3D 打印技術(shù)在陶瓷類文物修復(fù)和復(fù)制中的應(yīng)用

楊淑嫻（海陽市博物館，山東 海陽 265100）

3D打印技術(shù)近幾年發(fā)展，已經(jīng)成為人們認(rèn)可的技術(shù)革命，并且逐漸成為社會(huì)高度關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然這項(xiàng)技術(shù)源自美國(guó)，但是，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)引入我國(guó)之后，迅速成為現(xiàn)代模型模具制造以及產(chǎn)品零件制造的主要手段，并且在其他領(lǐng)域也得到了重用。我國(guó)的文化歷史久遠(yuǎn)，文物作為古人智慧的產(chǎn)物，承載著大量的文化信息，便于后人充分了解相關(guān)的歷史。文物的保護(hù)、修復(fù)以及復(fù)制成為文物保護(hù)工作的重要任務(wù)，而陶瓷類的文物在保護(hù)、修復(fù)以及復(fù)制的過程中，由于其自身的脆弱性，通常會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在陶瓷類文物的保護(hù)、修復(fù)以及復(fù)制工作中十分重要?，F(xiàn)如今，在文物修復(fù)工作者以及相關(guān)人員的不斷努力下，3D打印技術(shù)已經(jīng)在陶瓷類文物的修復(fù)以及復(fù)制工作中有了應(yīng)用，成為目前降低文物二次損壞的一項(xiàng)重要手段。

一、3D打印的技術(shù)類別以及應(yīng)用范圍

3D打印中有很多的技術(shù)類別，不同之處在于使用材料的方式，并且通過不同層進(jìn)行部件的構(gòu)建。3D打印常用的材料通常包括耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀鍍金以及橡膠類材料。其中，3D打印的技術(shù)分類主要有：3DP技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)、DLP激光成型技術(shù)以及UV紫外線成型技術(shù)。

隨著3D打印技術(shù)的日益成熟，不僅打印材料在不斷創(chuàng)新，而且創(chuàng)新領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，例如服裝、食品、房屋、汽車以及航天器，甚至是高端部件以及人體器官領(lǐng)域都可以應(yīng)用3D打印技術(shù)。如今，3D打印技術(shù)飛速發(fā)展，并且在全世界不同領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。

二、3D打印技術(shù)在陶瓷類文物中的修復(fù)

3D打印技術(shù)通過三維打印進(jìn)行陶瓷類文物的修復(fù)工作，首先通過計(jì)算機(jī)的建模軟件進(jìn)行文物模型的建立，之后再將建成的三維模型分區(qū)成逐層的截面，最后指導(dǎo)打印機(jī)進(jìn)行逐層打印，完成對(duì)文物的修復(fù)。在陶瓷類文物實(shí)際修復(fù)工作中，將3D打印技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的操作上，即利用三維數(shù)據(jù)，對(duì)文物的缺失部分進(jìn)行修復(fù)。首先填充文物的缺失部分，再?gòu)?fù)制文物完整的實(shí)體，最后將復(fù)制后的部分進(jìn)行打印，修復(fù)文物缺失的部分。如果需要修復(fù)的文物面積過大，并且存在相同以及相反部分，那么可以截取文物較為完整的部分，再通過鏡像處理，得到較為完整的補(bǔ)充部分，就可以對(duì)缺失的文物進(jìn)行修補(bǔ)了。除此之外，還可以運(yùn)用布爾運(yùn)算計(jì)算文物缺失的部分，最后再通過打印完成文物的修復(fù)。將3D打印技術(shù)應(yīng)用到陶瓷類文物的修復(fù)工作中具有較多優(yōu)勢(shì)，例如，可以進(jìn)行非接觸式的掃描、修復(fù)以及復(fù)制，工作效率以及質(zhì)量較高，這樣可以在很大程度上減少對(duì)文物的損壞，并且與傳統(tǒng)的修復(fù)工藝相比，其修復(fù)更加快速、精確。

