It started with a savage act, but thanks to animal welfare advocates, a group of dedicated specialists, and leading-edge 3D technologies, a young Costa Rican toucan has become a national symbol of perseverance and hope.

Der Tukan mit Namen Grecia (benannt nach der Region seiner Herkunft) war von Jugendlichen gequält worden und hatte praktisch den gesamten oberen Teil seines majestätischen Schnabels verloren. Zum Glück wurde der verletzte Vogel gefunden und zur Behandlung und Pflege in den nahegelegenen Zoo Ave gebracht. Der Zoo Ave ist Mittelamerikas größtes Tierrettungszentrum.

Der Angriff auf Grecia erweckte großes Medieninteresse, löste Proteste aus und führte in Costa Rica letztendlich auch zu einer Verbesserung der rechtlichen Stellung von Tieren. Im Rahmen einer Crowdfunding-Kampagne wurden mehr als 10.000 US-Dollar für die Behandlung von Grecia gesammelt. 

Wie man einen Tukan scannt

Grecia’s story got the attention of Grupo SG in San José, Costa Rica. As a distributor of 3D Systems products, Grupo SG was in a position to offer a complete chain of 3D solutions─from scanning to modeling to printing─to help the toucan’s return to health.

Grupo SG, with a team headed by Thomas Lange and Karley Fu, provided technical expertise and connected regional specialists in industrial design, dentistry, nanotechnology and zoology to 3D Systems’ worldwide 3D technology resources.

After giving time for the remaining part of the toucan’s top beak to harden, Grupo SG used an Artec Spider 3D scanner to capture dimensions and features from Grecia’s beak and surrounding areas. The toucan needed to be awake during the process.

“Scanning a live toucan without anesthesia was difficult,” says Esteban Murillo, Sales Representative for Grupo SG. “We made two or three different scans to make sure we had all the data we needed. The toucan stayed very still but the clock was ticking.”

Um weitere Daten zu gewinnen, scannte Grupo SG auch den unbeschädigten Schnabel eines toten Tukans.

3D Systems’ Geomagic® Wrap® software was used to process and modify 3D scan data into 3D models. Geomagic Control™ software, typically used for 3D inspection of industrial products, was used to obtain measurements and analyze geometry.

Modellierung des neuen Schnabels

Grupo SG leitete Fotos, Dokumente, Scan-Dateien und Anforderungen an Youngkwan Joo, einen Experten für 3D Reverse-Engineering vom Modellierungsteam von 3D Systems in Seoul (Südkorea), weiter.

Joo worked with two sets of data: One from the scanning of Grecia’s broken beak and the other from the whole beak of the dead toucan. His first step was designing a well-fitted beak for Grecia using Geomagic Freeform® software from 3D Systems.

Geomagic Freeform enables users to sculpt virtual clay models into organically shaped precision forms. The solution includes a Geomagic® Touch™ X haptic device – a true 3D interface with force feedback to make design as intuitive as working in real clay.

Joo brought the models from Geomagic Freeform into Geomagic Design™ X, the ideal solution for converting 3D-scanned mesh data into CAD models. Geomagic Design X offers automatic and guided solid model extraction, exact surface fitting to organic 3D scans, and mesh editing and point-cloud processing for manufacturing-ready designs.

Nach der Modellierung des Schnabels entwarf Joo einen Aufsatz zur Befestigung der Schnabelprothese an den Resten von Grecias Oberschnabel. Dieser Aufsatz wurde so gestaltet, dass die Schnabelprothese zur Reinigung entfernt werden kann. Zudem wird zu einem späteren Zeitpunkt ein größerer Schnabel eingesetzt werden müssen, weil Grecia noch nicht ausgewachsen ist.

Nach Joos Angaben dauerte der Konstruktionsvorgang zwar insgesamt mehr als zwei Monate, doch die eigentliche Arbeit zum Erstellen mehrerer Versionen des Schnabels mit jeweils kleinen Änderungen habe nur knapp ein Dutzend Stunden in Anspruch genommen.

„Dank der Verwendung des leistungsfähigen Geomagic Design X zur parametrischen Modellierung haben wir eine Menge Zeit gespart“, meint Joo. „Die Befehle in Design X eignen sich optimal zur schnellen und einfachen Entwicklung exakter und hochwertiger Oberflächen aus Scandaten. So können wir uns die allgemeine CAD-Modellierung für das kreative Gestalten zunutze machen.“

Werkstoffauswahl

An der Fertigung eines künstlichen Schnabels waren außerdem zwei Werkstoffexperten von 3D Systems aus den USA beteiligt: Steve Hanna, Vice President of Global Materials Sales and Marketing aus dem Großraum Seattle, und Khalil Moussa, Senior Director of R&D für Werkstoffe und Prozesse in der Hauptniederlassung von 3D Systems in Rock Hill im Bundesstaat South Carolina.

Hanna and Moussa studied the characteristics of real toucan beaks and load factors provided by the experts in Costa Rica and made recommendations on printers and materials.
Grupo SG and Moussa experimented with CubePro Nylon material for the initial prototypes and settled on Duraform PA for the final version. Duraform PA, a robust nylon material, was chosen for its strength and durability qualities that match Grecia’s needs for preening, drinking and eating.

Der finale Druck erfolgte in Rock Hill auf einem 3D Systems ProX™ 500 SLS-Drucker. Dieser basiert auf dem Prinzip des selektiven Lasersinterns und ist für die außerordentliche Qualität der gefertigten Teile und deren hohe Genauigkeit, Haltbarkeit und Wertigkeit bekannt. Mit ProX 500 und Duraform PA gefertigte Werkstücke werden häufig in der Raumfahrt und für bioverträgliche medizinische Geräte eingesetzt.

“Second chance for life”

Die mit dem 3D Drucker erstellte Kombination aus Aufsatz und Schnabelprothese wurde dann nach Costa Rica geschickt, damit Grecia operiert werden konnte. Der Aufsatz wurde mit Epoxidkleber am Schnabelrest des Vogels befestigt und die Prothese dann mit einem Bolzengelenk arretiert. Die Pfleger beschlossen, den Schnabel nicht zu bemalen – zur Erinnerung an Grecias Tragödie und deren glückliches Ende.

Grecia gewöhnte sich sehr schnell an die Schnabelprothese. Schon nach wenigen Tagen begann er, sich das Gefieder zu putzen und ganz normal zu fressen und zu trinken. Und wenn man den Berichten aus dem Zoo Ave glauben schenken darf, hat die Prothese auch seinen Gesangsfähigkeiten gut getan.
Für Grupo SG ist die Schnabelprothese nicht nur ein technologisches Statement, sondern eine Quelle des Nationalstolzes.

“The voice of the Costa Rican nation was raised loudly and clearly and we have the privilege of being part of this team that provided a second chance for life to this beautiful sentient being,” says Karley Fu. “A team of great humans and gifted professionals executed a never-seen-before act of love in collaboration with the latest 3D technologies.”