保存歲月的痕跡，3D打印修復(fù)文物古跡！

3D打印技術(shù)在保護(hù)文物方面有著非常重要的意義，能夠?qū)⑽奈镛D(zhuǎn)換成信息進(jìn)行保存，提供額外的保險(xiǎn)。萬一文化遭到破壞，可以通過3D打印技術(shù)進(jìn)行修復(fù)或重建還原，有效避免了人類的歷史記憶被抹殺。

3D打印修復(fù)文物古跡 科技與野蠻的較量


1、用于文物古跡修復(fù)
一直以來，文物古跡的保護(hù)始終困擾著考古界，文物作為一種不可再生資源，一旦被毀掉，將再也不復(fù)存在，比如，西安秦始皇兵馬俑，剛剛出土的時(shí)候色澤亮麗，表情栩栩如生，如今早已失去剛剛出土?xí)r的風(fēng)采，風(fēng)化嚴(yán)重，鮮艷的色澤消失了，暗淡如同黃泥。

據(jù)說這是兵馬俑剛挖出來的樣子

多年后，看到的兵馬俑變成了這樣

西漢海昏侯大墓出土的文物珍寶

考古學(xué)家在搶救被破壞的古墓時(shí)，常常會(huì)遇到各種難題，當(dāng)年，在對(duì)馬王堆漢墓進(jìn)行考古發(fā)掘時(shí)，起初放在祭祀器里的藕片等食材，保有原先的樣子，可不久后便碳化了。還有西漢�；韬钅梗�不知道里面的小米、香瓜子是不是有著同樣的遭遇。

位于馬鞍山博物館的朱然墓

馬鞍山朱然墓中的棺槨

相比這些陪葬品，棺墓主人遺體的瞬間消失更為考古界惋惜。早在80年代，安徽馬鞍山發(fā)現(xiàn)了三國吳大司馬馬朱然家族的墓葬群，由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平有限，墓葬早前又慘遭盜掘。朱然的遺體未能及時(shí)保存下來，瞬間“灰飛煙滅”融在了墓土里。其當(dāng)時(shí)作為國內(nèi)十大考古發(fā)現(xiàn)之一，卻留下了千古遺憾！

2、令古文物起死回生
轉(zhuǎn)眼21世紀(jì)的今天，科技發(fā)展速度令人震驚，現(xiàn)在的考古水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以往，文物古跡的保護(hù)力度相比以前有很大提高。倘若3D打印技術(shù)就能夠“復(fù)刻”文物，一定可以彌補(bǔ)不少遺憾。

隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，眾多博物館和文物修復(fù)工作者開始利用3D打印與3D掃描技術(shù)，使破敗不堪的古文物“起死回生”，不僅修復(fù)了文物，也讓古代文化得以傳承。

西漢匈奴鹿形金怪獸

幾年前，陜西博物館利用3D打印技術(shù)，制作出國寶級(jí)文物——鹿形金怪獸的仿品。鹿形金怪獸的形象非常奇特，為一只長著多分枝卷角的鹿形，但有鷹喙形嘴，每一個(gè)分枝卷角的頂端和尾端也生出一個(gè)同樣的獸頭，狀如傳說中的九頭鳥，它是匈奴人冠冕上的裝飾，反映了匈奴人對(duì)勇猛強(qiáng)悍動(dòng)物的崇拜。這件金怪獸造型奇特，綜合運(yùn)用了多種工藝，制作精湛，全面反映了匈奴金銀器制作技術(shù)的高超水平，被譽(yù)為是最有代表性的匈奴藝術(shù)珍品。為了更好地保存原件，陜西博物館選擇了利用3D打印技術(shù)來制作制仿制品。

