3D打印技術(shù)在青銅器文物保護中的運用分析

康 虎

（上海城建職業(yè)學院，上海 201415）

作為一項新興的技術(shù)，3D打印技術(shù)在材料、工藝與技術(shù)方面具有創(chuàng)新代表性，并且已經(jīng)發(fā)展為包括樹脂、金屬、陶瓷、石材、建材、復合材料等多種材質(zhì)，在各先進領域都發(fā)揮了有效的應用價值。3D打印技術(shù)與三維掃描技術(shù)相結(jié)合，在文物數(shù)據(jù)采集、數(shù)字化修復、驗證、復制等方面進行廣泛應用，對文物保護工作提供了先進的技術(shù)支持。本文以青銅器文物保護為核心對3D打印技術(shù)應用進行探究。我國是千年文明古國，在發(fā)展的過程中，文物經(jīng)中華民族各個時期的歷史文化記錄于文物中，通過對文物的研究能夠了解民族的興衰過程。青銅器是我國文物的重要一部分，其外表做工精良，在世界范圍中都具有較高的藝術(shù)價值。透過青銅器能夠了解中華祖先的智慧與藝術(shù)造詣，其中承載的歷史文化與藝術(shù)信息值得后人研究與探索。不論是政府組織還是社會組織都將文物修護與保護視為中華兒女己任，在對青銅器文物進行修復與復制工作，能夠讓后人更好地了解青銅器文化。

1 3D打印技術(shù)的作業(yè)原理

3D打印技術(shù)最早誕生在美國，在研究照相雕塑與地貌成型技術(shù)的基礎上延伸而來。3D打印技術(shù)建立在數(shù)字模型的基礎上，應用粉末金屬或塑料等具有粘性的材料，經(jīng)過逐層累積的方式實現(xiàn)物體構(gòu)造，被稱為積層造型法?？梢岳斫鉃?，要想實現(xiàn)3D打印技術(shù)需要數(shù)據(jù)建模與打印操作兩個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)建模通過計算機將物品轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，或者字啊三維掃描儀的作用下，進行立體掃描，從而獲取物品的3D數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱蛴C中，打印機通過光固化與紙層疊等技術(shù)快速成型，根據(jù)物體的3D數(shù)據(jù)，逐層進行材料疊加，最終將物品打印為3D實體[1]。

2 青銅器的修復發(fā)展

我國在青銅器研究方面主要以青銅器修復工作為主，復原青銅器的具體樣貌，掌握其形態(tài)面貌與功能等。此外，青銅器修復工作要以中國青銅器研究為基礎，在遵循歷史文化的前提下，將傳統(tǒng)技術(shù)與先進的科學技術(shù)形結(jié)合，保存青銅器的歷史價值與文化傳播價值。在過去很長一段時間里，文物修復工作主要依靠錫焊、器形打制、翻砂鑄造、花紋雕刻、雕刻鑲嵌等手工方式，尤其是紋飾修復方面，利用各種自制的鏨刀，按照已摹繪好的花紋輪廓，用錘擊加壓法進行雕刻，對照原器花紋，反復重刻、磨銼，直至花紋和原器花紋一樣精細。在三維掃描與3D打印技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛應用，推動了文物修復與復制技術(shù)數(shù)字化發(fā)展。應用三維掃描技術(shù)能夠?qū)⒁恍┲攸c保護文物的三維數(shù)據(jù)提出出來進行保存，并以此為基礎對損害的部分進行繪制，從三維數(shù)據(jù)到三維打印，然后再進行鑄造，最終實現(xiàn)對文物的修復與復制，建立數(shù)字化檔案[2]。

3 3D打印技術(shù)在青銅器文物保護方面的應用

1）獲取數(shù)據(jù)信息。在獲取青銅器文物數(shù)據(jù)前，需要對青銅器文物的相關歷史資料進行查閱，以此判斷青銅器的朝代與功能作用，掌握青銅器的基本形態(tài)及紋飾構(gòu)造，全面了解青銅器文物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與銘文等，制定最為基礎的三維掃描與數(shù)字化修復工作，為3D打印技術(shù)快速成型探究方法途徑。文物本身對環(huán)境有一定的要求，尤其是在光學環(huán)境方面，需要選擇合適的掃描設備。經(jīng)過三維掃描構(gòu)建三維坐標，全面完整的將被掃描物件還原出來。通常情況下，青銅器物件大小、紋飾及銘文等細節(jié)的精密程度及自身結(jié)構(gòu)決定了數(shù)據(jù)獲取過程的時間長短。

