungen oder Lehrzwecke zugreifen können, was die Effizienz der Zusammenarbeit erheblich steigert.

Für die ältere Generation von Paläontologen mag dies fast unglaublich erscheinen: Dinosaurierskelette sind nicht mehr nur das Ergebnis von Gipsabgüssen und Harzgussmodellen, sondern können nun am Computer modelliert und in einem Drucker „herausgewachsen“ werden.

Wie Professor Marcelo Isasi es formulierte: „Diese neue Technologie wird einen Wendepunkt in der Entwicklung paläontologischer Techniken in Argentinien markieren.“