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3D打印助力考古
對于3D打印技術來說,要實現在月球打印住宅、精確復制人體器官尚需時日。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

  對于3D打印技術來說,要實現在月球打印住宅、精確復制人體器官尚需時日。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、粉末疊加來復原文物、修復殘片,這都是3D打印技術的"拿手絕活"。”王堯在上海科技(600608,股吧)館擔任3D技術講解員,說到這些內容,好奇的觀眾將他團團圍住。

  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掃描儀全面掃描獸首之后,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復制品。其實,這并不是電影夸張的橋段。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(SemiticMuseum)的考古人員從位于伊拉克的古城約爾干(YorghanTepe)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,并且掩埋于地下。而這些古時的暴徒絕不會料到,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于歷史中的珍寶

  博物館的考古專家約瑟夫·格林(JosephGreene)選擇從其中一只身長2英尺的陶瓷獅子入手。這只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只同時代、保存完整的陶瓷獅子,應該與手頭的殘片有幾分相似。于是,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。接著,他們又用3D掃描技術,將拼合的結果輸入數據庫,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,也要憑借經驗仔細觀察實物。”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,這些考古專家終于找到了合理的方案。

  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(SmithsonianInstitution)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(NickPolson)博士,在智利發現了巨大的鯨魚化石。按照以往的做法,科學家出于科研需要,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1∶1的比例打印出來。復制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(BritishGeologicalSurvey)于近期決定全面開放他們的化石數據庫,將其中收藏的300多萬塊化石標本全部進行3D掃描,生成3D打印文件。只要家里有精度足夠的3D打印機,任何古生物學家乃至業余化石愛好者都能從網站上下載這些文件,打印出這些化石標本的復制品。調查局考古科學部負責人珍·埃文斯(JaneEvens)坦言:“研究化石,哪有人愿意只看電腦屏幕,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,甚至成為大眾的家藏,對科學普及裨益甚多。

  或許,對于考古學界來說,3D打印技術猶如一場及時雨。“在3D打印技術出現之前,仿制文物以及修復文物,都要在文物原件上覆一層軟泥,工匠以此為基礎才能制造蠟模。但這種傳統手法多少會讓文物受到污損。至于那些諸如絹帛、綢緞、陶俑等特別脆弱的文物,幾乎不敢怎么動。”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掃描儀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線來制作模具。制作一件簡單的青銅器仿制品,大約需要花去一個熟練工匠一個月的時間。”余健說,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,比我們手工復制要快很多倍。整個過程總的算來,要比原來節約一半的時間。最重要的是,復制和修復的誤差幾乎為零,對文物的損耗也幾乎為零。”
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