Гора пластика. Итог: рожки и клюв 

Идея сделать реплику черепа молодой особи трайка пришла в голову внезапно. Это не первая реплика черепа динозавра, сделанная мной, и я заметил, что, в рядах моих изделий нет черепов травоядных динозавров. Мне захотелось исправить это упущение. Тем более что трицератопс, на мой взгляд, очень необычный динозавр, с выдающейся внешностью и внушительными размерами.

Автор сообщества Фанерозой: мастер по костям Kesh Corvus
Редактор: руководитель проекта Фанерозой, биолог Ефимов Самир
Художники сообщества Фанерозой: Мухаммад Ходжимуратов и Наталья Смирнова

Спилберг и тот самый больной трицератопс из нашего любимого фильма, 1993 года

Неудивительно, что именно он, наряду с другими популярными динозаврами, появляется во многих фильмах, компьютерных играх, а также в книгах. Соответственно, мой выбор пал на него. Единственная загвоздка была в том, что череп взрослой особи сделать было бы очень сложно. Конечно, я бы мог взяться за очередной долгострой и, возможно, в будущем сделаю реплику черепа именно взрослой особи, но на такой объём работы просто не было времени.

К тому же я решил, что буду соблюдать масштаб 1: 1, как и с другими черепами, которые уже делал. И потому, идея сделать череп именно детёныша Трицератопса, как мне кажется, была наилучшей. Но прежде чем я перейду непосредственно к технической части, я предлагаю вам ознакомиться с настоящим экспонатом и историей его открытия.

▍ Краткая история открытия.

Самый маленький из черепов трицератопса, UCMP 154452 (индекс окаменелости), был обнаружен в формации Хелл-Крик, в Монтане, опытным полевым сотрудником и коллекционером Харли Дж. Гарбани в 1995 году.

Пахицефалозавр (Pachycephalosaurus wyomingensis) вместе с детёнышем. Художник сообщества Фанерозой Мухаммад Ходжимуратов

Когда Харли наткнулся на этот образец, он сначала определил его как возможного пахицефалозавра, потому что крошечный надбровный рог очень напоминал рога и выступы, украшающие заднюю часть черепов пахицефалозавров, которых ещё называют «куполообразными» динозаврами. Лишь спустя время после обнаружения всех фрагментов черепов, ему стало ясно, что экземпляр принадлежал молодому экземпляру трайка, вероятно, возрастом менее года.

О том, что череп относился именно к детёнышу данного вида, говорили определённые в нём черты (рога, щиток, клюв). Однако были черты и невиданные ранее для трицератопса. Так, череп был очень хрупким, рога маленькие, габариты миниатюрные, при этом сам череп состоял из множества сложных сочленённых частей. Попытка определить, все найденные образцы из множества фрагментов были утомительным и безумно сложным испытанием.


Слева: HJG 1030(индекс места раскопок), место находки черепа, фото Билла Клеменса. Вверху справа: часть полевых заметок Харли Гарбани.


Отрывок из письма Харли Биллу Клеменсу. Он знал, что обнаружил что-то важное, и очень быстро связался со специалистами, чтобы узнать, их мнение. Изображение любезно предоставлено Биллом Клеменсом

Это была своего рода мозаика для взрослых, собрав которую Харли пришёл к выводу, что надо вычеркнуть из идентификации данной находки Пахицефалозавра. Однако, будучи во многом энтузиастом, он всё же до конца не был уверен в правильности своих выводов. Поэтому, чувствуя, что он нашёл нечто очень важное, Харли написал специалистам Марку Гудвину и профессору Биллу Клеменсу в надежде установить истину в видовом определении обнаруженной находки.

Вверху слева: фотография стола с костями черепа маленького трайка, обнаруженного Харли Гарбани. Внизу слева: реконструкция черепа маленького трайка. Фото Дэйва Смита. Справа: помощник директора UCMP и палеонтолог-реконструктор Марк Гудвин, который работает над черепом трицератопса

После переписки со специалистами, в которой фигурировали и изображения с найденным экземпляром, образец наконец-то был окончательно идентифицирован, как детёныш того самого рогатого ящера. Помимо этого, данная находка помогла палеонтологу Гудвину найти почти идентичный изолированный заглазничный или «надбровный» рог из черепа другого детёныша трицератопса в коллекциях музея палеонтологии Калифорнийского университета (UCMP).

