3D打印复仿制鎏金“中国大宁”铜镜

【摘要】鎏金“中国大宁”铜镜为一级文物，其表面鎏金，且经过粘接修复，不适宜采用传统翻模复制工艺对其进行复制。作者采用三维信息采集技术获取鎏金“中国大宁”铜镜高精度的模型数据，通过3D打印获得精细的模型，在此基础上，结合传统随色做旧工艺，成功复仿制了鎏金“中国大宁”铜镜。3D打印技术与传统随色做旧工艺相结合的新方法，具有与文物零接触、还原度高、耗时少等优点，在一定程度上克服了不适宜采用传统翻模工艺进行文物复制的难题。

【关键词】鎏金“中国大宁”铜镜；3D打印；传统随色做旧；复仿制G263

【中图分类号】G260 【文献标识码】A

一、文物复制背景

2019年8月，应新疆维吾尔自治区博物馆的请求，为了完善其展览的完整性和教育效果，为其复仿制我馆馆藏一级文物鎏金“中国大宁”铜镜。鎏金“中国大宁”铜镜在出土时碎裂为多块，出土后经保护修复人员拼对粘接为一整体，并进行了简单的随色做旧，入藏中国国家博物馆后，仍保留原粘接修复痕迹。鉴于这面铜镜依然保留原始的粘接，面临粘接剂老化等问题，出于对文物安全性的考虑，加上我馆馆藏文物三维数字化信息采集工作正在有序进行，结合藏品保管部、文保院、数据管理与分析中心有关专家的意见，馆领导审议通过了采用3D打印结合传统随色做旧对其进行复仿制的决定。由于这次的“复制”工作并不符合《文物复制暂行管理办法》中对“文物复制”的定义，并未采用原工艺进行复制活动，应称为仿制，但从最终制品的体量、形制、纹饰等效果看又达到了文物复制的效果，因此，暂称其为“复仿制”。

二、文物基本信息

鎏金“中国大宁”铜镜，直径18.6厘米，带镜钮厚1.3厘米，边厚0.6厘米。铜镜背面表面鎏金，圆钮，柿蒂纹钮座，柿蒂纹间各有一兽头，外围双线方栏，方栏外饰博局纹，间饰鸟兽纹饰，构图繁复细致、流畅生动，是汉代规短纹铜镜中的精品。镜外缘与鸟兽纹饰之间铸铭文一圈52字：“圣人之作镜兮，取气于五行。生于道康兮，咸有文章。光象日月，其质清刚。以视玉容兮，辟去不羊（祥）。中国大宁，子孙益昌。黄常（裳）元吉，有纪刚（纲）。”表达了对国家、子孙的祝福祈愿，反映出希望国家统一和安宁与繁荣的愿望。

鎏金“中国大宁”铜镜是1951年10月18日至1952年2月7日期间，由夏鼐、安志敏等七人组成的考古工作队在长沙近郊伍家岭地区一座汉代晚期的墓葬M211（《长沙发掘报告》编号为211墓）中发现的。

铜镜在出土时碎裂为多块，出土后经保护修复，将碎片拼接在一起，并用粘接剂进行了粘接，粘接后对粘接的缝隙进行了简单的随色做旧，但粘接痕迹依然比较明显，镜面粘接裂缝呈现黑绿色，镜背粘接裂缝呈现黄色和暗黄色。铜镜镜面不见原始光亮平滑的表面，布满白色、绿色和黄绿色的锈蚀物。铜镜背面鎏金层虽然略显斑驳，但整体保存相对较好，整体色泽也偏暗，呈暗赤金色，部分鎏金层脱落的区域有黑绿色锈蚀物。除铜镜柿蒂纹钮座和边缘一周遍布黄绿色锈蚀外，在镜背零星有少量黄绿色锈蚀。

