3D打印助力考古

陳琳

[ 除了在工業設計、藝術創作、立體照相領域有所作為，3D打印技術也開始在考古等嚴肅領域大展拳腳了 ]

對於3D打印技術來，要實現在月球打印住宅、精確複製人體器官尚需時日。但如果你認為3D打印技術目前還只能充當設計師和新潮玩家的一劑生活調味品，那就大錯特錯了。“除了在工業設計、藝術創作、立體照相領域有所作為，3D打印技術也開始在考古等嚴肅領域大展拳腳了。”在上海市激光技術研究所技術服務工程師王堯的眼中，3D打印不只是一項新鮮好玩的技術。“通過立體掃描、粉末疊加來複原文物、修復殘片，這都是3D打印技術的‘拿手活’。”王堯在上海科技館擔任3D技術講解員，到這些內容，好奇的觀將他團團圍住。

正在上海科技館舉行的“3D打印世界”展覽，會讓你看到3D技術應用中不為人知的領域。

在電影《十二生肖》中，成龍扮演的文物販子用3D掃描器全面掃描獸首之后，網絡另一端的同伙收到他發來的數據，便迅速地克隆出一模一樣的文物複製品。其實，這並不是電影誇張的橋段。一些考古學家的確動用了這種全新的方式，尋求在研究工作上有所突破。

多年前，哈佛大學閃族博物館(Semitic Museum)的考古人員從位於伊拉克的古城約爾干(Yorghan Tepe)挖掘出一座廟宇遺跡。據歷史學家的考證，早在3300年前，亞述人在進攻古城時，將這個廟宇中的神器統統砸碎摧毀，並且掩埋於地下。而這些古時的暴徒不會料到，在3300年之后的現代社會，有人將會利用3D打印技術修復這些曾經湮滅於歷史中的珍寶。

博物館的考古專家約瑟夫·格林(Joseph Greene)選擇從其中一隻身長2英尺的陶瓷獅子入手。隻陶瓷獅子身體大部分都已經損壞，只有前爪和后肢還保存完整。經過幾輪的篩選，他們認為，賓夕法尼亞大學所珍藏的一隻同時代、保存完整的陶瓷獅子，應該與手頭的殘片有幾分相似。於是，通過3D掃描和打印技術，他們克隆出了賓夕法尼亞大學的獅子，然后，將獅子切割成幾個部分，與破損的陶瓷獅子進行拼合。接，他們又用3D掃描技術，將拼合的結果輸入資料庫，以數字虛擬軟件調整獅子的模型，再將模型打印出來細細揣摩。

“判斷修復結果是否合情合理，不僅要靠數據信息，也要憑藉經驗仔細觀察實物。”盡管虛擬現實技術已經有了很大的發展，但和很多考古專家一樣，約瑟夫堅持，在修復文物時必須手工操作實物。這是考古學界沿用已久的技法，但把玩實物有太多的客觀條件限制。實物的珍貴與稀缺的特質，大大制約了考古學家發揮想象力。“所以，最理想的條件就是把模型修改的結果一遍一遍打印出來，根據實物來調整。”幾經修改，反復打印模型，這些考古專家終於找到了合理的方案。

初戰告捷，約瑟夫·格林特別激動，“一百年以來，考古學家為了研究某個雕像，必須輾轉世界各地。而現在，有了3D打印技術，我們足不出戶就能把世界上任何角落的雕像‘打印’出來仔細研究。”不僅是閃族博物館，美國華盛頓的史密森尼博物院(Smithsonian Institution)也在積極籌劃用3D技術“克隆”古生物化石的計劃。

2011年，在史密森尼博物院工作的尼克·佩爾森(Nick Polson)博士，在智利發現了巨大的鯨魚化石。按照以往的做法，科學家出於科研需要，會將化石分塊。這對化石本身的損耗太大。“經過討論，我們決定用3D打印技術，將化石以11的比例打印出來。複製品既可以作為博物院的展品，也可以作為科學家研究的模型，仿真精確度相當高。”

無獨有偶，英國地質調查局(British Geological Survey)於近期決定全面開放他們的化石資料庫，將其中收藏的300多萬塊化石標本全部進行3D掃描，生成3D打印檔案。只要家裏有精度足夠的3D打印機，任何古生物學家乃至業餘化石愛好者都能從網站上下載這些檔案，打印出這些化石標本的複製品。調查局考古科學部負責人珍·埃文斯(Jane Evens)坦言：“研究化石，哪有人願意只看電腦屏幕，即使虛擬技術再真實，也替代不了化石握在手上的觸感。”和珍一樣，很多考古專家都認為，通過數字模型與3D打印技術的結合，古生物化石有望永久保留下去，甚至成為大的家藏，對科學普及裨益甚多。

或許，對於考古學界來，3D打印技術猶如一場及時雨。“在3D打印技術出現之前，仿製文物以及修復文物，都要在文物原件上覆一層軟泥，工匠以此為基礎才能製造蠟模。但這種傳統手法多少會讓文物受到污損。至於那些諸如絹帛、綢緞、陶俑等特別脆弱的文物，几乎不敢怎麼動。”四川廣漢三星堆博物館文物保護部副部長余健告訴《第一財經日報》，他們是國內第二家引進3D掃描器和打印機的文博單位。利用這套系統，他們的工作效率不僅大大提高，而且工作人員在文物保護方面的負擔也減輕了很多。

“以往，我們使用傳統的人工描來製作模具。製作一件簡單的青銅器仿製品，大約需要花去一個熟練工匠一個月的時間。”余健，有了3D打印機，他們只要用一個多星期掃描、打印、建模，之后的一個多星期將打印出來的零件組裝起來。“其中，打印一個青銅器部件需要10小時，比我們手工複製要快很多倍。整個過程總的算來，要比原來節約一半的時間。最重要的是，複製和修復的誤差几乎為零，對文物的損耗也几乎為零。”攝影記者/任玉明