Спустя ещё некоторое время после идентификации, череп был препарирован, отформован и отлит так, чтобы его точная реконструкция была доступна для исследования и демонстрации. До сих пор данная находка является самым маленьким черепом трицератопса и, следовательно, самым молодым из известных. Палеонтологи, изучая образцы подобные UCMP, все ещё открывают новые сведения об этом очень популярном динозавре. Таким образом, окаменелости получают известность, ибо они, даже будучи кажущимися незначительными, например, вследствие своей фрагментарности, так или иначе, становятся значимыми, наравне с историей их открытия. Далее я напишу чуть более подробно о ценности этого черепа в рамках науки. Однако если вам интересна только техническая часть, то советую немного пролистать дальше.

▍ Результаты исследований и их выводы.

Открытие самого маленького черепа трицератопса (UCMP 154452) дало новые представления об онтогенезе этих животных на ранних стадиях постэмбрионального развития. Стало ясно, что черепа цератопсидов (Centrosaurinae, а также Chasmosaurinae) с возрастом содержали меньше не сросшихся костей.

Chasmosaurinae (Sierraceratops turneri). Художница сообщества Фанерозой Наталья Смирнова

На самом деле под словом «меньше» я подразумеваю отсутствие у молодых цератопсов окостенения между теменными, чешуйчатыми, заднеглазничными костями, квадратично-скуловой дугой и мозговой оболочкой, а также присутствие ярко выраженных шовных контактов на поверхностях костей, которые у взрослых животных становятся неясными.

Centrosaurinae (Styracosaurus albertensis). Художница сообщества Фанерозой Наталья Смирнова

Кости черепа взрослых особей выглядят более цельными и сросшимися, благодаря чему черепа половозрелых особей являются более крепкими, чем черепа детёнышей. Помимо этого, благодаря возможности задокументировать раннее развитие трицератопса, учёным стало возможно детально рассмотреть изменение морфологии рогов и оборки воротника с возрастом и переоценить их функциональные роли. Так, UCMP 154452 показывает, что краниальный орнамент оборки и заглазничных рогов были не только у взрослых особей. Скорее всего, они возникали у всех представителей этого вида в самом раннем возрасте, а то и раньше. По моему мнению — они вполне могли быть на поздней стадии эмбриогионального развития. Так, или иначе, это намекает нам о том, что в молодой форме рога не могли функционировать в сексуальном проявлении животного, т.е. у трицератопсов ярко выраженного диморфизма не было. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что функция рогов и оборок цератопсидов была потенциально важна больше для визуальной коммуникации и распознавания видов, чем для демонстрации.

Пара Трицератопсов (Triceratops horrosus) лениво проводят время в болоте. Художник сообщества Фанерозой Мухаммад Ходжимуратов

Хотя некоторые особенности UCMP 154452 предполагают или имитируют состояния взрослых особей, некоторые особенности черепной коробки воспроизводят ювенильную и взрослую стадии более базальных неоцератопсов, что, в свою очередь, позволяет экстраполировать эти данные и на других цератопсов.

▍ Техническая часть...

Теперь приступаем к реализации идеи. Так как изготовление черепа я решил выполнить с помощью 3d печати, соответственно, мне нужна была модель. И изначально было очень много проблем. Одна из них заключалась в том, что в открытом доступе нет ни скана реконструкции, ни отдельных фрагментов черепа, на основе которой и делали реконструкцию. Отсканированные фрагменты никто не выложил в общий доступ, и приобрести их мне было довольно сложно. Также хочу уточнить, что и скан окаменелости — это не совсем привычная нам всем 3d модель для печати в формате stl или obj.

Даже с помощью сверх точного Artec Space Spider 3D не получилось сделать абсолютно идеальную модель черепа взрослой особи трицератопса и всё равно требуется ручная доработка

Отсканированные модели обычно имеют дыры в сетке, «висячие» вершины и полигональные куски, отстающие от основной части. К тому же даже лазерное сканирование порой не всегда точно передаёт рельеф или искажает пропорции, и многие детали приходится потом исправлять в программах редакторах. Ещё более наглядно всю кривость моделей показывает netfabb (подробнее о нём скажу позже).