三、3D打印技術(shù)在陶瓷類文物中的復(fù)制

3D打印技術(shù)在陶瓷類文物復(fù)制工作中的應(yīng)用工作流程主要分為三個(gè)環(huán)節(jié)：首先，精確獲取文物高精度三維數(shù)據(jù)；其次，通過三維軟件進(jìn)行文物的建模工作；最后，輸出三維數(shù)據(jù)，也就是將文物打印成型。文物在保存的過程中，通常會(huì)受到各種各樣環(huán)境因素的影響，因?yàn)樵谧匀粻顟B(tài)下遭受損毀的文物不適合進(jìn)行陳列或者運(yùn)輸，但是，由于文物研究的需要，必須運(yùn)輸?shù)那闆r也存在。只有通過復(fù)制的方式，應(yīng)用真正的文物，通過3D打印技術(shù)為其制造一個(gè)“替身”，才能滿足相關(guān)的研究以及博物館的陳列需要。這樣的方式不僅可以起到保護(hù)文物的作用，還可以通過一些特殊的手段延長(zhǎng)文物的壽命。目前，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到文物的復(fù)制工作中，不僅促進(jìn)了文物復(fù)制技藝的發(fā)展，而且保障了文物的安全，為文物的研究提供了有利條件。

四、陶瓷類文物修復(fù)原則

陶瓷類文物對(duì)的修復(fù)工作需要遵循相應(yīng)的原則，進(jìn)而應(yīng)用3D打印技術(shù)完成陶瓷類文物的復(fù)刻。其應(yīng)遵循的原則包括可逆原則、最小干預(yù)原則以及信息最大化保留原則。首先，可逆原則，指的是修復(fù)材料和技術(shù)的可逆性。如果新的材料和技術(shù)可以重復(fù)之前的修復(fù)步驟，那么，瓷器就可以始終處于再次修復(fù)的狀態(tài)，從而使文物在今后的歲月里都可以通過先進(jìn)的技術(shù)得到修復(fù)。其次，最小干預(yù)原則，是國(guó)際上較為流行的文物修復(fù)概念，主要是通過黏合的方式對(duì)破損嚴(yán)重的文物進(jìn)行修復(fù)，例如，在2016年元青花大展上展示的一件元青花套盒（圖1），圖1為修復(fù)后的元青花瓷器。這件套盒在博物館收藏之前就破損得非常厲害。但是，先前收藏的人修復(fù)手段不專業(yè)，工藝既不專業(yè)也不成熟。在博物館收藏之前，相關(guān)的專業(yè)修復(fù)人員必須要先將黏合的痕跡去除，然后進(jìn)行清洗，使瓷器還原成剛碎的狀態(tài)。拼接后，通過緩慢干燥對(duì)瓷器許多部位進(jìn)行詳細(xì)調(diào)整，涂膠后瓷器的表面應(yīng)非常平整。使用礦物調(diào)色劑和樹脂來縮小間隙，對(duì)瓷器進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)后瓷器的平整度就連手指劃過都不會(huì)留有痕跡。這些修復(fù)文物的工作看似簡(jiǎn)單，但是，需要經(jīng)過多次、反復(fù)操作才能達(dá)到預(yù)期效果。具體步驟需要從拆洗、粘接、補(bǔ)缺、打磨，最后再模仿瓷器質(zhì)地，才能真正完成文物的修復(fù)。2016年元青花大展上的這件元青花套盒的修復(fù)工作用了整整6個(gè)月的時(shí)間。最后，信息最大化原則，文物修復(fù)人員在開展文物修復(fù)工作時(shí)，要在盡量不改變?cè)魑锏那疤嵯?，充分利?D打印技術(shù)完成文物的修復(fù)工作，最大限度保留文物原始信息，實(shí)現(xiàn)最大化修復(fù)還原，這樣能為文物的分析研究者提供良好的研究條件，從而獲取更多的文化信息。

圖1 修復(fù)后的元青花鴛鴦蓮池紋套盒

五、實(shí)例介紹

（一）戰(zhàn)國(guó)鹿形金怪獸的修復(fù)

