3D打印在文物修復(fù)方面的應(yīng)用

張巖 李沛漪 王志明 沈禹含

摘 要：文物是中華文化之瑰寶，記載著歷史的興衰與成敗，具有重要的歷史價值與科學(xué)研究價值。然而，傳統(tǒng)的文物修復(fù)方式大多需要直接接觸文物，且效率低，質(zhì)地脆弱，不適用大面積缺損的文物，不利于文物的保護與科學(xué)研究。三維掃描與3D打印技術(shù)憑借精度高、不破壞、效率高等優(yōu)勢應(yīng)用于博物館展品復(fù)制、文物保護修復(fù)等方面。介于三維掃描與3D打印的種種優(yōu)勢，筆者結(jié)合實例，進一步探索將現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)運用于文物修復(fù)工作中的可能性。

關(guān)鍵詞：三維掃描;3D打印;文物修復(fù);3D打印后期處理

“陶瓷”是人類利用黏土礦物或巖石等多種自然資源，經(jīng)過火燒制成的技術(shù)成果。它與人類歷史文明有著十分密切的關(guān)系，尤其是我國瓷器的發(fā)明及其工藝和技術(shù)的輝煌成就，對人類的生活與文化都曾作出過很大的貢獻，具有歷史，藝術(shù)，科學(xué)價值。

古代陶瓷修復(fù)以實用價值為主，傳統(tǒng)的修復(fù)方式為金繕或鋦瓷。所謂金繕，就是用大漆黏合碎片或補充缺口，并在漆表面敷上金粉或者貼上金箔。鋦瓷是用金剛鉆鉆孔，用鋦釘把瓷片抓牢，制作工藝繁復(fù)，需要專門的手藝工匠傳承人，鋦瓷需要直接在文物上開孔，造成不可逆的傷害。

現(xiàn)代陶瓷文物修復(fù)采用石膏翻模的方式，步驟為：第一，清洗（清洗掉文物表面的污物凝結(jié)物等，出水文物需要清洗脫鹽，用特定溶液將陶瓷的有害鹽去除）;第二，粘接（用黏合劑將器物破損或斷裂的部位重新黏合在一起，使之恢復(fù)為一個整體）;第三，配補（需要用到的材料有石膏粉、環(huán)氧樹脂、滑石粉等，先將橡皮泥翻模，填入膏狀物定型，固化后，將多余堅硬部分修補平整，補缺后用木砂紙打磨平整，縫隙處用瓷器膩子填平，最后用細(xì)致水磨砂紙磨平）;第四，上色（經(jīng)上述步驟后與原色有較大差距，用礦物質(zhì)顏料進行上色處理，改變色差）。傳統(tǒng)的修復(fù)方式工藝繁復(fù)，石膏翻模的方式需要將文物進行翻模制作，需要直接接觸文物，不利于文物保護，且石膏機械強度低，質(zhì)地脆弱，所以石膏翻模的方式并不適用于大面積缺損文物的修復(fù)。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展以及在各個領(lǐng)域的廣泛運用，將傳統(tǒng)文物修復(fù)與現(xiàn)代新興技術(shù)相結(jié)合，利用現(xiàn)代的數(shù)字化手段進行新的嘗試，一方面減少人為的破壞;另一方面為文物的保護修復(fù)與陳列展示工作提供更多的選擇性。

1 三維掃描與3D打印技術(shù)運用在文物修復(fù)方面的重要性

文物是中華文化之瑰寶，記載著中華民族的興衰成敗，具有重要的歷史價值和科學(xué)研究價值。但是，在幾千年的光陰中，許多珍貴的文物就算抵得住自然的侵蝕，也難逃人為的破壞。對破損的文物碎片進行修復(fù)，還原出原本的風(fēng)貌與信息，一直是科學(xué)家和考古學(xué)家亟待解決的問題。

隨著信息化社會的不斷進步，3D技術(shù)及其包括的數(shù)字化采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、感知技術(shù)等現(xiàn)代先進技術(shù)，更符合古代文物修復(fù)原則中的可逆性原則、可辨識性原則與可干預(yù)性原則，可以將數(shù)字保護的方式應(yīng)用于博物館展品復(fù)制、文物保護修復(fù)等方面。運用3D技術(shù)修復(fù)文物有以下優(yōu)勢：

第一，精度高。三維掃描和3D打印相比傳統(tǒng)造物方式，能提升文物修復(fù)的精度。

第二，不破壞。使用非接觸式掃描，不直接在文物上進行修復(fù)，避免人為損壞。

第三，效率高。3D打印又稱“快速制造”，相比傳統(tǒng)文物修復(fù)工序制作周期短，減少了煩瑣的器物塑性、仿制制作工序，提高了模具制作的工作效率。

2 利用3D打印技術(shù)修復(fù)文物主要有四個步驟

一是高精度三維數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取;二是三維軟件的運用;三是3D打印成型;四是后期上色處理。

