Az alábbi összefoglaló Falk György et al.: Szent László koponyájának háromdimenziós nyomtatott másolata, in: Kristóf Lilla Alida, Lukácsi Zoltán, Patonay Lajos (szerk.): Szent király, Lovagkirály. A Szent László-herma és a koponyaereklye vizsgálatai. Győri Hittudományi Főiskola, Győr, 2017.  136-141. pp. tanulmány alapján, valamint a kötet bevezetőjének szerkesztői gondolataiból készült (10-13. oldal).

2017. Szent László éve. A Lovagkirály trónra lépésének 940. és szentté avatásának 825. jubileumi évében tudományos szempontból felbecsülhetetlen értékű könyv született, amely Szent László relikviáinak vizsgálatát mutatja be. A Győri Székesegyházban őrzött hermát a legmodernebb természettudományi eszközökkel vetették vizsgálat alá. A kutatás tudománytörténeti jelentőségét érzékelteti, hogy utoljára 150 éve vizsgálták a koponyát, amelyről akkor csak állapotleírás készült, így a mostani interdiszciplináris vizsgálathoz mindenki első szóra és nagy lelkesedéssel biztosította szaktudását és bocsátotta rendelkezésre a legmodernebb technikákat.

Szent László király hermájának vizsgálata

A kutatás egyik célja az volt, hogy a koponyaereklye alapján megvalósuljanak Szent László király plasztikus és grafikus arcrekonstrukciói. Tekintettel az ereklye felbecsülhetetlen eszmei értékére, fel sem merült a kutatócsoportban, hogy a plasztikus arcrekonstrukcióhoz szükséges gipszlenyomatot vegyenek a koponyáról. Ezért döntöttek a 3D nyomtatás mellett. Ehhez szükség volt, több tudományterület – kiemelten a radiológiai vizsgálatok – összehangolt tevékenységére.

1. kép: Szent László 3D nyomtatással készített koponyarekonstrukciója alulnézetben. Nagy Károly Zsolt felvétele, 2011.

2/a–c. kép: Szent László koponyájáról készült CT-szeletek. CT-felvételek: Horváth Gyuláné, 2011.

3/a–c. kép: Szent László CT-felvételeiből rekonstruált háromdimenziós (3D) koponya több nézetből,*.dicom formátumban. Rekonstrukciók: Kristóf Lilla Alida, 2017.

A *.dicom formátumban rendelkezésre álló több száz CT-felvételt (2–3/a–c. kép) egy megfelelő szoftver segítségével lehet átalakítani ún. *.stl fájlokká, amely formátum alkalmas a 3D nyomtatásra. Az *.stl az ún. Standard Triangle Language meghatározás rövidítése és nemzetközileg elfogadott szabványnak tekinthető, ennek megfelelően a gyakorlatban működő 3D nyomtatók mindegyike ebben a formátumban fogadja a kinyomtatni kívánt térbeli alakzatok adatait. Matematikai megjelenését tekintve ez a formátum a gyakorlatban egy háromszögekből felépülő felületi modellt jelent (4. kép).

4. kép: Szent László virtuális koponyája nyomtatható háromszögelt *.stl formátumban. Rekonstrukció: Falk György, 2011.

A múmiákon elvégezhető hagyományos alaktani és metrikus kutatások korlátozottak, mivel a testet és a koponyát borító kiszáradt lágyrész-maradványok megakadályozzák a közvetlen vizsgálatokat. Ezért a szokásos morfológiai és metrikus adatok rögzítéséhez CT-felvételekre van szükség. A CT-felvételeken – mind a szeleteken, mind a 3D rekonstrukciókon – akár tizedmilliméter pontossággal mérhetők a kívánt részek, ehhez viszont szükség van a radiológiában használt speciális programra. De nemcsak a felvételek szolgáltatják a fontos mérési pontokat, hanem – mint jelen esetben is – a CT-adatokból létrehozható koponya háromdimenziós adathalmaza, amely már alkalmas a koponya fizikai kinyomtatására, másolatának elkészítésére. A CT-adatok alapján történő reprodukálás pontos megoldás, és használatának nagy előnye, hogy kézzelfoghatóvá válik a koponya másolata, ami egyben alkalmas plasztikus vagy grafikus arcrekonstrukció készítésére is.