3D打印助力濟(jì)南四門塔千年文物大修，圖為龍虎塔搭起了腳手架

千佛崖也同步進(jìn)行大修前的信息采集工作

2015年年初，千年文物四門塔大修的時(shí)候，用上3D打印技術(shù)，技術(shù)人員全方位采集古建以及雕塑的細(xì)節(jié)信息，制作出一個(gè)逼真程度高的虛擬3D模型，通過電腦展示文物的全貌。按照文物信息采集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，展示出虛擬3D模型，為文物修復(fù)保護(hù)提供了參考。

傳統(tǒng)工藝在修復(fù)文物時(shí)直接在表面上操作，容易造成對(duì)文物的二次損傷。而3D打印技術(shù)，可以在不接觸文物的前提下，通過立體掃描、數(shù)據(jù)采集、繪畫模型打印等一系列步驟，對(duì)文物進(jìn)行修補(bǔ)甚至復(fù)刻。

3D打印復(fù)刻漢代三足陶鼎，左為真品，右為復(fù)刻

什么叫做復(fù)刻呢？舉個(gè)例子，拿漢代三足陶鼎來說，其元件為短直口、斜肩、鼓腹凸起弦文、雙耳、獸足，器物內(nèi)側(cè)與底部有經(jīng)燒結(jié)形成的火石紅，表面有“暴汗”現(xiàn)象（指在不掛釉的陶器上，經(jīng)過入窯焙燒后，器表面出現(xiàn)一種極薄的亮層）。該器物的“暴汗”處斷面極薄、形狀自然且均勻。

同樣，使用3D打印技術(shù)將復(fù)制品打印成型，用傳統(tǒng)作色工藝對(duì)其上色、做舊。將仿釉顏料與稀釋劑調(diào)和，先用噴筆將器物基地色整體噴一層，使其整體色相與原器物相接近，再用與原物件色彩風(fēng)格一致的礦物質(zhì)顏料，對(duì)局部上色、做舊，仿制出原件“暴汗”處的光澤度。

3D打印可否用于整個(gè)宮殿的修復(fù)？

3D打印技術(shù)憑借其獨(dú)有的快速成型技術(shù)，不再局限于制造現(xiàn)代所需，而在文物保護(hù)方面日趨發(fā)揮重要作用。目前，3D打印文物技術(shù)，不再僅僅局限于小型“青銅鼎”之類的物件或者大型古跡的補(bǔ)色修復(fù)，而是能夠真正打印出如宮殿般的巨大文物遺跡，讓現(xiàn)代文明留住歷史。


3、一種有尊嚴(yán)的技術(shù)
比如，古代的巴比倫空中花園，可以說是古建筑文明中一道奪目的風(fēng)景線，但是，古文明時(shí)期的民族戰(zhàn)亂，再加上現(xiàn)代中東動(dòng)蕩，讓這座美麗的城市丟棄了很多珍貴的文物。面對(duì)殘?jiān)珨啾�，以前的考古學(xué)家只有扼腕嘆息的份兒了。

ISIS成員正在糟蹋文物

而隨著3D打印和3D掃描技術(shù)的應(yīng)用，為人類的文物修復(fù)帶來了新的可能。利用三維掃描采集文物古跡的點(diǎn)集，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行過濾和建模，最終應(yīng)用于文物的保護(hù)和修復(fù)，使得人類文明在經(jīng)歷暴行摧殘之后依舊可以屹立于世。因此，3D打印在保護(hù)古代文明方面被稱為一種“有尊嚴(yán)”的技術(shù)。下面，我們就以被極端組織伊斯蘭國(ISIS)摧毀的歷史古跡為例，來了解一下3D打印的神奇之處。

貝爾神廟

這是一座位于敘利亞城巴爾米拉的古羅馬神廟，約建于公元32年，用于供奉巴爾米拉人的貝爾神。

巴爾米拉廢墟鳥瞰

貝爾神廟內(nèi)部

從遠(yuǎn)古時(shí)代的自然神崇拜到古羅馬帝國的基督教文明，貝爾神廟一直矗立在巴爾米拉城，縱使文明幾經(jīng)更迭，神廟卻一直被完好無損地保存了下來。曾被認(rèn)為是巴爾米拉廢墟上最具代表性、保存最完好的神廟遺跡，還被聯(lián)合國教科文組織列入世界遺產(chǎn)。

