3D打印在文物修复方面的应用

    张岩 李沛漪 王志明 沈禹含

    

    

    

    摘 要：文物是中华文化之瑰宝，记载着历史的兴衰与成败，具有重要的历史价值与科学研究价值。然而，传统的文物修复方式大多需要直接接触文物，且效率低，质地脆弱，不适用大面积缺损的文物，不利于文物的保护与科学研究。三维扫描与3D打印技术凭借精度高、不破坏、效率高等优势应用于博物馆展品复制、文物保护修复等方面。介于三维扫描与3D打印的种种优势，笔者结合实例，进一步探索将现代数字技术运用于文物修复工作中的可能性。

    关键词：三维扫描;3D打印;文物修复;3D打印后期处理

    “陶瓷”是人类利用黏土矿物或岩石等多种自然资源，经过火烧制成的技术成果。它与人类历史文明有着十分密切的关系，尤其是我国瓷器的发明及其工艺和技术的辉煌成就，对人类的生活与文化都曾作出过很大的贡献，具有历史，艺术，科学价值。

    古代陶瓷修复以实用价值为主，传统的修复方式为金缮或锔瓷。所谓金缮，就是用大漆黏合碎片或补充缺口，并在漆表面敷上金粉或者贴上金箔。锔瓷是用金刚钻钻孔，用锔钉把瓷片抓牢，制作工艺繁复，需要专门的手艺工匠传承人，锔瓷需要直接在文物上开孔，造成不可逆的伤害。

    现代陶瓷文物修复采用石膏翻模的方式，步骤为：第一，清洗（清洗掉文物表面的污物凝结物等，出水文物需要清洗脱盐，用特定溶液将陶瓷的有害盐去除）;第二，粘接（用黏合剂将器物破损或断裂的部位重新黏合在一起，使之恢复为一个整体）;第三，配补（需要用到的材料有石膏粉、环氧树脂、滑石粉等，先将橡皮泥翻模，填入膏状物定型，固化后，将多余坚硬部分修补平整，补缺后用木砂纸打磨平整，缝隙处用瓷器腻子填平，最后用细致水磨砂纸磨平）;第四，上色（经上述步骤后与原色有较大差距，用矿物质颜料进行上色处理，改变色差）。传统的修复方式工艺繁复，石膏翻模的方式需要将文物进行翻模制作，需要直接接触文物，不利于文物保护，且石膏机械强度低，质地脆弱，所以石膏翻模的方式并不适用于大面积缺损文物的修复。

    随着3D打印技术的发展以及在各个领域的广泛运用，将传统文物修复与现代新兴技术相结合，利用现代的数字化手段进行新的尝试，一方面减少人为的破坏;另一方面为文物的保护修复与陈列展示工作提供更多的选择性。

    1 三维扫描与3D打印技术运用在文物修复方面的重要性

    文物是中华文化之瑰宝，记载着中华民族的兴衰成败，具有重要的历史价值和科学研究价值。但是，在几千年的光阴中，许多珍贵的文物就算抵得住自然的侵蚀，也难逃人为的破坏。对破损的文物碎片进行修复，还原出原本的风貌与信息，一直是科学家和考古学家亟待解决的问题。

    随着信息化社会的不断进步，3D技术及其包括的数字化采集技术、数据处理技术、感知技术等现代先进技术，更符合古代文物修复原则中的可逆性原则、可辨识性原则与可干预性原则，可以将数字保护的方式应用于博物馆展品复制、文物保护修复等方面。运用3D技术修复文物有以下优势：

    第一，精度高。三维扫描和3D打印相比传统造物方式，能提升文物修复的精度。

    第二，不破坏。使用非接触式扫描，不直接在文物上进行修复，避免人为损坏。

    第三，效率高。3D打印又称“快速制造”，相比传统文物修复工序制作周期短，减少了烦琐的器物塑性、仿制制作工序，提高了模具制作的工作效率。

    2 利用3D打印技术修复文物主要有四个步骤

    一是高精度三维数据的准确获取;二是三维软件的运用;三是3D打印成型;四是后期上色处理。

    3 步骤简述

    结合这件烛台，进一步阐述修复过程。

    此烛台缺失部分较大，且有两部分缺损，我们利用三维扫描与3D打印技术将缺失部分复原。

    第一，扫描。由于三维扫描技术可以实现非接触性测量和数据采集，具有便携、高效、精准的特点，能够获得烛台三维数字模型，此模型能够对接多个建模软件进行修复，具体步骤是将扫描仪用三脚架固定，利用转台工具进行扫描，扫描后生成三维模型。

    第二，修复。将模型导入3Dmax建模软件，由于文物缺损部分为两大块，我们分开进行修复，在3Dmax里切出横截面，沿中线转出完整烛台模型。

    再导入Zbrush将多余部分修剪掉，获得要打印的修复模型形状。

    第三，打印。打印的机器有很多种，比较常规的用于文物修复的是光敏树脂，也就是液化打印，是通过激光在液体树脂上固化成型，精度为0.05mm。相比起熔融沉积和粉末烧结成型，光敏树脂有着良好的精度，层纹较少，表面光滑，有利于后期表面处理。

    第四，修复检测。用砂纸将打印好的模型表面的支撑去除，然后将模型与要修复的建盏进行拼合，为了更好地测试建盏与模型是否完全吻合，可将水倒入拼合好的碗中，用手掌将碗握住，若没有水流下，表明模型打印成功。若偏差不大，也可用补土进行修补。

    第五，粘接。将模型与建盏用树脂胶粘接好。

    第六，打磨。分别用400、600、800目的砂纸对模型表面进行打磨，如有破损可以用补土修整，将表面的层纹、砂纸纹打磨平整。打磨好后喷一層灰色补土，若在灰色补土下有明显的层纹、砂纸纹痕迹，继续打磨至看不到纹路为止。

    第七，上色。用硝基漆、喷枪、勾线笔等工具进行后期表面上色处理。

    4 结语

    虽然3D打印在文物修复方面有明显的优势，但是拼接、打磨、上色等工作都需要借助传统文物修复手法来进行，在修复过程中还会运用到部分传统文物修复的经验，所以与其说3D技术是一种新的文物修复手段，不如说3D技术是传统文物修复手法的补充和完善。

    因此，我们不应该完全摒弃传统文物修复手艺，而是革故鼎新，将传统技术与现代手段相结合，为我国建设文化强国添砖加瓦。

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    [7] 杨蕴.浅谈3D打印技术在陶瓷类文物修复和复制中的应用[J].文物保护与考古科学，2015，27（2）：110-113.

    作者简介：张岩（1978—），男，北京人，研究生，副教授，研究方向：艺术设计（数字媒体）。

    李沛漪（1995—），女，山东淄博人，研究生，研究方向：艺术设计（数字媒体）。

    王志明（1993—），男，河南焦作人，研究生，研究方向：艺术设计（数字媒体）。

    沈禹含（1994—），女，北京人，研究生，研究方向：艺术设计（数字媒体）。