浅谈3D 打印技术在文物复制中的应用——以大河村遗址出土仰韶时期白衣彩陶盆为例

□李曼 许辰

在新形势下，文物保护、修复和重建越来越受到人们的关注， 成为文化创新发展的重要基础之一。 近年来，随着博物馆数字化的推广和普及，3D 打印技术陆续应用到国内一些博物馆的文物保护修复复制及展陈工作中， 并取得一定的成果[1-6]，其中，大足石刻研究院（图1）、陕西历史博物馆、 湖北省文物考古研究院武当山考古研究中心等单位在文物复制方面， 四川三星堆遗址博物馆、郑州商都遗址博物院（图2）等单位在出土文物现场保护、 场景模拟等方面均做了有益探索。 在最大程度地保护文物和文化遗产的同时， 带给观众亲临现场沉浸式的真实感和体验感。

图1 大足石刻千手观音主尊实物及3D 打印复制品

图2 3D 打印商朝城墙断面

本文以大河村遗址博物馆出土仰韶时期白衣彩陶盆为例，浅谈3D 打印技术在文物复制中的应用。

一、文物基本信息

大河村遗址位于河南省郑州市郑东新区西北部、连霍高速与中州大道交叉口东南隅，是我国20 世纪考古重要发现之一，其面积之大、文化层堆积之厚、文化内涵之丰富、延续时间之长， 是黄河流域数千处古遗址中的佼佼者。 大河村遗址中出土的彩陶数量极多，色彩绚丽，图案丰富，在仰韶文化中独树一帜。其白衣彩陶、 红衣彩陶和丰富多彩的图案类型，高超而娴熟的绘画手法，种类繁多的器物类型， 标志着史前彩陶文化达到了一个空前绝后的高峰， 也绘就了一幅史前文化欣欣向荣、高度发达的历史场景。

2014 年，该遗址发掘出土一件距今6000 年的仰韶时期白衣彩陶盆。 陶盆泥质红陶、侈口、仰折沿、圆唇鼓腹、口沿饰红彩直线纹、白彩弧形三角纹、红彩圆点纹、黑彩弧线纹；上腹施白地，饰红彩直线纹、黑彩月亮纹、黑彩弧形三角纹、黑彩圆点纹、红彩弧线纹；内壁施白衣。 口径46 厘米，底径12.5 厘米，最大腹径36.8 厘米，高15.2 厘米[7]。 （图3）在大河村遗址出土的斑斓彩陶器中， 这件白衣彩陶盆与1972 年出土的彩陶双联壶一并被大河村遗址博物馆列为镇馆之宝。

图3 大河村遗址出土仰韶时期白衣彩陶盆

二、3D 打印复制工作流程

第1 步：数据采集。 相机高清拍照比色板， 手持激光三维扫描仪进行三维数据采集。 （图4）

图4 数据采集

第2 步：模型修复。 手持激光扫描仪软件修复三维模型。 （图5）

图5 模型修复

第3 步：艺术化处理。通过软件对残缺部分进行艺术化补全处理。 （图6）

图6 艺术化处理

第4 步：3D 打印。将三维模型导入3D 打印机软件，进行打印设置，可任意比例设置。 （图7）

图7 3D 打印

第5 步：冲洗。 半成品需经高压水枪进行冲洗，将水溶性支撑材料进行去除。 （图8）

图8 冲洗

第6 步：成品。稍加打磨修整等精细化处理。 （图9）

图9 大河村遗址仰韶时期白衣彩陶盆复制品

三、应用前景展望

利用三维激光扫描技术构建古建筑、 石窟和大遗址等不可移动文物和珍贵脆弱可移动文物的三维数字模型，这为3D 打印在文物保护和修复中的应用奠定了基础， 其应用前景主要为：

1. 文物和考古现场数字模型的全真保存。 考古所涉及的空间跨度比较大，从细微的颗粒物到巨大的古建筑，且以几何信息为主。3D 打印能够真实记录考古发掘现场，再现考古发掘前后的遗址原貌；最真实地记录考古现场的现状，为日后的研究提供最全面的资料。

2.考古现场和文物数字模型的永久保存。 考古现场和文物极易受到自然或人为原因的破坏；同时由于文物都是年代比较久远的物品，材质损坏程度不一，其在出土后且随着时间的累积难免会不断“衰老”。而3D 打印建立的虚拟模型，则可将文物的信息全部保留为数据文件，打印的模型可以是金属、塑料、木材等，强度可靠，色彩逼真，最大限度地保护文物且有利于考古研究。

3. 考古现场和文物数字模型的快速任意比例复制展示。 对于体积较小的文物展览不成问题， 而对于体积庞大的文物展览就非常麻烦，如大型遗址、重要的遗迹现象、青铜器、古代家具和古建筑等，还有一些易碎脆弱的文物，如瓷器、玉器等，参观者也无法近距离接触，若使用3D 打印技术，根据展陈的具体需要，可以将大的缩小，小的放大，打印出文物的复制品，而且其密度小质量较轻，容易搬运，便于展示利用。

4.考古发掘现场3D 打印技术提取珍贵脆弱文物。 在三星堆遗址3 号坑内，发现了迄今为止出土规模最大的一件青铜器——大口尊。 该大口尊长度约70 厘米，尺寸大，强度弱，文物一碰即碎。通过前期方案讨论，决定采用3D 打印技术提取大口尊。 工作人员首先使用3D 扫描仪对文物进行扫描及周边数据收集， 然后通过3D 打印机打印出文物的模型，根据模型生成硅胶体的保护套，将硅胶覆盖在文物表面对文物进行保护。 提取现场，考古人员用硅胶体保护套贴合在文物上后，外面还要再包裹上厚厚的保护层，放在专门的套箱中。

5.文创产品开发与研制。 陕西历史博物馆推出的玉玺形状的印章交通卡是以西汉皇后之玺为原型缩小比例打造的， 采用多种特殊工艺， 突出文物质感，小巧玲珑，携带方便。 从3D 打印的角度来说，印章底部的字样及周围的纹饰可以实现个性化定制。 同时，这样个性化的设计所造成的制造成本并不会增加太多。在材料方面可以使用树脂、陶瓷、青铜，结合所用到的技术可以完美体现设计细节。 在现有的工艺中，石膏彩色喷墨技术以及树脂喷射技术可以实现其表面质感以及丰富的色彩展现。

随着古遗址考古发掘现场和馆藏可移动文物三维数字化信息采集工作的陆续开展，3D 打印技术将会越来越多地应用到文物复制、仿制中。随着3D 打印技术的高速发展， 打印精度会大大提高，打印的材料种类也会越来越多， 技术的更新也会不断激发和拓展3D 打印技术在文物考古行业的市场潜力，更好地为文物考古行业作贡献。