文物修复和复制中的3D打印技术

3D打印（即三维打印、增材制造，也称作快速成型技术（Rapidprototype，诞生于20世纪80年代后期，它是基于材料累加原理的快速成型操作过程，将计算机中的三维模型通过向物品分层添加材料来创造出实物的一种叠层制造技术，具有不受零件复杂程度限制，完全数字化控制等特点。

清华大学是国内最早开展快速成型技术研究的单位之一，在基于激光和电子束等3D打印技术基础理论、成型工艺、成型新材料及应用方面都有深入的研究。华中理工大学在20世纪90年代初与新加坡KINERGY公司合作，开发出基于分层叠纸式（LOM快速成型技术的Zippy系列快速成型系统，并建立起LOM成型材料性能的测试指标和测试方法。欧洲最大的3D扫描仪日前在布拉格展出，这架三维扫描仪可用于扫描人、动物和物品。虽然3D打印技术在医学、建筑、航空等广泛领域都有所应用，但在文物修复（古陶瓷器、复制中却未得到尝试。

在修复器物残缺部位时，传统的工艺是用打样膏或硅橡胶对文物器物直接取样、翻模，然后对残缺处进行修复。但是在某些特殊的案例中，例如修复质地疏松的陶器时，传统的翻模方法便不适合直接在其表面进行操作了。随着现代科技的迅猛发展，可以做到在不直接接触文物器物的前提下，通过高科技技术手段，如三维立体扫描、数据采集、建模、打印等，将复制件及残缺部分打印、复制成型。此类翻模方式不仅节省材料，提高材料利用率，可快速精准成型，更重要的是大大避免了翻模时直接接触文物而对文物本体造成的二次伤害。

下面简单介绍两个笔者应用3D打印技术对文物（或工艺品进行修复和复制的案例，一是修复近现代工艺品双龙瓶，一是复制汉代三足陶鼎。

这两件器物的修复理念不同于展览陈列修复，而是本着保护为主的原则，在对原器物最小干预的前提下，将现代科技三维立体扫描及3D打印技术结合传统的作色工艺对器物进行扫描、打印及修复。修复中使用了JD-scan双目光学测量机对器物进行三维立体扫描。双目光学测量机就是将在三维物理空间中的被测物体复制到三维数据空间当中并进行重现，又称为建立三维模型。当光线垂直照射被测物体表面时，运动控制器通过驱动器控制步进电机带动双目面阵CCD，实时地将被测物体的图像送入图像采集卡。图像采集卡把采集到的数据信息送入计算机进行相应的图像处理以后得到三维的数据点云。这样精确的扫描技术，很大程度上克服了器物在修复过程中翻模、塑型的准确性问题。成像后再使用双盒光敏树脂材料进行喷墨打印。打印机内装有液体打印材料，与电脑连接后，通过电脑控制采用分层加工、叠加成型方式来“造型”，将设计产品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，通过一层层的叠加，最终把计算机上的蓝图变成实物。

近现代工艺品双龙瓶修复

近现代工艺品双龙瓶，高42.2厘米，口径9.4厘米，底径13.3厘米。直口、细长颈、斜肩、鼓腹，腹部及颈部有弦纹、双龙耳、圈足外撇、平底。器物缺失一龙耳，整体施酱色釉；器身完整，通体油滴釉。

双龙瓶双目光学测量机三维立体扫描后，其参数被传送至3D打印机（BJET30并输出指令，3D打印机便根据电脑中的模型数据来打印出最终成品。整个过程所需时间不过两三个小时，不仅用时少，而且可以扫描并打印出原器物损坏处断面的结构，提高了断面处塑形的工作效率。打印出的成品与原器物大小一致，模型的截面与器物本身断面相吻合，可直接拼接、黏结进行修复。黏结完毕后，用腻子填平拼接处存在的细缝。可用小型牛角刀将腻子轻轻刮涂在细缝处，多次反复直至表面光挺平服，再选用相应型号的砂纸打磨。

作色是双龙瓶修复最关键的一道工艺。笔者选用红、黄、蓝、紫、黑、白这六种仿釉颜料，加入相应比例的稀释剂调配酱色，再用喷笔喷绘底色。因器物本身釉层透明，在喷色过程中需要加入适量的透明釉。仿釉层干透后，用0号描线笔手工描绘龙的鳞片，再喷涂酱色釉。这样的作色方法可将手绘的鳞片“夹”在釉层中，层层递进，最终达到透明釉质感的效果。最后在修复处喷涂一层透明釉，使光泽与原器物一致。

汉代三足陶鼎复制

汉代三足陶鼎，短直口、斜肩、鼓腹、腹部凸起弦纹、双耳、兽足；器物内侧与底部留有经烧结后形成的火石红，表面有“暴汗”现象。（“暴汗”是指在不挂釉的陶器上，经过入窑焙烧后，器表面出现一种极薄的亮层。这件器物的“暴汗”处断面极薄、形状自然且均匀。“暴汗”部位多在器物的口沿与肩部，越靠下方与胎体的结合越不紧致，甚至有些地方已剥落。

用上述3D打印技术将复制件打印成型后，采用传统作色工艺对其上色、做旧。笔者将仿釉颜料与稀释剂相调和，先用喷笔将器物基底色整体地喷绘一层，使得整体色相与原器物相接近，再选用与原器物色彩风格一致的矿物质颜料局部弹拨、上色、做旧，仿制出原件“暴汗”处的光泽度。