試論3D打印技術(shù)在博物館領(lǐng)域的應(yīng)用問題

【摘 要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高科技開始走進(jìn)人們的生活，讓大眾體驗到科技發(fā)展所帶來的便利和享受。作為公眾文化服務(wù)機(jī)構(gòu)的博物館正在成為前沿黑科技的試驗場，3D打印技術(shù)就是其中的代表之一，在數(shù)字化建檔、博物館展覽、藏品保護(hù)和文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)等方面發(fā)揮了獨特作用，將文化和科技完美的融合在了一起。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù)；博物館；展覽；數(shù)字化；文創(chuàng)

【中圖分類號】G260.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1007—4198（2025）01—253—03

3D打印，又稱三維打印，是一種快速成形技術(shù)。它以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造物體。由于其在制造工藝方面的創(chuàng)新，被認(rèn)為是“第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”。3D打印技術(shù)早在20世紀(jì)90年代中期就已出現(xiàn)，但由于價格昂貴，技術(shù)不成熟，早期并沒有得到推廣普及。經(jīng)過20多年的發(fā)展，該技術(shù)已更加嫻熟、精確，且價格有所降低[1]。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到許多學(xué)科領(lǐng)域，其中就包括在博物館中，在博物館數(shù)字化建檔、陳列展覽、文物保護(hù)以及文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)等方面廣泛運用，推動了博物館事業(yè)的發(fā)展。

一、數(shù)字化博物館建設(shè)

博物館信息化是指現(xiàn)行的博物館工作的各個部門和一切職能都能夠利用電腦成為日常工具，并且構(gòu)成一個以藏品信息數(shù)據(jù)庫為核心的一個網(wǎng)絡(luò)平臺。作為核心的藏品信息庫關(guān)系著數(shù)字化博物館建設(shè)效果的好壞，因此藏品的數(shù)字化建檔便成為了重中之重。博物館數(shù)據(jù)庫包括由藏品檔案、古建筑檔案、古遺址檔案、古文獻(xiàn)等基礎(chǔ)資料組成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和輔助各門類文物研究的專業(yè)數(shù)據(jù)庫兩大類。為適應(yīng)文物信息的全方位數(shù)值化要求，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容除了文檔部分外，還包括二維、三維圖像等多媒體部分。目前大多數(shù)博物館由于資金、技術(shù)、專業(yè)人才等種種條件的限制，大多沒有建立能支持大量三維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。

藏品信息數(shù)值化采集可分為直接數(shù)值化和間接數(shù)值化兩種。間接數(shù)值化是對已經(jīng)轉(zhuǎn)換成其他信息媒體的藏品信息進(jìn)行數(shù)值化處理，通常是對照片和錄像進(jìn)行數(shù)值化，最大優(yōu)總是不會造成文物損害。但攝影和錄像的主觀性很強(qiáng)，受到拍攝者認(rèn)識水平和技術(shù)水平的影響。因此，照片和錄像所保存的信息本來就不夠客觀完整，而照片和錄像數(shù)值化的過程又會有不可避免的信息損耗，因此存在著很大的缺陷。直接數(shù)值化是對文物實體進(jìn)行三微光學(xué)掃描，需考慮的是掃描設(shè)備是否會接觸文物并對文物造成損傷，儀器光源是否會損害文物。文物需要使用智能化掃描方式，掃描儀結(jié)合相應(yīng)軟件，自行對掃描結(jié)果進(jìn)行“平展”處理，不會出現(xiàn)變形問題。三維立體掃描是一種重要方式，不僅能夠全方位地采集文物的多層次信息，還可以還原為立體動態(tài)畫面。但是不同型號的文物需要不同規(guī)格的三維立體掃描設(shè)備。

不管是間接采集還是直接采集，所得到的數(shù)據(jù)和圖像都只是肉眼可以直接觀察到的部分，涉及到復(fù)雜文物或者體量過大的不可移動文物的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)便不得而知了。這時候便可以在查閱相關(guān)資料和實地考察之后，在了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，運用三維建模軟件例如3Ds Max等來對文物進(jìn)行三維建模，不僅能夠?qū)ξ奈锏耐庠谛蚊策M(jìn)行詳盡的記錄，也可以清楚把握文物的內(nèi)部構(gòu)造，這對文物鑄造工藝的研究以及文物保護(hù)等工作有極大的幫助。博物館藏品的3D掃描和3D電子數(shù)據(jù)庫建設(shè)為后續(xù)陳列展覽、文物保護(hù)以及文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)等工作奠定了基礎(chǔ)，也決定了后續(xù)工作的進(jìn)展和效果，因此必須格外重視。