ISIS正在摧毀貝爾神廟

被ISIS摧毀后的貝爾神廟，只剩下一個(gè)拱門依舊挺立

然而，就在2015年8月23日，這座經(jīng)歷了2000年歷史的神廟被極端恐怖組織ISIS無情地摧毀了。歷經(jīng)千年風(fēng)霜的神廟如今只余下一個(gè)拱門，孤零零地佇立在巴爾米拉的廢墟之上。

貝爾神廟電腦復(fù)原圖

不過，人間自有正義在 — 來自哈佛、牛津大學(xué)以及迪拜未來博物館的研究人員組建了數(shù)字考古研究所（IDA），計(jì)劃用數(shù)字成像和3D打印技術(shù)來復(fù)原被ISIS摧毀的古建筑。

IDA與聯(lián)合國教科文組織合作并支持考古研究所的工作，為此他們還為研究者們提供了5000臺(tái)專業(yè)的測(cè)量照相機(jī)，以用于捕捉中東和北非的歷史遺跡圖像，對(duì)各種歷史遺跡進(jìn)行3D掃描。

貝爾神廟的部分部件采用了位于上海的一臺(tái)大型3D打印機(jī)進(jìn)行打印。部件打印完成后會(huì)被運(yùn)到意大利進(jìn)行后期處理，然后運(yùn)往英國的特拉法爾加廣場(chǎng)進(jìn)行展示。與此同時(shí)IDA方面表示，希望有朝一日通過3D打印技術(shù)復(fù)原整個(gè)貝爾神廟。

特拉法爾加廣場(chǎng)上拱門電腦復(fù)原圖

4、修復(fù)千手觀音
還記得成龍電影《十二生肖》嗎？成龍扮演的文物小偷就是用3D手套掃描儀全面掃描狗頭獸首之后，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)另一端的隊(duì)友收到他傳送來的數(shù)據(jù)，便迅速地復(fù)制出一模一樣的狗頭獸首。其實(shí)，3D打印文物復(fù)制品，并不是電影虛構(gòu)的橋段。3D打印技術(shù)在考古、文物的復(fù)制、修復(fù)等領(lǐng)域大有實(shí)際用途。

電影《十二生肖》3D掃描獸首

3D打印技術(shù)在原理上并不復(fù)雜，就是一個(gè)獲取數(shù)據(jù)，再打印實(shí)物的過程。3D打印，學(xué)名增材制造，也稱快速成型技術(shù)，此技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代后期，它是基于材料累加原理快速成型操作過程，將計(jì)算機(jī)中的三維模型通過物品分層添加材料來創(chuàng)造出實(shí)物的一種疊層制造技術(shù)。

在修復(fù)器物殘缺部位時(shí)，傳統(tǒng)的工藝是用打樣膏或硅橡膠對(duì)文物器物直接取樣、翻模，然后對(duì)殘缺處進(jìn)行修復(fù)。但是在某些特殊的案例中，例如修復(fù)質(zhì)地疏松的陶器時(shí)，傳統(tǒng)的翻模方法便不適合直接在其表面進(jìn)行操作了。

重慶市大足石刻景區(qū)千手觀音主尊修復(fù)工程引入3D打印技術(shù)

3D打印出來的1：3比例千手觀音模型

3D打印技術(shù)修復(fù)文物，可以做到在不直接接觸文物器物的前提下，通過高科技技術(shù)手段，如三維立體掃描、數(shù)據(jù)采集、建模、打印等，將復(fù)制件及殘缺部分打印、復(fù)制成型。此類翻模方式不僅節(jié)省材料，提高材料利用率，可快速精準(zhǔn)成型，更重要的是大大避免了翻模時(shí)直接接觸文物而對(duì)文物本體造成的二次傷害。那么，利用3D打印技術(shù)修復(fù)文物，具體如何操作呢？


