3D打印修复文物古迹 科技与野蛮的较量

（原标题：3D打印修复文物古迹 科技与野蛮的较量）

【中关村在线办公打印频道原创】3D打印技术在复原并保存历史文化方面具有重要意义，能还原文物的真实性，记录这些文物曾经遭受灭顶之灾的历史，有效避免了人类的历史记忆被抹杀。

3D打印修复文物古迹 科技与野蛮的较量

一直以来，文物古迹的保护始终困扰着考古界，文物作为一种不可再生资源，一旦被毁掉，将再也不复存在，比如，西安秦始皇兵马俑，刚刚出土的时候色泽亮丽，表情栩栩如生，如今早已失去刚刚出土时的风采，风化严重，鲜艳的色泽消失了，暗淡如同黄泥。

据说这是兵马俑刚挖出来的样子（图源：tiexue.net）

多年以后，你看到的兵马俑的颜色是这样的

西汉海昏侯大墓出土的文物珍宝

考古学家在抢救被破坏的古墓时，常常会遇到各种难题，当年，在对马王堆汉墓进行考古发掘时，起初放在祭祀器里的藕片等食材，保有原先的样子，可不久后便碳化了。还有西汉海昏侯墓，不知道里面的小米、香瓜子是不是有着同样的遭遇。

位于马鞍山博物馆的朱然墓

马鞍山朱然墓中的棺椁

相比这些陪葬品，棺墓主人遗体的瞬间消失更为考古界惋惜。早在80年代，安徽马鞍山发现了三国吴大司马马朱然家族的墓葬群，由于当时科学技术水平有限，墓葬早前又惨遭盗掘。朱然的遗体未能及时保存下来，瞬间“灰飞烟灭”融在了墓土里。其当时作为国内十大考古发现之一，却留下了千古遗憾！

转眼21世纪的今天，科技发展速度令人震惊，现在的考古水平远远高于以往，文物古迹的保护力度相比以前有很大提高。倘若3D打印技术就能够“复刻”文物，一定可以弥补不少遗憾。

随着3D打印技术应用范围的不断扩展，众多博物馆和文物修复工作者开始利用3D打印与3D扫描技术，使破败不堪的古文物“起死回生”，不仅修复了文物，也让古代文化得以传承。

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打印技术来制作制仿制品。

3D打印助力济南四门塔千年文物大修，图为龙虎塔搭起了脚手架（图源：齐鲁网）

千佛崖也同步进行大修前的信息采集工作（图源：齐鲁网）

2015年年初，千年文物四门塔大修的时候，用上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打印复刻汉代三足陶鼎，左为真品，右为复刻（图源：ccrnews.com.cn）

什么叫做复刻呢？举个例子，拿汉代三足陶鼎来说，其元件为短直口、斜肩、鼓腹凸起弦文、双耳、兽足，器物内侧与底部有经烧结形成的火石红，表面有“暴汗”现象（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）。该器物的“暴汗”处断面极薄、形状自然且均匀。

同样，使用3D打印技术将复制品打印成型，用传统作色工艺对其上色、做旧。将仿釉颜料与稀释剂调和，先用喷笔将器物基地色整体喷一层，使其整体色相与原器物相接近，再用与原物件色彩风格一致的矿物质颜料，对局部上色、做旧，仿制出原件“暴汗”处的光泽度。

3D打印可否用于整个宫殿的修复？

3D打印技术凭借其独有的快速成型技术，不再局限于制造现代所需，而在文物保护方面日趋发挥重要作用。目前，3D打印文物技术，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，以前的考古学家只有扼腕叹息的份儿了。

ISIS公布视频画面：伊拉克摩苏尔市一处博物馆内，手持钻头男子正在糟蹋文物

而随着3D打印和3D扫描技术的应用，为人类的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。下面，我们就以被极端组织伊斯兰国(ISIS)摧毁的历史古迹为例，来了解一下3D打印的神奇之处。

