Xρήση καινοτόμων τεχνολογιών 3D σχεδίασης, 3D σάρωσης και 3D εκτύπωσης στη διερεύνηση αρχαιολογικών ευρημάτων και άλλων αντικειμένων και κατασκευή πιστών αντιγράφων τους
Authors: Ευσταθίου Μαριάννα 
Published: September 2021

Η διατριβή περιλαμβάνει την μελέτη, τον σχεδιασμό και την κατασκευή αντικειμένων πολύπλοκης γεωμετρίας, τα οποία ανήκουν κυρίως στον χώρο της αρχαιολογίας. Σκοπός της ήταν η διερεύνηση του τρόπου κατασκευής των αντικειμένων αυτών στην αρχαιότητα, της χρήσης, της δομής και της λειτουργίας τους καθώς επίσης και η κατασκευή πιστών αντιγράφων τους ή αντιγράφων υπό κλίμακα. Η κατασκευή αυτών των αντικειμένων αφορούσε μεμονωμένα τεμάχια ή παραγωγή μικρής κλίμακας. Για την διεκπεραίωση της έρευνας, μελετήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν πολλές μέθοδοι κατασκευής, οι οποίες αξιολογήθηκαν ώστε να επιλεχτεί η καταλληλότερη για την κατασκευή του εκάστοτε αντικειμένου. Λόγω της πολυπλοκότητας της μορφής των αντικειμένων που μελετήθηκαν, δόθηκε μεγάλη έμφαση στις τεχνολογίες προσθήκης υλικού (3D εκτύπωση), οι οποίες εν τέλη απεδείχθη ότι ήταν και οι καταλληλότερες για την κατασκευή της πλειοψηφίας των αντικειμένων. Παράλληλα μελετήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν συμβατικές μέθοδοι κατασκευής, CNC τεχνολογίες αφαίρεσης υλικού, όπως επίσης και η μέθοδος της χύτευσης με τηκόμενα μοντέλα. Παράλληλα, μελετήθηκε η καταγραφή της τρισδιάστατης γεωμετρίας τέτοιων αντικειμένων, είτε με χρήση τεχνολογιών αντίστροφης μηχανολογίας, χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους 3D σάρωσης, είτε απευθείας με 3D σχεδιασμό σε συστήματα CAD. Η μελέτη, ο σχεδιασμός σε Η/Υ και η κατασκευή πιστών και λειτουργικών αντιγράφων του Μηχανισμού των Αντικυθήρων, είναι το μεγαλύτερο τμήμα της διατριβής. Ο Μηχανισμός αποτελεί μια εξαιρετικά σύνθετη μηχανολογική διάταξη της αρχαιότητας, με πλήθος οδοντωτών τροχών, αξόνων, κινούμενων μερών και πλακών με εγχάρακτα κείμενα και σύνθετες γεωμετρίες (π.χ. ελικοειδείς σπείρες). Λόγω της κακής κατάστασης των θραυσμάτων του αρχαίου Μηχανισμού, οι μετρήσεις που προέκυψαν από τις τομογραφίες παρουσιάζουν μεγάλες διαστασιολογικές αποκλίσεις, γεγονός που οδηγούσε σε μη λειτουργικά αντίγραφα. Αυτό με την σειρά του οδήγησε στην ανάγκη δημιουργίας κατάλληλων μαθηματικών σχέσεων για τον υπολογισμό των γεωμετρικών παραμέτρων οδοντωτών τροχών με τριγωνική οδόντωση και την ανάπτυξη λογισμικών για τον προσδιορισμό των παραμέτρων αυτών. Για τη δημιουργία ενός πλήρους ψηφιακού αρχείου του Μηχανισμού των Αντικυθήρων, το οποίο θα περιείχε όλα τα εξαρτήματα ακέραια και σε απόλυτες θέσεις, κρίθηκε απαραίτητος ο τρισδιάστατος σχεδιασμός του κάθε εξαρτήματος ξεχωριστά και στη συνέχεια της συναρμολογημένης μηχανολογικής διάταξης. Ο σχεδιασμός βασίστηκε κατά κύριο λόγο στη λογική της αντίστροφης μηχανολογίας, μέσω της επεξεργασίας αρχείων 3D σάρωσης των θραυσμάτων του Μηχανισμού, λαμβάνοντας τα στοιχεία της γεωμετρίας των εξαρτημάτων και τη θέση τους από αρχεία αξονικών τομογραφιών. Η πλήρης διάταξη, αποτελείται από 37 οδοντωτούς τροχούς, 2 οδοντωτές κορώνες, 20 κυλινδρικούς φορείς (άξονες και άτρακτοι), 3 εσωτερικές πλάκες στήριξης των εξαρτημάτων, 4 εξωτερικές πλάκες ενδείξεων και 7 δείκτες ενδείξεων. Όσον αφορά την κατασκευή των φυσικών μοντέλων του Μηχανισμού έγινε διερεύνηση και επιλογή της βέλτιστης τεχνολογίας κατασκευής των επιμέρους εξαρτημάτων με κριτήρια, τη λειτουργικότητα του Μηχανισμού, την ποιότητα της κατασκευής και το κόστος κατασκευής των αντιγράφων. Έγινε χρήση διαφόρων CNC τεχνολογιών αφαίρεσης υλικού, ταχείας πρωτοτυποποίησης και rapid manufacturing. Στα πλαίσια της διατριβής κατασκευάστηκαν μοντέλα σε κλίμακα 1:1, 3:1 και 4:1 καθώς και πιστά αντίγραφα των τεσσάρων βασικότερων θραυσμάτων του Μηχανισμού με χρήση 3D εκτύπωσης.