3D 打印技术在陶瓷类文物修复和复制中的应用

杨淑娴（海阳市博物馆，山东 海阳 265100）

3D打印技术近几年发展，已经成为人们认可的技术革命，并且逐渐成为社会高度关注的热点。虽然这项技术源自美国，但是，随着我国科学技术以及信息技术的快速发展，这项技术引入我国之后，迅速成为现代模型模具制造以及产品零件制造的主要手段，并且在其他领域也得到了重用。我国的文化历史久远，文物作为古人智慧的产物，承载着大量的文化信息，便于后人充分了解相关的历史。文物的保护、修复以及复制成为文物保护工作的重要任务，而陶瓷类的文物在保护、修复以及复制的过程中，由于其自身的脆弱性，通常会出现不同程度的破损，将3D打印技术应用在陶瓷类文物的保护、修复以及复制工作中十分重要。现如今，在文物修复工作者以及相关人员的不断努力下，3D打印技术已经在陶瓷类文物的修复以及复制工作中有了应用，成为目前降低文物二次损坏的一项重要手段。

一、3D打印的技术类别以及应用范围

3D打印中有很多的技术类别，不同之处在于使用材料的方式，并且通过不同层进行部件的构建。3D打印常用的材料通常包括耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银镀金以及橡胶类材料。其中，3D打印的技术分类主要有：3DP技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版印刷技术、SLS选区激光烧结技术、DLP激光成型技术以及UV紫外线成型技术。

随着3D打印技术的日益成熟，不仅打印材料在不断创新，而且创新领域也在不断扩展，例如服装、食品、房屋、汽车以及航天器，甚至是高端部件以及人体器官领域都可以应用3D打印技术。如今，3D打印技术飞速发展，并且在全世界不同领域得到了充分的应用。

二、3D打印技术在陶瓷类文物中的修复

3D打印技术通过三维打印进行陶瓷类文物的修复工作，首先通过计算机的建模软件进行文物模型的建立，之后再将建成的三维模型分区成逐层的截面，最后指导打印机进行逐层打印，完成对文物的修复。在陶瓷类文物实际修复工作中，将3D打印技术应用主要体现在数据的操作上，即利用三维数据，对文物的缺失部分进行修复。首先填充文物的缺失部分，再复制文物完整的实体，最后将复制后的部分进行打印，修复文物缺失的部分。如果需要修复的文物面积过大，并且存在相同以及相反部分，那么可以截取文物较为完整的部分，再通过镜像处理，得到较为完整的补充部分，就可以对缺失的文物进行修补了。除此之外，还可以运用布尔运算计算文物缺失的部分，最后再通过打印完成文物的修复。将3D打印技术应用到陶瓷类文物的修复工作中具有较多优势，例如，可以进行非接触式的扫描、修复以及复制，工作效率以及质量较高，这样可以在很大程度上减少对文物的损坏，并且与传统的修复工艺相比，其修复更加快速、精确。

三、3D打印技术在陶瓷类文物中的复制

3D打印技术在陶瓷类文物复制工作中的应用工作流程主要分为三个环节：首先，精确获取文物高精度三维数据；其次，通过三维软件进行文物的建模工作；最后，输出三维数据，也就是将文物打印成型。文物在保存的过程中，通常会受到各种各样环境因素的影响，因为在自然状态下遭受损毁的文物不适合进行陈列或者运输，但是，由于文物研究的需要，必须运输的情况也存在。只有通过复制的方式，应用真正的文物，通过3D打印技术为其制造一个“替身”，才能满足相关的研究以及博物馆的陈列需要。这样的方式不仅可以起到保护文物的作用，还可以通过一些特殊的手段延长文物的寿命。目前，将3D打印技术应用到文物的复制工作中，不仅促进了文物复制技艺的发展，而且保障了文物的安全，为文物的研究提供了有利条件。

四、陶瓷类文物修复原则

陶瓷类文物对的修复工作需要遵循相应的原则，进而应用3D打印技术完成陶瓷类文物的复刻。其应遵循的原则包括可逆原则、最小干预原则以及信息最大化保留原则。首先，可逆原则，指的是修复材料和技术的可逆性。如果新的材料和技术可以重复之前的修复步骤，那么，瓷器就可以始终处于再次修复的状态，从而使文物在今后的岁月里都可以通过先进的技术得到修复。其次，最小干预原则，是国际上较为流行的文物修复概念，主要是通过黏合的方式对破损严重的文物进行修复，例如，在2016年元青花大展上展示的一件元青花套盒（图1），图1为修复后的元青花瓷器。这件套盒在博物馆收藏之前就破损得非常厉害。但是，先前收藏的人修复手段不专业，工艺既不专业也不成熟。在博物馆收藏之前，相关的专业修复人员必须要先将黏合的痕迹去除，然后进行清洗，使瓷器还原成刚碎的状态。拼接后，通过缓慢干燥对瓷器许多部位进行详细调整，涂胶后瓷器的表面应非常平整。使用矿物调色剂和树脂来缩小间隙，对瓷器进行修复。修复后瓷器的平整度就连手指划过都不会留有痕迹。这些修复文物的工作看似简单，但是，需要经过多次、反复操作才能达到预期效果。具体步骤需要从拆洗、粘接、补缺、打磨，最后再模仿瓷器质地，才能真正完成文物的修复。2016年元青花大展上的这件元青花套盒的修复工作用了整整6个月的时间。最后，信息最大化原则，文物修复人员在开展文物修复工作时，要在尽量不改变原器物的前提下，充分利用3D打印技术完成文物的修复工作，最大限度保留文物原始信息，实现最大化修复还原，这样能为文物的分析研究者提供良好的研究条件，从而获取更多的文化信息。

