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    科技对抗野蛮 3D打印开创文物保护新方式

    2018-10-19来源:3D帝国网

      文物是人类在历史发展过程中留下来的遗物、遗迹,是人类文明的重要载体,也是宝贵且不可再生的资源。在漫长的历史长河中,历代的艺术家们留下的艺术瑰宝或多或少都遭到了损坏。因此,对世界上这些伟大的文化艺术品进行保护是一件非常重要和必要的事情。

      3D打印作为21世纪具有颠覆性的技术之一,其在文物保护等领域的潜在价值正逐渐被挖掘出来,一些考古工作者开始尝试着将3D打印技术用于文物复制、残缺文物修复以及文物碎片的拼接等方面,并身体力行的加快文物修复进程,使珍贵的文物能够长久留存。

      3D打印应用于历史文物修复

      陕西博物馆利用3D打印技术修复西汉匈奴鹿形金怪兽

      几年前,陕西博物馆利用3D打印技术,制作出国宝级文物——鹿形金怪兽的仿品。鹿形金怪兽的形象非常奇特,为一只长着多分枝卷角的鹿形,但有鹰喙形嘴,每一个分枝卷角的顶端和尾端也生出一个同样的兽头,状如传说中的九头鸟,它是匈奴人冠冕上的装饰,反映了匈奴人对勇猛强悍动物的崇拜。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,被誉为是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。

      3D打印助力济南四门塔千年文物大修

      2015年,千年文物四门塔大修的时候同样利用3D打印技术,技术人员全方位采集古建以及雕塑的细节信息,制作出一个逼真程度高的虚拟3D模型,通过电脑展示文物的全貌。按照文物信息采集技术标准,展示出虚拟3D模型,为文物修复保护提供了参考。传统工艺在修复文物时直接在表面上操作,容易造成对文物的二次损伤。而3D打印技术,可以在不接触文物的前提下,通过立体扫描、数据采集、绘画模型打印等一系列步骤,对文物进行修补甚至复刻。

      3D打印修复世界最大千手观音

      重庆市大足县宝顶山千手观音雕刻于南宋中后期,距今有800多年历史。整个石刻佛像,包括一个千手观音主尊和四个侍者,有7.7米高、12.5米宽。刻在15~30米高的悬崖上,覆盖了近88平米的崖面,是世界上最大的千手观音雕像。为了更好地修复与文物保护,石刻景区在千手观音主尊修复工程中首次引入3D打印技术。缩小版的千手观音主尊像的3D打印模型比例为1:3,打印模型主要用于主尊像的形态修复。

      3D打印鲸鱼骨架“希望”

      去年,伦敦自然历史博物馆(NHM)经历自1881年成立以来的第一次大型整修,其中,“希望(Hope)”——一条20岁蓝鲸的骨架,成为新焦点。希望长25.2米,在此次整修中,NHM决定将它从哺乳动物画廊移到前厅,并对它进行了3D扫描,NHM用3D打印复制品替代了骨架上的易碎部分,同时为骨架上的少量缺失部分打印填补骨头。

      3D打印修复古代巴比伦空中花园

      3D打印修复文物,不再仅仅局限于小型“青铜鼎”之类的物件或者大型古迹的补色修复,而是能够真正打印出如宫殿般的巨大文物遗迹,让现代文明留住历史。比如,古代的巴比伦空中花园,可以说是古建筑文明中一道夺目的风景线,但是,古文明时期的民族战乱,再加上现代中东动荡,让这座美丽的城市丢弃了很多珍贵的文物。面对残垣断壁,以前的考古学家只能扼腕叹息。3D打印技术的出现,让它再现当年风采。

      3D打印复原贝尔神庙

      约建于公元32年,位于叙利亚城巴尔米拉的古罗马神庙是供奉巴尔米拉人的贝尔神。从远古时代的自然神崇拜到古罗马帝国的基督教文明,贝尔神庙一直矗立在巴尔米拉城,纵使文明几经更迭,神庙却一直被完好无损地保存了下来。曾被认为是巴尔米拉废墟上最具代表性、保存最完好的神庙遗迹,还被联合国教科文组织列入世界遗产。然而,就在2015年8月23日,这座经历了2000年历史的神庙被极端恐怖组织ISIS无情地摧毁了。历经千年风霜的神庙如今只余下一个拱门,孤零零地伫立在巴尔米拉的废墟之上。来自哈佛、牛津大学以及迪拜未来博物馆的研究人员组建了数字考古研究所(IDA),他们计划用数字成像和3D打印技术,来复原被ISIS摧毁的古建筑。贝尔神庙的部分部件采用了位于上海的一台大型3D打印机进行打印。部件打印完成后会被运到意大利进行后期处理,然后运往英国的特拉法尔加广场进行展示。与此同时IDA方面表示,希望有朝一日通过3D打印技术复原整个贝尔神庙。

      3D打印如何用于文物修复?