Всё, что выделено красным — ошибки сканирования. О чём нас и уведомляет программа восклицательным знаком

К сожалению, скан не всегда редактируется человеком, поскольку важно оставить всё точно так же, как и в оригинальной фоссилии. Соответственно, все пропуски лазера, области без сетки и нарушения нормалей остаются как есть в файле.

Не видите пальца? А он таки есть. Наглядный пример пропуска от сканирующего лазера!

Однако, при этом скан анатомически намного точнее, чем модель, просто сделанная вручную и без эскизов. Подчеркну также и то, что файлы со сканами, наподобие скана выше, 3d печатникам, не найти на привычных сайтах

Процесс сканирования черепа трицератопса. www.artec3d.com/ru/cases/triceratops-skull-3d-scanned-with-artec-leo

На thingerverse, myminifactory, yeggi их просто не будет. Обычно, если вы нашли там что-то подобное, то, скорее всего, это ремикс оригинала (человек сделал правки в модели). Но, допустим, сканы черепов и костей ныне существующих животных, там вполне можно найти. Однако, насколько они интересны палеонтологам — вопрос спорный.


Оригинальная реконструкция черепа детёныша трицератопса

В общем, я уже решил сам начать моделировать череп в zbrush по некоторым фрагментам скана, пусть и очень плохого качества, которые мне всё-таки удалось нарыть. Также мне согласились помочь с консультациями палеонтологи. Да и палеонтологические эскизы черепа тоже были. Грубо говоря, я хотел начать делать точную 3D модель практически с нуля. Однако мне очень повезло не мучиться с созданием таковой, и я сэкономил кучу времени. Как оказалось, не я один заморочился такой идеей и как-то, просматривая платные 3d модели на сайте cults3d, я наткнулся на качественную модель именно этого черепа. Недолго думая и бегло просмотрев скрины, я сразу решил её купить с лицензией под коммерцию.


Автор модели Inhuman_species. Модель черепа детёныша трицератопса, редактируемая мной в zbrush

Сама модель довольно качественная и проработанная. Грамотно поделена на части, для удобной печати на принтерах с небольшой рабочей площадью.


Однако отличия всё же были по сравнению с оригиналом. Незначительные, конечно, но если мы говорим не о красивой безделушке на полке, а именно о реконструкции реального экспоната, который имеет научную ценность, то нужно, чтобы изделие было максимально приближенно к оригиналу, поэтому нужно было делать правки. Так, самая простая задача была скорректировать размеры модели под оригинальный череп. Это можно делать прям в слайсере для 3d печати, увеличивая или уменьшая масштаб всех деталей до нужного значения. Я в основном пользуюсь Simplify3d

Справа посередине «Change scale» выделил синим

Однако многие пользователи предпочитают слайсер Cura. Но не будем подробно останавливаться на этом, ведь вся остальная работа происходила в zbrush и netfabb. Итак, сама модель была сделана довольно чётко даже с точки зрения анатомии, а моя задача в основном состояла в том, чтобы подкорректировать изгибы черепа и выпуклости в соответствии с палеонтологическими эскизами.

Собственно, сам эскиз, на котором показано сравнение черепа молодой особи на фоне черепа взрослой

Также хочу отметить, что оригинальная реконструкция не имеет внутреннего строения, поскольку всё внутри забилось породой (фото выше). Модель же такого недостатка не имеет. Однако в ней тоже нужно было делать небольшие правки. Так, я немного переделал фактуру кости и изменил в ней стыки и трещины. В завершение нужно было сделать отверстия под штифты в местах состыковки нижней челюсти к черепу. Это я сделал для того, чтобы челюсть не выпадала, хорошо фиксировалась на своём месте, а также была съёмной. После всех фиксов в zbrush нужно было прогнать весь череп в netfabb.

Правая часть нижней челюсти загруженная в netfabb

Объясню, для чего я это сделал. Данная программа через автофикс (лечение) уберёт многие проблемы самой модели(полигоны, сетка, нормали), если таковые проблемы имеются, а так как я редактировал модель, это нужно было сделать обязательно. Также она довольна удобна для простого редактирования и конвертирования моделей в другие форматы. Модели под печать довольно требовательны к качеству исполнения, особенно если это касается фотополимерных принтеров. Однако я буду использовать технологию FDM или, грубо говоря, принтер с послойным наплавлением пластиковой нити.