三、复制难点

在开展实践工作之前，仅从技术和工艺角度出发，对采用3D打印技术结合传统随色做旧工艺对鎏金“中国大宁”铜镜进行复制的难点进行总结，主要有以下几点：其一，铜镜的三维数据采集和建模，镜背近乎整体鎏金且遍布非常复杂精细的纹饰，能否通过三维扫描设备采集到铜镜高精度完整的三维数据信息并完成三维建模是一大考验；其二，在获得铜镜高精度的三维模型后，现有的3D打印机能否打印复原出铜镜表面精细的纹饰、铭文等是一大考验；其三，在打印好的铜镜树脂模型上，采用传统工艺进行随色做旧，精确地复制出鎏金“中国大宁”铜镜原形貌特点是最后一大考验。

在实际的复仿制工作中，有可能出现其他不可预见的问题，也会成为这项工作的拦路虎，在后续的实践中再进行总结。

四、鎏金“中国大宁”铜镜的复仿制

（一）三维数据的采集与建模

鎏金“中国大宁”铜镜的三维数字化信息采集工作是由我馆数据管理与分析中心的同事在积累了大量经验的基础上，完成了这面铜镜的三维数据采集工作。为了使三维模型数据能真实地反映文物细节，选择采用采集精度最高的Zeiss COMET L3D 8M结构光三维扫描仪，测量场150进行三维数据采集，三维点间距为42微米。由于铜镜表面纹理非常繁复精细，部分鎏金层也比较亮，通过文物转盘对铜镜进行多角度的拍照采集，最终获得了铜镜完整的点云数据。在此基础上，通过专业的三维建模软件对原始数据进行一系列的处理，最终完成了鎏金“中国大宁”铜镜的三维建模工作，获得了高精度的三维模型数据。

（二）模型的3D打印

模型的3D打印工作选择使用我馆购买的Objet 500 connex1 3D打印机进行打印。这台打印机以光敏树脂为打印材料，采用的是多喷头打印技术，建模尺寸490毫米×390毫米×200毫米，可以根据打印材料的不同，单层层厚32微米，最小层厚可至16微米（选择vero clear打印材料），全尺寸精度达到200微米。配套软件为objet studio，打印文件的格式为stl，在该软件中，可对打印模型的尺寸、数量、打印模式（高速、高精度）、模型擺放形式（可每个模型单独设置）、模型表面形貌（粗糙、光滑）（可每个模型单独设置）等参数进行设置。鎏金“中国大宁”铜镜模型的打印工作，选择使用配套安装的刚性半透明树脂FC720（RGD720）为打印材料，SUP705树脂为支撑材料。

第一步，将数据管理与分析中心获得的鎏金“中国大宁”铜镜三维模型stl文件导入3D打印机配套软件Objet studio中，第一个问题出现了，由于鎏金“中国大宁”铜镜的三维模型数据比较大（1.44GB），Objet studio软件在导入数据过程中自动关闭，无法导入该数据，尝试数次无果。分析原因有二：其一，为3D打印机配备的电脑配置较低，无法满足处理大型三维模型数据的要求；其二，由于Objet studio软件的局限性，无法加载大型的三维模型数据。为验证以上两点，借用数据管理与分析中心购置的专业图形工作站进行尝试，最终，在Objet studio软件中成功导入该模型数据，说明3D打印机也需要配制专业的图形工作站。