2）數(shù)據(jù)處理。經(jīng)三維掃描后得到的數(shù)據(jù)是點云數(shù)據(jù)，利用Geomagic Studio軟件對點云數(shù)據(jù)進行合并、去燥、平滑、得到數(shù)據(jù)量適當、平滑度適當?shù)臄?shù)據(jù)，并導出STL格式的數(shù)據(jù)。應用CAD軟件對數(shù)據(jù)進行進一步的處理與修復。常見的CAD 軟件有數(shù)字雕刻和三維建模軟件兩種。根據(jù)取得的三維掃描數(shù)據(jù)與青銅器原件的對照，制定出數(shù)字修復方式。首先，需要對數(shù)據(jù)的整體形態(tài)進行修復。以數(shù)據(jù)為支持，對青銅器局部的損壞進行修復。對于變形較小、形態(tài)曲折多變的可以采取雕刻軟件局部調(diào)整的方法，對于形態(tài)明確或是缺失部分較大的，可由掃描數(shù)據(jù)中提取關鍵造型曲線進行模型重建，重建后參照掃描數(shù)據(jù)比對誤差使其達到最小。其次，對青銅器紋飾進行修復，對紋飾保存較為完好的青銅器，在進行修復時，要利用雕刻軟件對細節(jié)之處進行修復，這樣的方式可以最大程度的將青銅器文物的紋飾還原好，并且不破壞青銅器歷經(jīng)千年傳承的痕跡。對于紋飾缺失較為嚴重的青銅器，可以與歷史資料進行對比，利用三維軟件進行細節(jié)重建，由此一來能夠?qū)⑶嚆~器紋飾的特點更加清晰、完整的表達出來。在青銅器文物保護工程中，將文物刀刻的線條感與堅硬感還原出來，能夠提升復制品的還原效果，使青銅器數(shù)字化保存與展示變得更加直觀清晰。最后，將STL數(shù)據(jù)應用到3D打印技術(shù)中，能夠輸出其他三維數(shù)據(jù)，進行數(shù)字化存檔，能夠根據(jù)后期軟件類型確定格式[3]。

3）3D打印制作。應用光固化3D打印設備進行模型打印，能夠得到與比例相同或縮放比例的實物模型，進行模型支撐與去表面處理。隨著金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展，未來有希望實現(xiàn)直接應用金屬3D打印青銅器復制品。

4）翻模鑄造及后處理。將3D技術(shù)打印出的事物模型制作為硅膠模具，經(jīng)過鑄造最終得到青銅材質(zhì)的實物，并對其表面進行處理，實施做舊處理，使得模型與青銅器文物的質(zhì)感更加接近。

5）數(shù)字化存檔與虛擬展示。首先，將修復完成的三維數(shù)據(jù)進行數(shù)字化存檔，并根據(jù)具體類別進行保存，管理文物檔案，方便文物研究人員進行數(shù)據(jù)查閱與研究。其次，要對修復完的三維數(shù)據(jù)進行渲染處理，將青銅器的色彩與光影效果比表現(xiàn)出來，構(gòu)建符合青銅器的使用場景與背景故事。構(gòu)建能夠交互展示的平臺，通過虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的方法提升用戶體驗，建立數(shù)字化博物館，方便學生、文物愛好者及科研人員與歷史愛好者進行欣賞與交流。數(shù)字化博物館的內(nèi)容更加全面，能夠?qū)⒏鞯氐那嚆~器與陶瓷器文物匯聚在一起，能夠打破傳統(tǒng)博物館在空間與時方面的限制。數(shù)字化檔案與虛擬展示功能的優(yōu)越性是傳統(tǒng)博物館難以趕超的。例如，利用微米級別的激光掃描儀對父己鼎進行數(shù)據(jù)掃描提取，掃描過程應用單幅細節(jié)拼接，局部特征合成的方式，最后整體全局優(yōu)化完成整體的三維數(shù)據(jù)掃描。在此基礎上可以通過雕刻軟件對文物的做了大規(guī)模的補充、細節(jié)特征加深的操作，對缺失的部分進行還原雕刻，完成這些操作后我們可以運用高精度3D打印機進行缺失部分的打印，打印完的模型通過硅膠模具繁殖、青銅精密鑄造后，完成文物的復制。三維數(shù)據(jù)經(jīng)過渲染、動畫制作、圖文配合講解，實現(xiàn)全方位展示[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，3D打印技術(shù)應用在青銅器文物保護工作中，能夠?qū)⒔佑|降到最低，以快速、精準的方式永久保存數(shù)據(jù)，不會對文物造成損傷，對技術(shù)人員的修復技術(shù)沒有過高要求。在青銅器文物保護方面應用此方法，能夠有效提升文物保護工作效率。