Dagens 3D-print - Kloning av tusenårigt bältespänne

Denna artikel beskriver hur vi klonade ett tusenårigt arkeologiskt fynd med hjälp av en Handyscan VIUscan 3D-laserskanner och en 3D Systems – ProJet 660 Pro 3D-skrivare från 3D Systems.

Projektet började när Andreas Johansson från Hallands Konstmuseum lånade oss ett fascinerande arkeologiskt fynd bestående av ett tusenårigt vikinga bältesspänne som grävdes fram i närheten av Kungsbacka. Då bestämde vi oss för att utvärdera ett arbetssätt genom vilket man kan duplicera arkeologiska föremål och skapa så trovärdiga kopior av dem som möjligt.

Nedan beskriver vi i både text och bild hur arbetsprocessen gick till – från 3D-laserskanning till 3D-utskrift i fyrfärg. Vi hänvisar även till en nedladdningslänk där man kan ladda hem bältesspännet som 3D-modell.

3D-skanning

3D-skanningen utfördes med en portabel Handyscan 3D VIUscan 3D-skanner från Creaform. Spännet placerades på ett underlag med reflektiva markörer som laserskannern använder för realtidspositionering. Skanningen tog cirka 15 minuter och utfördes i två etapper där först ovansidan skannades och sedan undersidan. Dessa sparades ner som två separata meshmodeller.

Sammanfogning och efterberedning

Efter laserskanningen efterbehandlades 3D-modellen i programmet Geomagic för att få bort eventuella orenligheter, felvända polygoner m.m. Därefter förenades båda halvorna med en automatisk sammanfogningsprocess som hittar överlappande ytor och den korrekta passformen mellan halvorna.

Texturering

Den färdiga 3D-modellen exporterades sedan från Geomagic över till 3D-textureringsprogrammet BodyPaint 3D från MAXON. Där projicerades två högupplösta fotografier på objektet som texturerades på programmets beräknade UV-koordinater.

3D-utskrift med en ProJet 660 3D-skrivare

Efter texturering importerades 3D-filen som .VRL-format i styrprogrammet som hanterar modellen för utskrift och driver 3D-skrivaren. Här kan man även duplicera objekt och importera flera andra objekt om man vill skriva ut flera föremål samtidigt. ProJet 660 anpassar objektens position automatiskt för bästa utskriftstid och prestanda.

På grund av att denna teknik bygger på tunna lager av pulver kan man lägga flera objekt på varandra och därmed fylla 3D-skrivarens hela volym hela vägen till toppen.

ProJet 660 Pro står redo för utskrift. I den vänstra kammaren utförs 3D-utskriften där ett bläckstrålehuvud skriver ut 3D-modellen lager för lager på vitt gipspulver. Utskriften sker med en blandning av cyan, magenta, gul, svart och klarfärg. Därmed kan 3D-skrivaren lägga rätt färg direkt på ytan av 3D-modellen under utskriftsprocessen.

Den högra kammaren (se bild) används för att blåsa 3D-utskriften ren från löst pulver efter utskrift. Allt pulver som inte går åt till 3D-objektets volym sugs upp automatiskt av 3D-skrivaren och återanvänds i kommande 3D-utskrift.

3D-utskriften startar och man ser att de första lagren av 3D-filerna skrivs ut på det vita gipset. I denna utskrift valde vi att skriva ut två stycken bältesspännen samtidigt – en liggande till höger och en stående till vänster. Man kan även se att 3D-utskriften sker i färg och man känner igen texturen som ritas upp lager för lager.

När utskriften var klar efter cirka 30 minuter kunde vi gräva fram kopian av det tusenåriga arkeologiska fyndet – vilket kändes lite ironiskt. Skrivaren har en självtömningsfunktion för pulvret som gör att det mesta töms automatiskt så att man bara behöver plocka upp de lösa föremålen. Vi tyckte dock att det var roligare att som en arkeolog borsta fram modellen!

Här ser vi hur bältesspännet ligger frilagt på det lösa pulvret. Dess yta är vit på grund av att det finns pulver kvar på den.

Modellen tas sedan in i efterberedningskammaren där man med ett tryckluftsmunstycke snabbt blåser bort allt löst pulver som kan finnas kvar.