二、陳列中的輔助展品制作

博物館陳列是指在一定空間內(nèi)，以文物標(biāo)本為基礎(chǔ)，配合適當(dāng)輔助展品，按照一定的主題、序列和藝術(shù)形式組合成的，進(jìn)行直觀教育、傳播文化科學(xué)信息和提供審美欣賞的展品群體。陳列是博物館進(jìn)行社會教育、傳播信息、提供審美欣賞、為科學(xué)研究提供參考服務(wù)的主要工作方式，也是博物館向社會提供的特殊精神產(chǎn)品。輔助展品是博物館調(diào)動、擴(kuò)充、延展、豐富陳列展覽內(nèi)涵的重要手段。從廣義的角度上理解陳列展覽中的輔助展品應(yīng)該是除了文物之外的所有上展的內(nèi)容，主要包括文物復(fù)制品、圖表、照片、模型、沙盤、場景、多媒體、互動項目等。其中，利用3D打印技術(shù)便可以很好的完成文物復(fù)制品的工作。

目前，這一技術(shù)在國內(nèi)外的科技類博物館中使用較多。最早可以追溯到2007年，康奈爾大學(xué)傳動機(jī)械博物館采用3D打印技術(shù)復(fù)制出300多臺19世紀(jì)的機(jī)器，學(xué)生通過觀摩這些復(fù)制品對那段時間的歷史片段有了直觀的感受和體驗。在國內(nèi)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用相對較晚，中國科學(xué)技術(shù)館在2009年率先引進(jìn)一臺光固化成型3D打印機(jī)并建成“快速成型”展項，拉開了3D打印技術(shù)在博物館中應(yīng)用的序幕[2]。但由于這個設(shè)備使用和維護(hù)成本過高，軟件操作太復(fù)雜，這個展項一度被暫停，不過3D打印技術(shù)在博物館中應(yīng)用的探索并未因此停止。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，3D打印技術(shù)越來越普及，成本和操作難度也進(jìn)一步降低。2014年啟動的“掃描世界”在線項目收集有3000多件世界各地文物的3D模型，包括藝術(shù)史上那些最著名的雕塑作品，如米開朗基羅、羅丹等人的作品[3]，公眾可以通過下載自己喜歡的文物的3D打印數(shù)據(jù)去自己打印文物模型，方便由于地理局限而不能去博物館的人群有接觸到文物的機(jī)會。從隔著玻璃展柜看到可以拿在手上把玩，觀眾的體驗感和參與度得到巨大的提升。傳統(tǒng)意義上博物館與觀眾之間的互動主要是視覺上的，通過在電子屏幕上使用文字、圖片或者視頻，讓觀參與其中。文物復(fù)制品可以讓觀眾觸摸，連接著觀眾與文物，讓他們對文物能有更直觀的認(rèn)識。曼徹斯特博物館中有一個通過3D打印精心制作的石碑的文物復(fù)制品，其中加入了多個傳感器，觀眾可以去觸摸那些石碑的表面，感受石碑上雕刻的弧度，一旦出發(fā)了其中的傳感器，旁邊的屏幕和揚聲器便會播放有關(guān)的內(nèi)容和講解，觀眾便可以自己去探索石碑上的文字、符號所蘊(yùn)含的特殊意義。相比與其他文物復(fù)制品，3D打印的文復(fù)制品能更好還原文物的特征與細(xì)節(jié)，給觀眾更加真實、直觀的參觀體驗。同時，這些文物復(fù)制品也能很好的照顧到一些特殊人群，比如視覺有障礙的人群，或者是好奇心比較重的小朋友或嬰兒——他們通常通過觸摸去認(rèn)識、感知外面的世界。

