COMPARISONS OF FIDELITY IN THE DIGITIZATION AND 3D
PRINTING OF VERTEBRATE FOSSILS

Joseph E. Peterson^1* and Mark L. Krippner¹

  1 - Department of Geology, University of Wisconsin Oshkosh, 800 Algoma Blvd, Oshkosh, WI 54901, USA
* Corresponding author. Email: petersoj@uwosh.edu

ABSTRACT

3D surface digitization and 3D printing have increased in vertebrate paleontological research, teaching, and outreach as resolution increases and startup costs decrease. While the lowered cost and increased options for entry-level commercial printing and digitization units have led to their implementation in many research laboratories and classrooms, the question of fidelity and accuracy for their use as research and teaching aides has not been fully investigated. This study explores the quality of digitization and resolution of 3D printed specimens in quantitative terms to determine whether entry-level digitization and 3D printing units are feasible for the needs of most vertebrate paleontologists and educators. In order to test the fidelity of these techniques, resin casts of a Tyrannosaurus rex tooth and crocodilian osteoderm were digitized using two different techniques: white-light structured scanning and laser-texture scanning. Each resulting stereolithographic digital model was compared and statistically tested (p < 0.05) for significant differences in morphology based on point cloud volume and average triangle surfaces. Furthermore, the resulting digital models were printed on two commercial-grade fused deposition modeling printers. The resulting printed models were also compared and statistically tested (p < 0.05) for significant differences in shape and morphology. The results of this study suggest that while differences in digitization methods and 3D printed models do exist, they are virtually indistinguishable. However, observed differences were exacerbated by morphological variations of the original object; flat-shaped to tabular objects showed the greatest variability among digitization techniques. As such, even low-cost digitization and 3D printing systems are suitable for many paleontological research initiatives as well as the reproduction of high-quality teaching specimens.
 

Keywords: 3D printing, digitization, paleontology

 RESUMO [in Portuguese]

A digitalização 3D de superfície e a impressão 3D aumentaram na investigação de paleontologia de vertebrados, no ensino e na divulgação, à medida que a resolução aumenta e os custos iniciais diminuem. Embora o custo reduzido e o aumento das opções de impressão comercial e unidades de digitalização tenham levado à sua
implementação em muitos laboratórios de investigação e salas de aula, a questão da fidelidade e precisão para o seu uso como auxiliares de pesquisa e ensino ainda não foi totalmente investigada. Este estudo explora a qualidade da digitalização e resolução em espécimes impressos em 3D em termos quantitativos para determinar se a digitalização de nível básico e as unidades de impressão 3D são viáveis para as necessidades da maioria dos paleontólogos e educadores de vertebrados. Para testar a fidelidade destas técnicas, os moldes de resina de um Tyrannosaurus rex tooth e osteoderme de um crocodiliano foram digitalizados usando duas técnicas diferentes: scanning estruturado em luz branca e scanning por textura a laser. Cada modelo digital estereolitográfico resultante foi comparado e testado estatisticamente (p <0,05) para diferenças significativas na morfologia com base no volume de nuvens de pontos e superfícies triangulares médias. Além disso, os modelos digitais resultantes foram impressos em duas impressoras 3D comerciais de modelagem de depósito por fusão. Os modelos impressos resultantes também foram comparados e testados estatisticamente (p <0,05) quanto a diferenças significativas na forma e morfologia. Os resultados deste estudo sugerem que, embora existam diferenças nos métodos de digitalização e nos modelos impressos em 3D, eles são virtualmente indistinguíveis. No entanto, as diferenças observadas foram exacerbadas pelas variações morfológicas do objeto original; objetos de forma plana a tabulares mostraram a maior variabilidade entre as técnicas de digitalização. Como tal, mesmo sistemas de digitalização e impressão 3D de baixo custo são adequados para muitas iniciativas de pesquisa paleontológica, bem como a reprodução de amostras de ensino de alta qualidade.

How to cite this paper: Peterson, J. E., and M. L. Krippner. 2019.Comparisons of fidelity in the digitization and 3D printing of vertebrate fossils.Journal of Paleontological Techniques 22: 1-9.

Copyright (c) 2019 by Peterson and Krippner. This work is made available under the terms of the Creative Commons Attrib-ution 4.0 International License, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/legalcode.

Next