Här ser vi modellen i närbild då man blåser bort pulvret. Nästan klar! I denna fas kan färgerna se lite matta ut innan man sluthärdat modellen. För hanteringen av 3D-utskrifter behöver man inte några särskilda skydd och modellen kan hanteras direkt med händerna då inga farliga ämnen används med denna pulverteknik.

Det sista momentet är att doppa det 3D-utskrivna bältesspännet i ett lim för sluthärdning. Här använder vi vanligt Cyanoakrylat (snabblim). Det tränger bra in i objektet och gör att man får klara och skarpa färger på ytan. Gipspulvret har ett inbyggt lim vilket gör det även möjligt att sluthärda modeller genom att bespruta dem med saltvatten, om man inte har tillgång till snabblim. Det går även bra att infiltrera modeller med epoxy, vax, fernissa eller andra ämnen man vill testa.

Här ser vi resultatet! Till vänster i bilden är originalet och till höger ser vi den 3D-skannande och 3D-utskrivna kopian av vikingabältesspännet.

Sammanfattning

Projektet visar att det är möjligt att skapa kopior av unika föremål i 3D. Med hjälp av den portabla Handyscan VIUscan 3D-laserskanner och 3D Systems – ProJet 660 Pro 3D-skrivarens hastighet och färgfunktion, kunde ett utmärkt och kostnadseffektivt resultat skapas.

Fakta om 3D-utskriften av bältesspännet

Utskriftstid: 33 minuter
Objektets volym: 3,95 kubikcentimeter
Efterhanteringstid:
- Framtagning från utskriftsbädden: 2 minuter
- Pulverblåsning: 2 minuter
- Limning: 3 minuter
- Slutlig torktid för limmet: 5 minuter
Materialkostnad: 3,95 kubikcentimeter x 2,5 SEK = 10 SEK

Digital och fysisk distribution av unika föremål

Att skapa 3D-filer av verkliga föremål och skriva ut dem på 3D-skrivare ger bl.a. följande fördelar:

Arkivering, dokumentation och ”säkerhetskopiering” av sällsynta och värdefulla föremål
3D-filer kan visas inbäddade i hemsidor där virtuella museiutställningar kan äga rum
3D-versioner av museiföremål kan lätt distribueras digitalt över hela världen till allmänheten men även mellan forskare och arkeologer. De lämpar sig också som utbildningsmaterial till elever, t.ex. inom arkeologin som i vårt fall.
3D-utskrivna kopior av föremål kan användas för publika utställningar utan risk för att originalen skadas
3D-utskrivna kopior av föremål kan läggas fram i utställningar så att allmänheten och framför allt synskadade får tillfälle att vidröra föremål som annars inte får beröras, fotograferas eller löper risk för att skadas
3D-utskrivna kopior av föremål kan masstillverkas och distribueras och säljas till museibesökare och intresseföreningar för spridning av kultur samt som del i finansiering av museiverksamheten
3D-utskrivna föremål ger möjlighet för handgriplig och oöm utvärdering och testning av arkeologiska föremåls avsedda funktioner
Digitala och 3D-utskrivna antika föremål kan bidra till en nya upplevelser på museer och förnya intresset för besökare

Ladda hem 3D-modellen

Vi bjuder på 3D-modellen av vikingabältesspännet som kan laddas ner från denna länk. Filen innehåller det högupplösta meshobjektet som COLLADA-filformat och även filen som kan skrivas ut direkt på en 3D Systems – ProJet 660 Pro.

Om Creaforms Handyscan 3D VIUscan

Laserskannern tillverkas av det kanadensiska företaget Creaform som specialiserat sig på utveckling av avancerade och portabla handhållna laserskannerutrustningar. Modellen VIUscan utmärker sig genom att den, förutom noggrann 3D-skanning av ytan , även kan fånga föremålens ytfärg och spara det till en pixelbild som textur. Vi är återförsäljare av Creaforms produktsortiment. Läs mer om 3D-skannern på denna länk eller kontakta oss för mer information.

Om 3D Systems ProJet 660 Pro

3D-skrivaren är bland de största, snabbaste och mest kapabla 3D-skrivarmodellen från 3D Systems. Den utmärker sig för sin automatiserade utskriftsprocess, färgutskrifter samt kostnadseffektiva utskrifter.