3 步驟簡述

結(jié)合這件燭臺，進一步闡述修復(fù)過程。

此燭臺缺失部分較大，且有兩部分缺損，我們利用三維掃描與3D打印技術(shù)將缺失部分復(fù)原。

第一，掃描。由于三維掃描技術(shù)可以實現(xiàn)非接觸性測量和數(shù)據(jù)采集，具有便攜、高效、精準(zhǔn)的特點，能夠獲得燭臺三維數(shù)字模型，此模型能夠?qū)佣鄠€建模軟件進行修復(fù)，具體步驟是將掃描儀用三腳架固定，利用轉(zhuǎn)臺工具進行掃描，掃描后生成三維模型。

第二，修復(fù)。將模型導(dǎo)入3Dmax建模軟件，由于文物缺損部分為兩大塊，我們分開進行修復(fù)，在3Dmax里切出橫截面，沿中線轉(zhuǎn)出完整燭臺模型。

再導(dǎo)入Zbrush將多余部分修剪掉，獲得要打印的修復(fù)模型形狀。

第三，打印。打印的機器有很多種，比較常規(guī)的用于文物修復(fù)的是光敏樹脂，也就是液化打印，是通過激光在液體樹脂上固化成型，精度為0.05mm。相比起熔融沉積和粉末燒結(jié)成型，光敏樹脂有著良好的精度，層紋較少，表面光滑，有利于后期表面處理。

第四，修復(fù)檢測。用砂紙將打印好的模型表面的支撐去除，然后將模型與要修復(fù)的建盞進行拼合，為了更好地測試建盞與模型是否完全吻合，可將水倒入拼合好的碗中，用手掌將碗握住，若沒有水流下，表明模型打印成功。若偏差不大，也可用補土進行修補。

第五，粘接。將模型與建盞用樹脂膠粘接好。

第六，打磨。分別用400、600、800目的砂紙對模型表面進行打磨，如有破損可以用補土修整，將表面的層紋、砂紙紋打磨平整。打磨好后噴一層灰色補土，若在灰色補土下有明顯的層紋、砂紙紋痕跡，繼續(xù)打磨至看不到紋路為止。

第七，上色。用硝基漆、噴槍、勾線筆等工具進行后期表面上色處理。

4 結(jié)語

雖然3D打印在文物修復(fù)方面有明顯的優(yōu)勢，但是拼接、打磨、上色等工作都需要借助傳統(tǒng)文物修復(fù)手法來進行，在修復(fù)過程中還會運用到部分傳統(tǒng)文物修復(fù)的經(jīng)驗，所以與其說3D技術(shù)是一種新的文物修復(fù)手段，不如說3D技術(shù)是傳統(tǒng)文物修復(fù)手法的補充和完善。

因此，我們不應(yīng)該完全摒棄傳統(tǒng)文物修復(fù)手藝，而是革故鼎新，將傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代手段相結(jié)合，為我國建設(shè)文化強國添磚加瓦。

參考文獻：

[1] 余健. 3D技術(shù)在文物修復(fù)中的應(yīng)用——以四川廣漢三星堆博物館三維掃描和3D打印為例[C].第十二屆全國文物修復(fù)技術(shù)研討會，2017.

[2] 孫修恩. 3D數(shù)字重建在青銅器陶范修復(fù)中的應(yīng)用研究[D].上海交通大學(xué)，2013.

[3] 鄧佳，陳進東.出水陶瓷文物保護修復(fù)方法概述——以“南海Ⅰ號”出水陶瓷為例[J].文物鑒定與鑒賞，2017（10）.

[4] 屈兵.基于三維掃描與3D打印在西藏文物數(shù)字化保護的應(yīng)用[J].探索科學(xué)，2016（6）：100-101.

[5] 周璇.歷史維度中的中國陶瓷雕塑材料[J].雕塑，2019（3）：91-92.

[6] 葉喆民.中國陶瓷史[M].三聯(lián)書店，2011.

[7] 楊蘊.淺談3D打印技術(shù)在陶瓷類文物修復(fù)和復(fù)制中的應(yīng)用[J].文物保護與考古科學(xué)，2015，27（2）：110-113.

作者簡介：張巖（1978—），男，北京人，研究生，副教授，研究方向：藝術(shù)設(shè)計（數(shù)字媒體）。

李沛漪（1995—），女，山東淄博人，研究生，研究方向：藝術(shù)設(shè)計（數(shù)字媒體）。

王志明（1993—），男，河南焦作人，研究生，研究方向：藝術(shù)設(shè)計（數(shù)字媒體）。

沈禹含（1994—），女，北京人，研究生，研究方向：藝術(shù)設(shè)計（數(shù)字媒體）。