三、藏品保護(hù)中的應(yīng)用

博物館藏品保護(hù)是自然科學(xué)中的一門研究人類文化遺產(chǎn)和自然現(xiàn)象遺存的質(zhì)量變化規(guī)律的科學(xué)。是研究對抗自然力對藏品破壞的科學(xué)，即研究歷代各種質(zhì)地文物和標(biāo)本，在內(nèi)外因素影響下的質(zhì)量變化規(guī)律，應(yīng)用科學(xué)技術(shù)手段，維護(hù)藏品質(zhì)量，對抗一切形式的質(zhì)變，組織延緩質(zhì)變的過程，控制降低質(zhì)變速度，對藏品的劣化進(jìn)行綜合防治。博物館藏品保護(hù)的主要工作方面包括：①藏品的科學(xué)檢測和分類；②藏品的保護(hù)與修復(fù)處理；③藏品所處環(huán)境的檢測和控制，即預(yù)防性保護(hù)。為了更好地保護(hù)文物本體、展示出文物的歷史價值、藝術(shù)價值和科學(xué)價值，在對文物進(jìn)行保護(hù)修復(fù)的同時要遵循著最小干預(yù)原則、可逆性原則、原真性原則和預(yù)防性保護(hù)原則。文物修復(fù)雖然是一門傳統(tǒng)的手工技藝，有著修復(fù)文物的傳統(tǒng)價值觀念，現(xiàn)代文物遺產(chǎn)保護(hù)的要求對文物保護(hù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，這就要求現(xiàn)代修復(fù)材料和修復(fù)手段的提高，在這一背景之下，3D打印技術(shù)出現(xiàn)了，將現(xiàn)代修復(fù)材料、技術(shù)與文物保護(hù)修復(fù)原則完美結(jié)合，為文物保護(hù)提供了新的思路。從技術(shù)層面上講，文物復(fù)制品的制作就是文物修復(fù)的前提和基礎(chǔ)。

3D打印技術(shù)可以對文物殘缺的部分進(jìn)行修補(bǔ)，通過3D掃描儀對文物空間外形、結(jié)構(gòu)、色彩以及缺失部位進(jìn)行掃描，實現(xiàn)非接觸測量，再通過計算機(jī)程序的測算，獲取精確的損失部位三維數(shù)據(jù)，從而復(fù)原得到完整的三維數(shù)字模型。通過對文物材質(zhì)的數(shù)字化分析，3D打印機(jī)可直接制作出文物缺失部位，且吻合度極高，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)制部件與文物殘破邊緣的無損對接，最終復(fù)原文物全貌[4]。例如湖南省博物館在修復(fù)鵲尾爐時發(fā)現(xiàn)由于文物特殊的情況，翻范法會對文物造成破壞，因此便采用了3D打印的技術(shù)制作了鵲尾爐的配件，再經(jīng)過后續(xù)的做舊、清洗和加固流程，僅僅花了4天的時間便完成了修復(fù)任務(wù)[5]。

相比于傳統(tǒng)的修復(fù)方法，3D打印技術(shù)修復(fù)效率高、速度快，對于一些保存狀況情況特別差，無法用常規(guī)方法修復(fù)或者瀕臨損毀的文物具有重要的意義。在進(jìn)行修復(fù)的時，采用數(shù)字化的方式建模，也避免了傳統(tǒng)的翻模補(bǔ)配法可能會對文物造成二次破壞的安全隱患。不過目前3D打印技術(shù)仍然存在著缺陷，例如一些大型文物由于體積大小限制可能要拆分開打印，對文物整體性有所影響；其次，打印材料品種較為單一，不能一次性成型，還需后續(xù)人工進(jìn)行上色、做舊等處理?？傮w來說，3D打印技術(shù)作為一種新興的增材制造技術(shù)，在文物保護(hù)中的應(yīng)用前景還是非常廣闊的。

四、文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)

博物館文創(chuàng)產(chǎn)品是博物館工作者結(jié)合市場需求，深入分析和開發(fā)博物館現(xiàn)有的館藏文化資源，并體現(xiàn)博物館文化價值和市場價值的產(chǎn)品。博物館文創(chuàng)產(chǎn)品主要以物質(zhì)產(chǎn)品為載體，作為文化創(chuàng)新產(chǎn)品，它易于人們的接受，是傳播博物館文化的審要渠道之一，彰顯了博物館的文化價值。