5、如何用于文物修復(fù)？
首先需要有3D立體模型圖，然后配套的軟件會(huì)把這張圖上的物體數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一系列數(shù)字切片，這些切片信息傳送到打印機(jī)，打印噴頭根據(jù)切片信息，一層層極薄地堆疊出立體物件。

3D掃描文物原型

打印之前需要對(duì)文物進(jìn)行3D建模

3D立體模型圖

以陶器復(fù)制為例，需要復(fù)制一件文物通常需要三個(gè)步驟：
（1）3D掃描文物，獲取準(zhǔn)確高精度的三維數(shù)據(jù)。
（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。

3D打印的陶器

傳統(tǒng)的文物復(fù)制一般直接在文物上翻模，對(duì)于不適于翻模的文物（如表面有彩繪、陶質(zhì)文物）則采用粘土塑形復(fù)制。這樣的復(fù)制方法會(huì)造成兩種不利影響，首先是翻模材料殘留在文物表面，對(duì)文物造成污染；其次塑形與文物不能達(dá)到百分之百的一致。而結(jié)合三維掃描技術(shù)的3D打印可以很好的解決這些問題。

利用3D打印技術(shù)修復(fù)的被ISIS破壞的伊拉克文物

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，它可以無限制地復(fù)制，首先使用三維掃描技術(shù)獲得復(fù)制文物的三維模型，再使用3D打印獲得復(fù)制品，再在復(fù)制品的基礎(chǔ)上翻模復(fù)制，實(shí)現(xiàn)批量化制作。因?yàn)�，依�?jù)三維掃描獲得的文物三維數(shù)字模型，使用數(shù)控加工手段，可以復(fù)制出文物的真實(shí)形貌或制作文物衍生品，用于代替文物真品進(jìn)行實(shí)物展示，使人們能夠欣賞文物造型的同時(shí)，減少和避免對(duì)文物真品的損傷。

圖為美國博物館史密森學(xué)會(huì)用3D打印來復(fù)制文物

3D打印技術(shù)還有一項(xiàng)十分明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以根據(jù)需要調(diào)整打印品的比例，可以輕易地獲得文物二分之一、三分之一……的比例，這在傳統(tǒng)復(fù)制上是很難甚至根本無法做到的。

美國雕塑家用3D打印技術(shù)制作的木乃伊冰人奧茨復(fù)制品

為防止珍貴文物失竊，歐洲教堂使用3D打印技術(shù)制造復(fù)制品

3D打印相對(duì)與傳統(tǒng)復(fù)制，其與文物是非接觸式的，可最大程度降低對(duì)文物的再次損害。此外，3D打印的模型一旦獲得是獨(dú)立于文物之外的，可以像我們復(fù)印文件一樣，獲得完全相同的打印品，甚至可以獲得細(xì)微紋飾的形貌。

雖然復(fù)原的文物、古建筑并不能完全替代被摧毀的文物、古建筑，但不可否認(rèn)的是，3D打印復(fù)原技術(shù)將成為考古、文物鑒賞等領(lǐng)域不可缺少的重要技術(shù)支撐。隨著3D打印技術(shù)的成熟，結(jié)合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)文物及考古現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字模型的建立和信息化存儲(chǔ)，進(jìn)而對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行管理和應(yīng)用，我們預(yù)測(cè)，3D打印技術(shù)在文物修復(fù)領(lǐng)域?qū)⒕哂懈�加廣闊的研究和應(yīng)用前景。

延伸閱讀：《研究者欲通過3D打印重建被ISIS摧毀的敘利亞古建筑 》
《濟(jì)南四門塔千年文物大修 3D打印技術(shù)助力佛像修復(fù)》
《藝術(shù)家展示被ISIS摧毀伊拉克文物的3D打印模型并分享相關(guān)文件》

轉(zhuǎn)自3D客