Koponyamásolat nyomtatása PolyJet eljárással

Ez a technológia az összes eddig ismert RP-technológia* előnyeit egyesíti, illetve kiküszöböli kedvezőtlen tulajdonságaikat. Az eljárást az Objet Geometries** dolgozta ki, és PolyJet néven szabadalmaztatta. Ez a módszer ötvözi a sztereolitográfiai eljárás*** (SLA) kiváló anyagait, illetve a 3D nyomtatás építkezési módszerét. A PolyJet technika tulajdonképpen egy speciális három-dimenziós nyomtatás, amelynek lényege, hogy a rétegről-rétegre történő építkezést közvetlenül a tintasugaras nyomtatófej biztosítja. Az alapanyag ebben az esetben fényérzékeny műgyanta (foto polimer, mint az SLA eljárásnál), amelynek térhálósodását egy UV-tartományban sugárzó fényforrás biztosítja. Ez a megoldás jóval olcsóbb és gyorsabb, mint az SLA-nál használt költséges lézeres szilárdítás; a 3D nyomtatás port és ragasztót használó módszerénél pedig pontosabb és magasabb szilárdsági paraméterekkel jellemezhető modellek gyártását teszi lehetővé.

A PolyJet eljárás talán legfontosabb jellemzője az alkalmazható ultravékonyságú rétegvastagság: 16 μm (0,016 mm). (Jelenleg ez a világon az egyik legkisebb rétegvastagságú műanyag jellegű alapanyagból építkező RP-eljárás.)  Ez nagyon fontos szempont akkor, ha finom részletekkel vagy vékony falvastagsággal bíró modellt akarunk készíteni, például egy koponyamásolatot. Az eljárás finomságára utal az is, hogy a legkisebb függőlegesen építhető falvastagság 0,6 mm. A teljes modellre vonatkozó pontosság jellemző mértéke +/− 0,05 mm, ami sokkal kedvezőbb érték, mint a többi RP-eljárás esetében.

5. kép. Szent László 3D nyomtatással készített koponyarekonstrukciója a 3D nyomtató munkaterében. Nagy Károly Zsolt felvétele, 2011.

A PolyJet eljárás során a sárga színű alapanyag térbeli alátámasztásához a fehér színű támaszanyag kinyomtatása is szükséges, ugyanis másképpen nem lehet a műgyantacseppeket pozícióban tartani a levegőben. A támaszték tervezését a vezérlés az előre felszeletelt 3D-s modell alapján oldja meg.

6. kép. A 3D nyomtatáshoz szükséges támaszanyag eltávolítása Szent László 3D nyomtatással készített koponyarekonstrukciójából. Nagy Károly Zsolt felvétele, 2011.

A nyomtatást követően (5. kép) a támaszanyag manuális igazítása, lazítása történik (6. kép), majd nagynyomású vízsugárral távolítható el véglegesen a támaszanyag (7. kép).

7. kép. Szent László 3D nyomtatással készített koponyarekonstrukciójának tisztítása nagynyomású mosóberendezéssel. Nagy Károly Zsolt felvétele, 2011.

Nyomtatásra került a Dr. Patonay Lajos által rekonstruált állkapocs (mandibula) is. A teljes koponya alapján készültek el Szent László lovagkirály plasztikus és grafikus arcrekonstrukciói, előbbi Kustár Ágnes, antropológus, utóbbi Kőnig Frigyes, festő- és grafikusművész valamint tanítványai alkotása.

Szerzők és jogok

A cikk a SZENT KIRÁLY, LOVAGKIRÁLY, A SZENT LÁSZLÓ - HERMA ÉS A KOPONYAEREKLYE VIZSGÁLATAI című könyvben jelent meg 2017-ben a Győri Hittudományi Főiskola gondozásában, melyet Kristóf Lilla Alida, Lukácsi Zoltán és Patonay Lajos szerkesztett. A PolyJet eljárással készített koponyamásolat a VARINEX Informatikai Zrt. felajánlásának köszönhetően jött létre. A 3D nyomtatás technológiai alkalmazását Falk György, a VARINEX Zrt. elnöke ismertette. A koponyamásolat jelenleg Győrött található.

Blogbejegyzésünk a könyv szerzőinek jóváhagyásával jelent meg. Jelen írásunk csak változatlan formában, a szerzők feltüntetésével, és a közölt információk változatlanul hagyása mellett jelenhet meg más sajtóorgánumokban, mivel tilos a kötetet vagy annak bármely részletét bármilyen formában és eszközzel engedély nélkül reprodukálni, rögzíteni vagy közölni.

Megjegyzés: 

* Az RP- technológia jelentése: Rapid Prototyping, azaz gyors prototípus gyártás.

** Az Objet Geometries izraeli cég pár éve egyesült az amerikai Stratasys céggel, és napjainkban Stratasys néven fejleszti és forgalmazza ezt a modern háromdimenziós nyomtatási technológiát.

*** A sztereolitográfiai eljárás (SLA) fényérzékeny epoxigyantát szilárdít lézersugár segítségével. A hasonló eljárások közül a rétegeltdarab-gyártás (LOM) a lézersugár energiáját használja fel az egymásra épülő papírszeletek pontos kontúrjainak kivágására, míg a szelektív lézeres szinterezés (SLS) során különböző anyagú porszemcsék kerülnek rétegenként összeolvasztásra, szintén a lézer energiájával. 

3D NYOMTATÁS VARINEX