图1 修复后的元青花鸳鸯莲池纹套盒

五、实例介绍

（一）战国鹿形金怪兽的修复

这一文物长11.0厘米，高11.5厘米，重257克（图2），图2为战国鹿形金怪兽。鹰喙有一个凸出的眼球，大耳朵竖立，头部的双角向内弯曲，形成一个倒转的八字形，向后展开。角被分成四个叉，叉子的末端有一个浮雕怪兽的头，同时还有一个鸟喙，有垂直的耳环和眼睛。整体看起来像怪兽的头。颈部弯曲，前后相连，形成兽角的主干。怪兽的前肢笔直向前倾斜，后肢朝前，头部低下，腰部纤细，身体中空，尾巴卷呈环状，也被当作怪兽的头部。四肢的全身和上肢装饰有凸云图案，颈部和胸部装饰有长毛图案，双角和钩喙装饰有凸梳状图案。地蹄以四片花瓣的形式矗立在寺庙上。支架的中央凸起呈覆斗形，外围花瓣上有3个小圆孔。支架铸造并焊接在怪物的角和尾巴上，角和尾巴的焊接点凸出成金色的圆点和珠子。造型独特，雕刻精美，反映了当时匈奴金属工人的高超技艺。

图2 战国鹿形金怪兽

这件金怪兽造型奇特，综合运用了多种工艺，制作精湛，全面反映了匈奴金银器制作技术的高超水平，被誉为最有代表性的匈奴艺术珍品。为了更好地保存原件，陕西博物馆选择了利用3D打印技术来制作仿制品。通过对文物的三维数据进行精确的收集，再将相应的数据传入计算机内，通过三维软件进行模型的建造，采用多项技术对战国鹿形金怪兽的损坏部分进行修补，最后生成了该文物的仿制品。

（二）近现代双龙瓶的修复

近现代工艺品双龙瓶（图3），42.2厘米高，9.4厘米的口径，底径13.3厘米。在工艺品的直嘴、细颈、斜肩、鼓肚、腹颈都有线纹、双龙耳、外翻圆足、平底。器具没有龙耳，整件工艺品上都采用了酱色釉和油滴釉。

图3 双龙瓶

通过利用先进的科学仪器JD Scan双目光学测量机来完成双龙品数据的三维扫描，完成相应工作之后，将相关参数传输到3D打印机中，并且输出具体的指令。3D打印机根据计算机中的模型数据将双龙瓶完美地复刻出来，用时非常短，需要2～3个小时。其优点是不仅复刻时间更短，而且还可以扫描和打印原始工艺品受损部分的结构，从而提高截面成型的工作效率。双龙瓶和模型截面与物体本身的部分一致，可以通过直接拼接和黏合进行修复。完工后，接头上有一个精细的接头，必须用腻子填充。用小号牛角刀仔细整理，将腻子轻轻地涂在细缝上，将这一工作重复多次，直到表面光滑，然后用合适型号的砂纸进行打磨。调配颜色是双龙瓶制成最关键的一个环节。选用红、黄、蓝、紫、黑、白六种仿釉颜料，加入相应比例的稀释剂配制酱色，并利用喷笔为其喷上底色。由于工艺品本身的釉层是透明的，所以，在喷漆时必须添加适量的透明釉。在仿釉层完全干燥后，用0号划线笔手工画出龙的鳞片，然后喷上酱色釉。这样，手绘鳞片就可以一层一层地“夹”在釉面上，最终达到釉面纹理透明的效果。最后，在修复后的零件上喷涂一层透明釉，使复制品的外观光泽与真正的双龙瓶无巨大差异。

六、结束语

3D打印技术由于不需要接触文物就可采集信息，在文物修复以及复制的过程中，对文物安全预防工作以及减少二次损害都有跨时代的积极意义。在对称文物中，还能运用镜像原理复制相反方向的部件，避免以往手工塑形翻模等复杂过程，保持文物原汁原味的韵味，在一定程度上，能够促进我国文物的保护工作，为相关的研究工作提供便利。