贝尔神庙（图源：www.china-review.com）

这是一座位于叙利亚城巴尔米拉的古罗马神庙，约建于公元32年，用于供奉巴尔米拉人的贝尔神。

巴尔米拉废墟鸟瞰（图片来源：www.china-review.com）

贝尔神庙内部（图片来源：www.china-review.com）

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。

ISIS正在摧毁贝尔神庙（图源：http://www.dailymail.co.uk）

被ISIS摧毁后的贝尔神庙，只剩下一个拱门还依旧挺立

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。

贝尔神庙电脑复原图 （图源：http://digitalarchaeology.org.uk）

人间自有正义在，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。

特拉法尔加广场上拱门电脑复原图（图源：http://digitalarchaeology.org.uk）

IDA与联合国教科文组织合作并支持考古研究所的工作，为此他们还为研究者们提供了5000台专业的测量照相机，以用于捕捉中东和北非的历史遗迹图像，对各种历史遗迹进行3D扫描。

特拉法尔加广场上拱门电脑复原图（图源：http://digitalarchaeology.org.uk）

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。

还记得成龙电影《十二生肖》吗？成龙扮演的文物小偷就是用3D手套扫描仪全面扫描狗头兽首之后，远程网络另一端的队友收到他传送来的数据，便迅速地复制出一模一样的狗头兽首。其实，3D打印文物复制品，并不是电影虚构的桥段。3D打印技术在考古、文物的复制、修复等领域大有实际用途。

电影《十二生肖》3D扫描兽首

3D打印技术在原理上并不复杂，就是一个获取数据，再打印实物的过程。3D打印，学名增材制造，也称快速成型技术，此技术诞生于20世纪80年代后期，它是基于材料累加原理快速成型操作过程，将计算机中的三维模型通过物品分层添加材料来创造出实物的一种叠层制造技术。

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。

重庆市大足石刻景区千手观音主尊修复工程引入3D打印技术（图源：3dprint.com） 

3D打印出来的1：3比例千手观音模型

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。那么，利用3D打印技术修复文物，具体如何操作呢？

首先需要有3D立体模型图，然后配套的软件会把这张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扫描文物原型

打印之前需要对文物进行三维建模

3D立体模型图

以陶器复制为例，需要复制一件文物通常需要三个步骤：

（1）3D扫描文物，获取准确高精度的三维数据。
   （2）三维软件的建模，也就是三维数据的高效处理。
   （3）3D打印成型，也就是三维数据的输出。

3D打印的陶器（图源：3dxmy.com）

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打印可以很好的解决这些问题。

图为利用3D打印技术修复的被ISIS破坏的伊拉克文物

对于残缺文物的修复，首先要获得残缺处的三维模型。例如陶俑有一足缺失，根据分析，应与另一足形状相同，可以扫描另一足外形打印后用作补全的依据。再如瓷碗口沿缺失局部，而缺失处整体弧度与其他部分是完全相同的，也可通过复制其他部分来进行文物修复。个别材质的文物（如瓷器）还可直接利用打印品进行文物补全。

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。

图为美国博物馆史密森学会用3D打印来复制文物（图源：凤凰网）

3D打印技术还有一项十分明显的优势，它可以根据需要调整打印品的比例，可以轻易地获得文物二分之一、三分之一……的比例，这在传统复制上是很难甚至根本无法做到的。

美国雕塑家用3D打印技术制作的木乃伊冰人奥茨复制品

为防止珍贵文物失窃，欧洲教堂使用3D打印技术制造复制品

3D打印相对与传统复制，其与文物是非接触式的，可最大程度降低对文物的再次损害。此外，3D打印的模型一旦获得是独立于文物之外的，可以像我们复印文件一样，获得完全相同的打印品，甚至可以获得细微纹饰的形貌。

虽然复原的文物、古建筑并不能完全替代被摧毁的文物、古建筑，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，结合利用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，我们预测，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。