▍Почему именно FDM?

• Объект довольно большой.
• Цена на материалы существенно отличается.
• Такой объём напечатается быстрее на FDM, нежели на SLA.
• Изделие не будет хрупким.

Но хочу добавить, то, что, печатая технологией FDM, мы теряем в детализации по сравнению с фотополимерным принтером. Поэтому после печати будет много ручной обработки. А теперь перейдём непосредственно к самой печати. Так как нужные мне размеры я уже выставил, осталось только сделать слайсинг всех частей черепа, выставить поддержки и закинуть на печать.

В принтер нельзя закинуть модель напрямую, чтобы её напечатать. Он её просто не распознаёт. Для этого модель в формате stl или obj подготавливают в программах слайсерах, таких, как Simplify3d и Cura. Почему их называют слайсерами?

Если простым языком, то данные программы преобразовывают модель на слои в виде кода для принтера. Это происходит потому, что fdm принтер не видит полигоны, сетку и другие особенности модели. Принтер воспринимает только набор команд для микроконтроллера платы, и тот уже задаёт порядок движений шаговых двигателей, температуру экструдера и стола. Такой формат файла для fdm 3d печати обычно называется Gcode.

▍Gcode через Simplify3d:

▍Немного о моих рабочих лошадках

Печать осуществлялась на двух принтерах из имеющихся четырёх. (один из них — фотополимерный). AnetA2 и мой самый первый принтер, который можно назвать кастомным, который я собрал сам из разных комплектующих с большой областью печати.


AnetA2


Кастомный 3D-принтер на плате MKS Gen L

В целом, сейчас, можно сказать, что эти, мои два принтера — два старичка, тем не менее они со своей работой справляются прекрасно.

▍Настройки 3D принтеров.

Профили настроек для печати сделал в целом одинаковые, кроме параметров рабочей площади принтеров и температуры экструдера. Эти параметры выставляются уже индивидуально для каждого принтера.

Допустим, кастомный идеально печатает abs пластиком на температуре сопла 230°, а вот anetА2 на 220°. Сопла на обоих 0.4, слой 0.2. однако слой можно было сделать и меньше. Но в нашем случае не будет очень мелких деталей при таких габаритах, тем более после ручной и хим. обработки, очень мелкая детализация может просто замылиться. Печатал пластиком ABS, считаю, что для данной задачи он подойдёт лучше, чем другие типы пластиков. Он, конечно, капризен в печати, особенно без закрытой камеры, но я уже успел подружиться с этим пластиком, и мы нашли общий язык. В общей сумме печать на двух принтерах составила около 38 часов. Конечно, время печати зависит от величины слоя, настроек, скорости печати принтера и количества деталей, расположенных на столе за один сеанс печати. Поэтому эти параметры всегда варьируются.

Итак, собственно, вот что мы получаем после работы принтера и отделения поддержек от деталей:

1. Часть черепа с носовым рогом:


2. Части черепа с нижней и верхней челюстью:


А вот теперь начинается сложный перечень работ. Все детали нужно шлифовать, иначе на изделии останутся полосы от слоёв, и изделие будет выглядеть совсем некрасиво. Однако у нас тут сложная детализация с фактурой кости, и чтобы не стереть её наждачкой и не смазать всё химией, нужно пройти гравёром по всем трещинам и мелким углублениям черепа. После этого уже можно шлифовать наждачкой и далее обрабатывать детали ацетоном. К сожалению, я не делал фото в процессе обработки именно этого черепа. Однако покажу довольно близкий пример обработки другого черепа с похожей детализацией.

Череп детёныша тирекса, на одном из этапов обработки

▍После того как детали обработаны — весь череп нужно собрать и склеить. НО…

Это не так просто, ибо один из очередных минусов — ABS пластика, это большая усадка. Иногда детали просто не совпадают друг с другом, особенно если это точные места креплений. Соответственно, всё это тоже исправляем вручную шлифованием и иногда строительным феном. При сильном нагреве пластик становится пластичным, и в этот момент нужно состыковать детали, далее подождать, пока остынут и после склеить.

