淺談3D打印技術(shù)在陶瓷類(lèi)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(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)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(lèi)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(guò)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(shí)的修復(fù)工作者的 責(zé)任使命,。

如今， 3D打印技術(shù)以其“個(gè)性化定制”和“采集數(shù)據(jù)信息無(wú)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(shí)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(jiǎn)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(gè)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(guò)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(lái)采 集。本研究采用了較為常見(jiàn)的白光掃描儀,， 白光掃描儀同自然光一樣,，對(duì)文物表面色彩等損害比較小。采集時(shí)間與器物大小,、復(fù)雜程度有關(guān),，一般而言，一個(gè)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(guò)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(shù)脂，也就是液化打印,，是通過(guò)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(guò)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(shù)脂的液化打印,，只有一件表面光滑沒(méi)有紋飾的陶器采用了粉末化打印。

光敏樹(shù)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(duì)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(duì)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(guò)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(shí)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(duì)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(lái)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(lái)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(lái)的光敏樹(shù)脂復(fù)制件就著外形壁厚比較薄,，再有光敏樹(shù)脂本身材質(zhì)比較輕，所以先在打印出來(lái)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(gè)復(fù)制件更有質(zhì)感。

3D 而后再在整個(gè)打印出來(lái)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(shí)候用濕抹布擦去表 面留下的黃色（圖3）， 但此時(shí)縫隙中已經(jīng)嵌入黃色“塵土”,。等干透后,，在整個(gè)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(lèi)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(shù)脂調(diào)和后加入適當(dāng)捻磨細(xì)的洛陽(yáng)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(lèi)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(shí)間，大約半 小時(shí)后在環(huán)氧樹(shù)脂將干未干時(shí),， 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(shù)脂干透后會(huì)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(shí)再和原器（圖6）仔細(xì)對(duì)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(duì)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?gòu)?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(guò)來(lái)，或者截取后再鏡像一下,，這樣就可以把整個(gè)部件修補(bǔ)出來(lái),， 或者采取布爾運(yùn)算，把缺失的那塊計(jì)算出來(lái),，再進(jìn)行打印,。

3D打印的優(yōu)勢(shì)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(duì)文物的傷害,，而且其快速性,、精確性也是傳統(tǒng)工藝無(wú)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(guò)程中強(qiáng)調(diào)文物安全預(yù)防二次損害都有跨時(shí)代的積極意義,。在對(duì)稱(chēng)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(guò)程,，更能通過(guò)高度的準(zhǔn)確性保持文物原汁原味的韻味,。


來(lái)源：楊蘊(yùn)  上海博物館文物修復(fù)研究室;