Kontakt
+49 7181 9222-0 teilefabrik@alphacam.de UNVERBINDLICHE ANFRAGE
Startseite ATKundenstorysAnwendungsbereicheForschung
Mehrschichtige Modellierung

3D-Druck der Krokodilkopfhaut

Schuppenmuster auf dem Kopf eines Nilkrokodils

Bei Wirbeltieren entstehen Hautanhangsgebilde wie Schuppen, Haare oder Federn in der Regel als genetisch gesteuerte Einheiten. Ihre räumliche Anordnung wird während der Embryonalentwicklung durch ein genregulatorisches Netzwerk aus Signalmolekülen festgelegt. Die Schuppenmusterung auf dem Kopf von Krokodilen stellt jedoch eine bemerkenswerte Ausnahme dar: Sie scheint nicht genetisch, sondern durch einen mechanischen Prozess zu entstehen, dessen genaue Ursachen lange unklar waren.

Dieses Rätsel konnte Michel Milinkovitch gemeinsam mit seinem Team vom Labor für künstliche und natürliche Evolution (LANE) lösen. Ausgehend von Embryonen des Nilkrokodils entwickelten die Forschenden ein 3D-Modell der Kopfmusterung und entdeckten, dass die Schuppenränder aus Hautfalten hervorgehen, die sich durch mechanische Druckfaltung selbst organisieren. Diese Spannung entsteht, weil die beiden Hautschichten unterschiedlich steif sind und schneller wachsen als das darunterliegende Gewebe.

Innenansicht Schuppenmuster transparent-gedruckter Krokodilkopf

Mehrschichtige Modellierung

In der Studie wurden modernste Experimente, hochauflösende Mikroskopie und Computersimulationen kombiniert, um das Rätsel der mechanisch regulierten Schuppen zu lösen, die das Gesicht von Krokodilen bedecken. Um ein Computermodell der Musterbildung der Kopfschuppen zu entwickeln, kam zunächst Light-Sheet-Mikroskopie zum Einsatz. Damit konnten die verschiedenen Gewebeschichten im Kiefer des Krokodil-Embryos – Epidermis, Dermis und Knochen – im Detail rekonstruiert werden. Zusätzlich machte die Fast-Green-Färbemethode die Orientierung und Verteilung der Kollagenfasern in der Haut sichtbar.

Auf dieser Grundlage entstand ein Computermodell, welches Sie in unten verlinkten Kurzfilm auf YouTube sehen können. Ergänzend dazu wurde ein großformatiger 3D-Druck aus verschiedenen Materialien erstellt, der die komplexen Strukturen physisch greifbar macht.

Ein solches 3D-Modell bietet mehrere Vorteile: Für Vorträge ermöglicht es eine anschaulichere Darstellung als eine reine Projektion der digitalen Simulation. Zudem kann bei 3D-Visualisierungen leicht der Eindruck entstehen, dass sich bestimmte Elemente berühren, obwohl dies nicht der Fall ist. Das gedruckte Modell schafft hier Klarheit und vermittelt einen unverzerrten räumlichen Eindruck der verschiedenen Gewebeschichten.

Sehen Sie das Video auf YouTube
From 3D Modelling to 3D Printing - The Movie
The LANE channel
Die Mechanik der Musterbildung von Krokodilkopfschuppen

3D-gedruckter Kopf

Transparenz enthüllt verborgene Strukturen

Epidermis Braun, Dermis Pink, Sinnesorgane Orange

Knochen Weiß, Kollagenfasern Blau

Projektdaten 3D-Druck

Das Modell wurde mit einem Stratasys PolyJet Vollfarb-3D-Drucker hergestellt. Dank seiner hohen Präzision, der großen Materialvielfalt und der Fähigkeit zum Mehrkomponentendruck – also dem gleichzeitigen Drucken farbiger, gummiartiger und/oder transparenter Elemente – lassen sich Modelle erzeugen, die dem Original äußerst detailgetreu entsprechen.

Die Transparenz des Modells ermöglicht dabei einen Blick auf die verborgenen Strukturen. Dies wird durch den Einsatz des transparenten Materials VeroClear ermöglicht.

Durch die feine Druckauflösung und dem Vollfarbdruck lassen sich das Schuppenmuster der Haut auf dem Krokodilkopf sowie der Aufbau der einzelnen Strukturen perfekt im Modell abbilden. Mit dem Stratasys PolyJet-Vollfarbdrucker können in einem einzigen Druckvorgang unterschiedliche Elemente wie Epidermis, Knochen, Sinnenorgane usw. farblich differenziert dargestellt werden.

Details
  • Größe: 280 x 230 x 200 mm
  • Material: Vero-Familie
  • Gewicht: 5,2 kg
  • Auflösung: < 0,1 mm

VeroClear und VeroUltraClear sind starre, nahezu farblose PolyJet™-Materialien mit hoher Grundtransparenz und herausragender Formstabilität und bieten die Möglichkeit, mit anderen Materialien für eine Reihe von Trübungen, Farbtönen und Härten gemischt zu werden.

Contact us

alphacam austria GmbH
Handelskai 92
Gate1 / 2. OG / Top A
1200 Wien

+43 (0) 1 36 19 600 - 0
info@alphacam.at

alphacam Newsletter

Möchten Sie immer auf dem Laufenden bleiben und als Erster über unsere neuesten Angebote, Aktionen und Events informiert werden? Dann melden Sie sich jetzt für unseren Newsletter an!

 

Senden