從2016年以來，一系列政策法規(guī)密集出臺，鼓勵文博創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此2016年被認(rèn)為是博物館IP運營元年，也意味著文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)在政策和實踐層面正式成為博物館的“標(biāo)配”，博物館運營全面進(jìn)入文創(chuàng)時代。在相關(guān)政策的推動下，博物館文創(chuàng)從剛開始可愛造型的玩具、掛件等衍生產(chǎn)品向文博IP的轉(zhuǎn)型。以故宮為代表的一些博物館在文創(chuàng)產(chǎn)品的開發(fā)和銷售上取得了顯著的成果。僅2017年，故宮博物院文創(chuàng)產(chǎn)品就有數(shù)萬種。年銷售額達(dá)15億。然而，除了故宮博物院等少數(shù)成功的博物館，還有更“坐擁”大量傳統(tǒng)文化基因的博物館在文創(chuàng)開發(fā)上并不如意，沒有把本館的特色文化與文創(chuàng)產(chǎn)品結(jié)合起來，不少專業(yè)性或者偏遠(yuǎn)地區(qū)的博物館的文創(chuàng)產(chǎn)品依舊停留在粗糙的創(chuàng)意設(shè)計階段。因此，文化產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)意變成了急需解決的問題。

3D打印作為一種新型技術(shù)對顧客本身具有很強(qiáng)的新鮮感和吸引力，在價格適中的情況下，3D打印的文創(chuàng)產(chǎn)品能激發(fā)人們想要嘗試的心理。利用3D打印技術(shù)，結(jié)合文物的模型，可以根據(jù)觀眾的需要定制他們想要的文物模型的樣子，既可以滿足觀眾想要“把文物帶回家”的需求，也可以給博物館提供一些大眾審美需求向的創(chuàng)意設(shè)計。對于博物館中比較受歡迎的精美文物或者鎮(zhèn)館之寶，他們的制作工藝難度大且復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的制作工藝可能實現(xiàn)不了完美的復(fù)制，而且材料的選用單一。3D打印技術(shù)可以選用多種原材料進(jìn)行組合制作，也可以讓觀眾自己選擇想要使用的材料，通過不同材料給予觀眾不同的觸感體。例如中國3D打印文化博物館的文創(chuàng)產(chǎn)品3D漫畫，通過抓拍公眾面部特征，結(jié)合人物造型為公眾定制人像；此外，博物館現(xiàn)場的DIY定制珠寶體驗，通過專屬設(shè)備，公眾可按照個人喜好自行快速設(shè)計珠寶形狀、尺寸、厚度及材質(zhì)，現(xiàn)場定制創(chuàng)作獨一無二的珠寶首飾，受到了消費者的青睞[6]。隨著新博物館學(xué)的興起和博物館以觀眾為中心的理念及實踐的探索，博物館文創(chuàng)產(chǎn)品的私人定制需求越來越強(qiáng)，3D打印技術(shù)在文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用會給消費者帶來新的感受和體驗。如何利用3D打印技術(shù)開發(fā)文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計，并且有更多創(chuàng)新點，這是文博工作相關(guān)人員和企業(yè)需要考慮的問題。

五、結(jié)語

作為一項新興的應(yīng)用科技，3D打印技術(shù)在行業(yè)內(nèi)外受到了廣泛的關(guān)注，大量的高校、科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)也都紛紛投入人力物力進(jìn)行技術(shù)研發(fā)工作。3D打印技術(shù)在博物館中占據(jù)了重要的地位，在未來的發(fā)展中，3D打印技術(shù)也可以與互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能機(jī)器人等緊密結(jié)合起來，讓博物館在公共文化服務(wù)中做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]裴晏.復(fù)制、傳播和反抗——3D打印如何改變博物館[J].IT經(jīng)理世界，2016（16）.

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[5]劉亮，李園，吳小燕.3D打印技術(shù)在文物修復(fù)上的應(yīng)用和探討——以鵲尾爐修復(fù)為例[J].湖南省博物館館刊，2018（Z1）.

[6]鄭嵐.淺析文旅科技融合下的專題博物館發(fā)展與創(chuàng)新——以中國3D打印文化博物館為例[J].傳播與版權(quán)，2020（2）.

作者簡介：周璞（1985—），女，漢族，河南舞陽人，常州市武進(jìn)區(qū)博物館，副研究館員，研究方向為博物館學(xué)、陳列展覽、地域考古；馬超（1998—），男，漢族，江蘇揚州人，常州市考古研究所，助理館員，研究方向為文物保護(hù)。