Самый лучший клей для ABS пластика — это ABS пластик, только жидкий. И сделать его довольно легко. Для этого я использовал поддержки от напечатанных деталей, которые уже в целом бесполезны. Эти детали я положил в небольшую банку и залил в неё на треть 646 растворитель. На следующие сутки я получил в банке жидкий АBS. Далее наносим его тонким слоем в нужные места и склеиваем детали. Примерно через час он уже схватится, и на следующие сутки деталь не оторвать.

Собственно, та самая банка:


После того как детали склеены, я снова просмотрел весь череп и в некоторых местах повторил шлифование и гравировку. Также обработал места склейки. Далее финишно повторяю хим. обработку.

▍Что из себя представляет химическая обработка?

Обычно мои коллеги делают так называемую ацетоновую баню. Конструкции делают разные, но смысл один и тот же — обработка парами ацетона в закрытой камере. Для мелких деталей, самый обычный способ — это наполнить полулитровую банку или контейнер на 1-2см ацетоном или 646 растворителем и над жидкостью подвесить изделие так, чтобы с ацетоном деталь не соприкасалась. Далее проложить изнутри салфетками стенки банки, закрыть крышкой и поставить в тёплое место. Ацетон быстро начинает испаряться. Тем самым салфетки, пропитанные ацетоном, дают равномерное испарение, и происходит как бы химическое оплавление детали парами.

Вот пример:

Фото взято с rec3d. ru

Также есть и готовые решения, которые можно приобрести на торговых площадках. Они имеют перечень настроек, принудительный подогрев и регулировку температуры, вентиляцию. Но опять же, смысл один и тот же, добиться гладкой, глянцевой поверхности. Однако такое решение в моём случае не подходит, так как мне нужна фактура кости. Тем более после такой обработки детализация становится мыльной.

Вот пример обработки напечатанного черепа с помощью ацетоновой бани:


Поэтому чтобы контролировать этот процесс, хим. обработку я тоже делаю вручную. Тут всё просто. Надеваю латексные перчатки и с помощью кисти или ватных дисков, пропитанных ацетоном, аккуратно обрабатываю весь череп, пока не получу нужный результат. Также приходится работать в респираторе и в хорошо проветриваемом помещении, иначе можно быстро выплюнуть лёгкие.

Последнее, что нужно сделать, это поставить металлические штифты в места состыковки нижней челюсти с верхней. Для этого я использовал стальной прут диаметром 3мм, напилил гравёром нужные отрезки, закруглил места спила тем же отрезным диском, которым пилил, далее вклеил их в нужные места. В итоге вся ручная и хим. обработка, склейка и подгонка деталей в общей сумме заняла около 22часов.

▍Следующий этап — грунтование и покраска.

Тут ничего сложного. Я использую грунт в баллоне. Нанёс и жду, пока высохнет. По-хорошему ждать около суток, после этого приступаю к росписи изделия.


Сразу скажу, что и тут я работаю вручную, не использую аэрограф и работаю исключительно кистью. По технике росписи особо говорить ничего не буду, весь подход индивидуален, скажу лишь то, что заняло это около 4 дней, так как работа поэтапная, нужно ждать, когда высохнет каждый слой, прежде чем наносить новый. Только после завершения базового цвета, я приступаю к теням и высветлению определённых участков. Роспись черепа производилась художественными акриловыми красками.


Собственно, вот один из вариантов, пока что без лака. В светлых оттенках. В целом это уже финишная прямая. Осталось только нанести лак для того, чтобы краска была устойчивой к влаге и прикосновению рук. Я использовал акриловый матовый лак в баллоне и в целом готов показать вам финишный результат:


На фото видно, что лак даёт неестественный блеск. Однако это только потому, что он свежий, хоть и полностью высох. Примерно через месяц блеск полностью исчезнет и появится довольно натуральный цвет.

Это второй череп, но уже в тёмных цветах, приближённых к оригиналу

А вот так, скорее всего, малыши трицератопса делили бы свой завтрак

В общем, то, это был весь процесс создания реконструкции черепа детёныша трицератопса. Если у вас есть вопросы ко мне по статье или вы просто хотите выразить своё мнение, то я буду рад ответить вам в комментариях. Также, если вам понравился этот череп, то оставляю здесь ссылку на нашу группу во вк и ссылку на свою мастерскую "Nessitera | Bones Factory", в которой можно найти все остальные мои работы. Всего доброго, оставайтесь с нами, впереди ещё много всего интересного!