      文物修复工作是一项极为复杂的工程,但是同时对于文物的保护也起着极为关键的作用。在修复器物残缺部位时,传统的文物复制一般直接在文物上翻模,对于不适于翻模的文物(如表面有彩绘、陶质文物)则采用粘土塑形复制。这样的复制方法会造成两种不利影响,首先是翻模材料残留在文物表面,对文物造成污染;其次塑形与文物不能达到百分之百的一致。而结合三维扫描技术的3D打印可以很好地解决这些问题。

      3D打印技术修复文物,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。

      在修复文物的过程中,首先需要有3D立体模型图,然后配套的软件会把图上的物体数据模型进行一系列数字切片,这些切片信息传送到打印机,打印喷头根据切片信息,一层层极薄地堆叠出立体物件。

      3D打印技术的优势在于,它可以无限制地复制,首先使用三维扫描技术获得复制文物的三维模型,再使用3D打印获得复制品,再在复制品的基础上翻模复制,实现批量化制作。因为依据三维扫描获得的文物三维数字模型,使用数控加工手段,可以复制出文物的真实形貌或制作文物衍生品,用于代替文物真品进行实物展示,使人们能够欣赏文物造型的同时,减少和避免对文物真品的损伤。

      3D扫描+3D打印技术 推进文物数字化管理

      随着3D打印和3D扫描技术的应用,为文物修复带来了新的可能。利用三维扫描采集文物古迹的点集,输入计算机进行过滤和建模,最终应用于文物的保护和修复,使得人类文明在经历暴行摧残之后依旧可以屹立于世。因此,3D打印在保护古代文明方面被称为一种“有尊严”的技术。

      1、三维数字存档

      传统二维照片存档操作方便,但文物的细节以及三维特点无法通过照片存档的方式得以保存。而3D扫描对文物进行数字化重建,以构建文物真实的三维数据模型并存档,可实现对文物的立体造型和局部细节的完整展示,也为未来文物科研、实物修复及再造等方面提供精准的数据支持。

      2、文物科研教育

      以往学生仅能通过文献资料探知或想象历史,而如今依托于文物高精度三维数据的科学研究和科普教育,让学生真实触摸历史不再是难题。比如意大利COOPCLIMAX机构长期与博物馆和私人收藏家合作,帮助他们数据化存档文件,并将这些三维数据应用于学生历史及科研系教育课程;深圳极光尔沃3D打印工作室为某中学打印一座商代青铜器“四羊方尊”,让学生可以近距离触摸历史,而不仅是观看书本上的二维图片。

      3、文物精准修复

      近年来,越来越多考古工作者开始尝试着将3D打印技术用于文物复制、残缺文物修复以及文物碎片的拼接等方面。与传统方式相比,3D打印技术在复原并保存历史文物方面具有重要的意义,有效避免了人类的历史记忆被抹杀。未来,随着3D打印产业链日益完善,3D打印与3D扫描技术或将撑起数字化文物保护的“绿色保护伞”。

      4、文物再造与衍生品

      文物是不可再生的文化资源,是国家的“金色名片”,几乎很少走出博物馆,可谓是“藏在深闺少人识”。而借助高精度的3D扫描、3D打印装备,再造或复原损毁的文物,或生产现存文物的衍生品、替代展示品,不仅让文物进入“寻常百姓”家,还推动了我国历史文化的传播及普及。

      此外,传统文物再造工艺往往需要耗费大量的人力、物力及时间成本。相比之下,借助3D打印再造文物用时较短且还原度较高。尤其是在对复杂易碎、局部残缺、不适翻模等文物进行复制时,3D打印技术往往能够实现无损、快速、精确的良好效果。而未来随着3D打印、3D扫描技术不断完善,其将在文物数字化应用领域方面发挥越来越重要的作用。

      结束语:3D打印为有残缺和被破坏的文物带来了第二次生命,虽然复原物并不能完全替代被摧毁的文物,但不可否认的是,3D打印复原技术将成为考古、文物鉴赏等领域不可缺少的重要技术支撑。随着3D打印技术的成熟,可以结合计算机技术实现文物及考古现场的数字模型的建立和信息化存储,进而对数字模型进行管理和应用。可以预测,3D打印技术在文物修复领域将具有更加广阔的研究和应用前景。

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