第二步，在成功导入数据后，首先在软件中对打印的参数信息进行了设置，如打印模式选择“High Quality”（高质量模式，打印层厚小，打印质量高，细节清晰），模型表面形貌选择“Glossy”（光滑表面）等参数。随后对模型的摆放方式也进行了设置，鉴于鎏金“中国大宁”铜镜镜背鎏金，镜面满是锈蚀物，固定设置了镜背向上的摆放方式，这样镜背呈光滑表面，镜面呈磨砂表面，不进行其他摆放方式的尝试。然后，按照软件的操作步骤，点击“打印”按钮，软件进行最后的分层切片并将数据导入3D打印机中进行打印。第二个问题出现，三维模型的分层切片失败，软件死机，尝试多次均无果。与3D打印机工程师沟通后，怀疑可能是三维模型数据太大，精度太高，超出了软件的处理能力。在无法对软件进行升级处理的情况下，只能尝试适当简化鎏金“中国大宁”铜镜的三维模型数据。通过GeoMagic studio軟件中的多边形简化命令对原始三维模型数据进行了简化，为了能最大程度地保留原始三维模型信息，从原始数据的95%、90%、85%、80%……依次递减进行简化尝试，最终，简化为原始数据70%的三维模型数据（0.99GB）能够通过Objet studio软件进行分层切片，导入3D打印机中进行打印。虽然对鎏金“中国大宁”铜镜的三维模型进行了简化，但是在软件中显示简化后的模型纹理信息依然很清晰。

最终，使用简化的鎏金“中国大宁”铜镜三维数据完成了模型的打印。取出打印好的鎏金“中国大宁”铜镜树脂模型，冲洗掉支撑材料，获得淡黄色半透明的树脂模型，透过灯光观察，打印的铜镜模型纹饰非常精细清晰，铭文清楚。

（三）树脂模型的随色做旧

在对鎏金“中国大宁”铜镜进行三维信息采集的同时，也使用了5000万像素的数码相机对铜镜进行了多角度、多细节的图像采集，并利用专业的贴图软件，采用矢量贴图的方式，在铜镜的三维模型上进行贴图，形成带有彩色图像精准还原铜镜形貌细节的三维立体影像模型。通过三维可视软件，可以将该模型任意旋转角度观看，也可调节铜镜模型的大小，观看铜镜的细节信息。相比观看铜镜原件需要进行多角度的翻转，观看细节需要放大镜，观看三维立体影像模型更加安全、方便。

对鎏金“中国大宁”铜镜的树脂模型进行随色做旧，也是对照该铜镜的三维立体影像模型，按照传统复制的随色做旧工艺进行的。首先，用浓度较高的酒精漆片调和金粉、土黄涂刷整个铜镜表面，形成铜镜基体的淡金黄色效果，也利于后续矿物颜料的附着；然后，用浓度较小的酒精漆片调和矿物颜料，采用崩、弹、蘸、点等方式对照影像模型做出柿蒂纹钮座区域的淡黄绿色锈蚀、鎏金层脱落的黑绿色锈蚀。在此基础上，覆盖湿泥，用金粉做出鎏金层，再采用点泥做锈的工艺做出斑驳质感以及零星的绿色锈蚀；最后，再做出粘接缝隙处的暗黄色，铜镜镜背的随色做旧完成（图1）。铜镜镜面在淡金黄色基体之上，采用点泥做锈的工艺，用酒精漆片调和矿物颜料崩弹出白色、绿色和黄绿色锈蚀。鎏金“中国大宁”铜镜的复仿制工作就完成了。

五、总结

鎏金“中国大宁”铜镜的复仿制实践是现代科技与传统工艺结合在文物复制应用的成功案例，集三维信息采集建模、3D打印技术与传统随色做旧工艺为一体，具有与文物零接触、还原度高、耗时少等优点，在一定程度上克服了不适宜采用传统翻模工艺进行文物复制的难题。虽然复仿制件比原件质量轻很多，但如果以展览为目的，这种复仿制品完全符合需求。

获得鎏金“中国大宁”铜镜高精度的三维信息与建模是复仿制实践的前提，成功打印出高精度的三维模型是基础，在此基础上对其进行传统的随色做旧以还原其原貌则是关键。

3D打印技术与传统复制工艺的结合还有很多方面需要摸索、尝试和改进，如在打印的树脂模型上再进行传统的翻模复制、尝试打印其他材质等。

作者简介：张鹏宇（1985-），中国国家博物馆文保院金属器物修复研究所馆员，硕士，研究方向：金属器物的保护修复与研究。