淺談3D打印技術在陶瓷類文物修復和復制中的應用

3D打印隨著計算機技術、信息技術和新材料等系列關鍵技術的成熟和突破，已然成為現(xiàn)代模型磨具和零件制造的高效途徑，在多個領域得到越來越多的重視以及應用。 作為古人智慧的結晶，文物承載著大量藝術人 文信息。由于陶瓷類文物珍貴、 年代久遠以及其材質本身的脆弱性，如何在保護文物的前提下，在修復 和復制過程中準確獲取文物信息，做好修復復制工作，是每一位有強烈文物保護意識的修復工作者的 責任使命。

如今， 3D打印技術以其“個性化定制”和“采集數據信息無需實際接觸文物”等特點，已經可以被運用于文物修復和復制中，成為文物保護意識下最大降低修復與復制中文物二次損壞的良好措 施和手段之一 。事實上，3D技術已經被運用于文物保護，新疆龜茲石窟的復原 就是一例。

1陶器的復制
簡單地以陶器復制為例，需要打印復制一件文物主要有3個步驟。
（1）高精度三維數據的準確獲取。
（2）三維軟件的建模，也就是三維數據的高效 處理。
（3）3D打印成型， 也就是三維數據的輸出。結合這次為崧澤遺址博物館復制的一批陶器，進一步闡述一下復制過程。

首先，復制一件陶器，需要該器物的三維數據，此三維數據需要三維掃描儀來采 集。本研究采用了較為常見的白光掃描儀， 白光掃描儀同自然光一樣，對文物表面色彩等損害比較小。采集時間與器物大小、復雜程度有關，一般而言，一個20cm高的陶罐，數據采集大概需要10min，之后在計 算機上進行數據處理需要10～20min， 數據的精度在0．03mm。3D建模質量直接決定了3D打印模型質 量，在此過程中可采用CAD等矢量建模軟件 。

得到三維數據后，數據是矢量的，可以等比例放大或者縮小到自己需要的尺寸進行三維打印。本次采取的是相同比例復制打印。打印的機器有多種，現(xiàn)在常規(guī)的是用光敏樹脂，也就是液化打印，是通過激光在液體材料聚焦固化成形，精度為0．05mm。也有粉末化和絲化的固體材料逐層打印出器物的， 其特點是“增材制造”，就是根據數字化圖形信息通 過增加材料的方法生成任何形狀的器物。在這批陶器復制中，比較了液化打印和粉末化打印兩種方法。粉末化打印的牢度和精度都略差些，不能符合這批陶器復制要求。這批16件的陶器復制品中15件因有紋飾和精細程度的需要，采用了光敏樹脂的液化打印，只有一件表面光滑沒有紋飾的陶器采用了粉末化打印。

光敏樹脂成型后的器物材質細膩，有韌性，可以打磨，不易碎。粉末打印的器物表面相對粗 糙， 材質結構不夠緊密，脆性，易碎。但是，粉末打印相對材料成本低，適合大件器物復制打印。粉末打印還可以在打印過程中加入顏色，也就是所謂的彩色打印。因采集三維數據時礙于文物的安全性一般 在室內進行， 由于室內光線、掃描儀器的精度等影響， 在后期三維數據處理中，顏色的失真較嚴重，陶器文物本身表面又有豐富的層次， 三維數據處理中對器物表面顏色調整和把握要求很高， 一般很難打印出理想的陶器顏色。期間用彩色打印的方法打印了一塊小樣，不能還原陶器原來色澤。所以，在液化打印和粉末打印中都采用了白色材料的打印。之后根據陶器原件的色澤再運用傳統(tǒng)方法手工描繪，著 色， 做土沁等來還原陶器的原始風貌。

2實例
以這件帶蓋黑陶罐為例，因復制陶器只需外形打印， 為了節(jié)省成本，打印出來的光敏樹脂復制件就著外形壁厚比較薄，再有光敏樹脂本身材質比較輕，所以先在打印出來的復制品（圖1）內部均勻鋪上一層石膏， 增加復制件的壁厚和體量重量，使整個復制件更有質感。

3D 而后再在整個打印出來的帶有紋飾的白色器形上刷上一層調和了黃土和香灰、含一定水分和白膠的調和液刷（圖2），等半干的時候用濕抹布擦去表 面留下的黃色（圖3）， 但此時縫隙中已經嵌入黃色“塵土”。等干透后，在整個器身噴繪上按陶器本身顏色調色的深黑色漆料（也可用丙烯顏料）（圖4）。 再次干透后，用自制的尖頭竹刀小心剔除圖案紋飾 里表面的黑色（圖5），因底下有一定厚度的黃土調和物，又是附著力不強的稀釋后的白膠粘附的，所以很容易就露出了類似土沁的黃色。

再在干透后的表面花紋上描繪些黃褐色或需要補上的其他土銹。干透后用合眾牌“AAA”環(huán)氧樹脂調和后加入適當捻磨細的洛陽黃土和適當香灰，也可根據需要加入適當顏色粉，并按需要調試出類似土沁的質地和色澤的調和液，用自制的尖頭工具 蘸些，慢慢按需要運用“滾”、“點”、“貼”等手法，在器身表面描繪出土沁的分布，并掌握好時間，大約半 小時后在環(huán)氧樹脂將干未干時， 撒上碾細的黃土和香灰調和粉， 撒在土銹表面形成一層浮土，壓蓋住環(huán)氧樹脂干透后會形成的光澤。等再次干透后， 這件陶器的大致樣子已經貌似如舊， 這時再和原器（圖6）仔細對比，按原器分布仔細調整土沁和斑駁感，手繪出更加豐富的層次感。蓋子也如法炮制。一件幾千年前的黑陶復制品（圖7）就栩栩如生的再現(xiàn)在眼前了。

3修復再談談3D打印在文物修復中應用的可行性
文物修復中的應用更多的是在數據上的操作，有了三維數據，可以對缺失部分，進行各種修補，比如進行缺失部分的補缺填充，再復制另外完整地方的花紋、 紋飾、形狀進行補缺。如果缺失面比較大，而有相同部件或者反相部件， 直接可以復制過來，或者截取后再鏡像一下，這樣就可以把整個部件修補出來， 或者采取布爾運算，把缺失的那塊計算出來，再進行打印。

3D打印的優(yōu)勢在于，非接觸式進行掃描，修補，復制，最大限度地減少了傳統(tǒng)工藝中翻模對文物的傷害，而且其快速性、精確性也是傳統(tǒng)工藝無法比擬的。

3D打印技術由于不需要接觸文物就可采集信息，在文物修復復制過程中強調文物安全預防二次損害都有跨時代的積極意義。在對稱物件中還能運用鏡像原理復制相反方向的部件，避免以前手工塑 形翻模等復雜過程，更能通過高度的準確性保持文物原汁原味的韻味。


來源：楊蘊  上海博物館文物修復研究室;