這一文物長(zhǎng)11.0厘米，高11.5厘米，重257克（圖2），圖2為戰(zhàn)國(guó)鹿形金怪獸。鷹喙有一個(gè)凸出的眼球，大耳朵豎立，頭部的雙角向內(nèi)彎曲，形成一個(gè)倒轉(zhuǎn)的八字形，向后展開。角被分成四個(gè)叉，叉子的末端有一個(gè)浮雕怪獸的頭，同時(shí)還有一個(gè)鳥喙，有垂直的耳環(huán)和眼睛。整體看起來像怪獸的頭。頸部彎曲，前后相連，形成獸角的主干。怪獸的前肢筆直向前傾斜，后肢朝前，頭部低下，腰部纖細(xì)，身體中空，尾巴卷呈環(huán)狀，也被當(dāng)作怪獸的頭部。四肢的全身和上肢裝飾有凸云圖案，頸部和胸部裝飾有長(zhǎng)毛圖案，雙角和鉤喙裝飾有凸梳狀圖案。地蹄以四片花瓣的形式矗立在寺廟上。支架的中央凸起呈覆斗形，外圍花瓣上有3個(gè)小圓孔。支架鑄造并焊接在怪物的角和尾巴上，角和尾巴的焊接點(diǎn)凸出成金色的圓點(diǎn)和珠子。造型獨(dú)特，雕刻精美，反映了當(dāng)時(shí)匈奴金屬工人的高超技藝。

圖2 戰(zhàn)國(guó)鹿形金怪獸

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)來制作仿制品。通過對(duì)文物的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的收集，再將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過三維軟件進(jìn)行模型的建造，采用多項(xiàng)技術(shù)對(duì)戰(zhàn)國(guó)鹿形金怪獸的損壞部分進(jìn)行修補(bǔ)，最后生成了該文物的仿制品。

（二）近現(xiàn)代雙龍瓶的修復(fù)

近現(xiàn)代工藝品雙龍瓶（圖3），42.2厘米高，9.4厘米的口徑，底徑13.3厘米。在工藝品的直嘴、細(xì)頸、斜肩、鼓肚、腹頸都有線紋、雙龍耳、外翻圓足、平底。器具沒有龍耳，整件工藝品上都采用了醬色釉和油滴釉。

圖3 雙龍瓶

通過利用先進(jìn)的科學(xué)儀器JD Scan雙目光學(xué)測(cè)量機(jī)來完成雙龍品數(shù)據(jù)的三維掃描，完成相應(yīng)工作之后，將相關(guān)參數(shù)傳輸?shù)?D打印機(jī)中，并且輸出具體的指令。3D打印機(jī)根據(jù)計(jì)算機(jī)中的模型數(shù)據(jù)將雙龍瓶完美地復(fù)刻出來，用時(shí)非常短，需要2～3個(gè)小時(shí)。其優(yōu)點(diǎn)是不僅復(fù)刻時(shí)間更短，而且還可以掃描和打印原始工藝品受損部分的結(jié)構(gòu)，從而提高截面成型的工作效率。雙龍瓶和模型截面與物體本身的部分一致，可以通過直接拼接和黏合進(jìn)行修復(fù)。完工后，接頭上有一個(gè)精細(xì)的接頭，必須用膩?zhàn)犹畛洹Ｓ眯√?hào)牛角刀仔細(xì)整理，將膩?zhàn)虞p輕地涂在細(xì)縫上，將這一工作重復(fù)多次，直到表面光滑，然后用合適型號(hào)的砂紙進(jìn)行打磨。調(diào)配顏色是雙龍瓶制成最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。選用紅、黃、藍(lán)、紫、黑、白六種仿釉顏料，加入相應(yīng)比例的稀釋劑配制醬色，并利用噴筆為其噴上底色。由于工藝品本身的釉層是透明的，所以，在噴漆時(shí)必須添加適量的透明釉。在仿釉層完全干燥后，用0號(hào)劃線筆手工畫出龍的鱗片，然后噴上醬色釉。這樣，手繪鱗片就可以一層一層地“夾”在釉面上，最終達(dá)到釉面紋理透明的效果。最后，在修復(fù)后的零件上噴涂一層透明釉，使復(fù)制品的外觀光澤與真正的雙龍瓶無巨大差異。

六、結(jié)束語

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)以及復(fù)制的過程中，對(duì)文物安全預(yù)防工作以及減少二次損害都有跨時(shí)代的積極意義。在對(duì)稱文物中，還能運(yùn)用鏡像原理復(fù)制相反方向的部件，避免以往手工塑形翻模等復(fù)雜過程，保持文物原汁原味的韻味，在一定程度上，能夠促進(jìn)我國(guó)文物的保護(hù)工作，為相關(guān)的研究工作提供便利。