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

3D打印隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和新材料等系列關(guān)鍵技術(shù)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(lǐng)域得到越來越多的重視以及應(yīng)用。 作為古人智慧的結(jié)晶，文物承載著大量藝術(shù)人 文信息。由于陶瓷類文物珍貴、 年代久遠(yuǎn)以及其材質(zhì)本身的脆弱性，如何在保護(hù)文物的前提下，在修復(fù) 和復(fù)制過程中準(zhǔn)確獲取文物信息，做好修復(fù)復(fù)制工作，是每一位有強(qiáng)烈文物保護(hù)意識的修復(fù)工作者的 責(zé)任使命。

如今， 3D打印技術(shù)以其“個性化定制”和“采集數(shù)據(jù)信息無需實(shí)際接觸文物”等特點(diǎn)，已經(jīng)可以被運(yùn)用于文物修復(fù)和復(fù)制中，成為文物保護(hù)意識下最大降低修復(fù)與復(fù)制中文物二次損壞的良好措 施和手段之一 。事實(shí)上，3D技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用于文物保護(hù)，新疆龜茲石窟的復(fù)原 就是一例。

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

首先，復(fù)制一件陶器，需要該器物的三維數(shù)據(jù)，此三維數(shù)據(jù)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(fù)雜程度有關(guān)，一般而言，一個20cm高的陶罐，數(shù)據(jù)采集大概需要10min，之后在計(jì) 算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理需要10～20min， 數(shù)據(jù)的精度在0．03mm。3D建模質(zhì)量直接決定了3D打印模型質(zhì) 量，在此過程中可采用CAD等矢量建模軟件 。

得到三維數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)是矢量的，可以等比例放大或者縮小到自己需要的尺寸進(jìn)行三維打印。本次采取的是相同比例復(fù)制打印。打印的機(jī)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(diǎn)是“增材制造”，就是根據(jù)數(shù)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(fù)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(fù)制要求。這批16件的陶器復(fù)制品中15件因有紋飾和精細(xì)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(zhì)細(xì)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(zhì)結(jié)構(gòu)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(fù)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(shù)據(jù)時礙于文物的安全性一般 在室內(nèi)進(jìn)行， 由于室內(nèi)光線、掃描儀器的精度等影響， 在后期三維數(shù)據(jù)處理中，顏色的失真較嚴(yán)重，陶器文物本身表面又有豐富的層次， 三維數(shù)據(jù)處理中對器物表面顏色調(diào)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(jù)陶器原件的色澤再運(yùn)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(fēng)貌。

2實(shí)例
以這件帶蓋黑陶罐為例，因復(fù)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(fù)制件就著外形壁厚比較薄，再有光敏樹脂本身材質(zhì)比較輕，所以先在打印出來的復(fù)制品（圖1）內(nèi)部均勻鋪上一層石膏， 增加復(fù)制件的壁厚和體量重量，使整個復(fù)制件更有質(zhì)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(diào)和了黃土和香灰、含一定水分和白膠的調(diào)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(jīng)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(diào)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(diào)和物，又是附著力不強(qiáng)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(bǔ)上的其他土銹。干透后用合眾牌“AAA”環(huán)氧樹脂調(diào)和后加入適當(dāng)捻磨細(xì)的洛陽黃土和適當(dāng)香灰，也可根據(jù)需要加入適當(dāng)顏色粉，并按需要調(diào)試出類似土沁的質(zhì)地和色澤的調(diào)和液，用自制的尖頭工具 蘸些，慢慢按需要運(yùn)用“滾”、“點(diǎn)”、“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(xì)的黃土和香灰調(diào)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(jīng)貌似如舊， 這時再和原器（圖6）仔細(xì)對比，按原器分布仔細(xì)調(diào)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(fù)制品（圖7）就栩栩如生的再現(xiàn)在眼前了。

3修復(fù)再談?wù)?D打印在文物修復(fù)中應(yīng)用的可行性
文物修復(fù)中的應(yīng)用更多的是在數(shù)據(jù)上的操作，有了三維數(shù)據(jù)，可以對缺失部分，進(jìn)行各種修補(bǔ)，比如進(jìn)行缺失部分的補(bǔ)缺填充，再復(fù)制另外完整地方的花紋、 紋飾、形狀進(jìn)行補(bǔ)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(fù)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(bǔ)出來， 或者采取布爾運(yùn)算，把缺失的那塊計(jì)算出來，再進(jìn)行打印。

3D打印的優(yōu)勢在于，非接觸式進(jìn)行掃描，修補(bǔ)，復(fù)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(shù)由于不需要接觸文物就可采集信息，在文物修復(fù)復(fù)制過程中強(qiáng)調(diào)文物安全預(yù)防二次損害都有跨時代的積極意義。在對稱物件中還能運(yùn)用鏡像原理復(fù)制相反方向的部件，避免以前手工塑 形翻模等復(fù)雜過程，更能通過高度的準(zhǔn)確性保持文物原汁原味的韻味。


來源：楊蘊(yùn)  上海博物館文物修復(fù)研究室;