3D打印復仿制鎏金“中國大寧”銅鏡

【摘要】鎏金“中國大寧”銅鏡為一級文物，其表面鎏金，且經過粘接修復，不適宜采用傳統翻模復制工藝對其進行復制。作者采用三維信息采集技術獲取鎏金“中國大寧”銅鏡高精度的模型數據，通過3D打印獲得精細的模型，在此基礎上，結合傳統隨色做舊工藝，成功復仿制了鎏金“中國大寧”銅鏡。3D打印技術與傳統隨色做舊工藝相結合的新方法，具有與文物零接觸、還原度高、耗時少等優點，在一定程度上克服了不適宜采用傳統翻模工藝進行文物復制的難題。

【關鍵詞】鎏金“中國大寧”銅鏡；3D打印；傳統隨色做舊；復仿制G263

【中圖分類號】G260 【文獻標識碼】A

一、文物復制背景

2019年8月，應新疆維吾爾自治區博物館的請求，為了完善其展覽的完整性和教育效果，為其復仿制我館館藏一級文物鎏金“中國大寧”銅鏡。鎏金“中國大寧”銅鏡在出土時碎裂為多塊，出土后經保護修復人員拼對粘接為一整體，并進行了簡單的隨色做舊，入藏中國國家博物館后，仍保留原粘接修復痕跡。鑒于這面銅鏡依然保留原始的粘接，面臨粘接劑老化等問題，出于對文物安全性的考慮，加上我館館藏文物三維數字化信息采集工作正在有序進行，結合藏品保管部、文保院、數據管理與分析中心有關專家的意見，館領導審議通過了采用3D打印結合傳統隨色做舊對其進行復仿制的決定。由于這次的“復制”工作并不符合《文物復制暫行管理辦法》中對“文物復制”的定義，并未采用原工藝進行復制活動，應稱為仿制，但從最終制品的體量、形制、紋飾等效果看又達到了文物復制的效果，因此，暫稱其為“復仿制”。

二、文物基本信息

鎏金“中國大寧”銅鏡，直徑18.6厘米，帶鏡鈕厚1.3厘米，邊厚0.6厘米。銅鏡背面表面鎏金，圓鈕，柿蒂紋鈕座，柿蒂紋間各有一獸頭，外圍雙線方欄，方欄外飾博局紋，間飾鳥獸紋飾，構圖繁復細致、流暢生動，是漢代規短紋銅鏡中的精品。鏡外緣與鳥獸紋飾之間鑄銘文一圈52字：“圣人之作鏡兮，取氣于五行。生于道康兮，咸有文章。光象日月，其質清剛。以視玉容兮，辟去不羊（祥）。中國大寧，子孫益昌。黃常（裳）元吉，有紀剛（綱）。”表達了對國家、子孫的祝福祈愿，反映出希望國家統一和安寧與繁榮的愿望。

鎏金“中國大寧”銅鏡是1951年10月18日至1952年2月7日期間，由夏鼐、安志敏等七人組成的考古工作隊在長沙近郊伍家嶺地區一座漢代晚期的墓葬M211（《長沙發掘報告》編號為211墓）中發現的。

銅鏡在出土時碎裂為多塊，出土后經保護修復，將碎片拼接在一起，并用粘接劑進行了粘接，粘接后對粘接的縫隙進行了簡單的隨色做舊，但粘接痕跡依然比較明顯，鏡面粘接裂縫呈現黑綠色，鏡背粘接裂縫呈現黃色和暗黃色。銅鏡鏡面不見原始光亮平滑的表面，布滿白色、綠色和黃綠色的銹蝕物。銅鏡背面鎏金層雖然略顯斑駁，但整體保存相對較好，整體色澤也偏暗，呈暗赤金色，部分鎏金層脫落的區域有黑綠色銹蝕物。除銅鏡柿蒂紋鈕座和邊緣一周遍布黃綠色銹蝕外，在鏡背零星有少量黃綠色銹蝕。

三、復制難點

在開展實踐工作之前，僅從技術和工藝角度出發，對采用3D打印技術結合傳統隨色做舊工藝對鎏金“中國大寧”銅鏡進行復制的難點進行總結，主要有以下幾點：其一，銅鏡的三維數據采集和建模，鏡背近乎整體鎏金且遍布非常復雜精細的紋飾，能否通過三維掃描設備采集到銅鏡高精度完整的三維數據信息并完成三維建模是一大考驗；其二，在獲得銅鏡高精度的三維模型后，現有的3D打印機能否打印復原出銅鏡表面精細的紋飾、銘文等是一大考驗；其三，在打印好的銅鏡樹脂模型上，采用傳統工藝進行隨色做舊，精確地復制出鎏金“中國大寧”銅鏡原形貌特點是最后一大考驗。

在實際的復仿制工作中，有可能出現其他不可預見的問題，也會成為這項工作的攔路虎，在后續的實踐中再進行總結。

四、鎏金“中國大寧”銅鏡的復仿制

（一）三維數據的采集與建模

鎏金“中國大寧”銅鏡的三維數字化信息采集工作是由我館數據管理與分析中心的同事在積累了大量經驗的基礎上，完成了這面銅鏡的三維數據采集工作。為了使三維模型數據能真實地反映文物細節，選擇采用采集精度最高的Zeiss COMET L3D 8M結構光三維掃描儀，測量場150進行三維數據采集，三維點間距為42微米。由于銅鏡表面紋理非常繁復精細，部分鎏金層也比較亮，通過文物轉盤對銅鏡進行多角度的拍照采集，最終獲得了銅鏡完整的點云數據。在此基礎上，通過專業的三維建模軟件對原始數據進行一系列的處理，最終完成了鎏金“中國大寧”銅鏡的三維建模工作，獲得了高精度的三維模型數據。

（二）模型的3D打印

模型的3D打印工作選擇使用我館購買的Objet 500 connex1 3D打印機進行打印。這臺打印機以光敏樹脂為打印材料，采用的是多噴頭打印技術，建模尺寸490毫米×390毫米×200毫米，可以根據打印材料的不同，單層層厚32微米，最小層厚可至16微米（選擇vero clear打印材料），全尺寸精度達到200微米。配套軟件為objet studio，打印文件的格式為stl，在該軟件中，可對打印模型的尺寸、數量、打印模式（高速、高精度）、模型擺放形式（可每個模型單獨設置）、模型表面形貌（粗糙、光滑）（可每個模型單獨設置）等參數進行設置。鎏金“中國大寧”銅鏡模型的打印工作，選擇使用配套安裝的剛性半透明樹脂FC720（RGD720）為打印材料，SUP705樹脂為支撐材料。

第一步，將數據管理與分析中心獲得的鎏金“中國大寧”銅鏡三維模型stl文件導入3D打印機配套軟件Objet studio中，第一個問題出現了，由于鎏金“中國大寧”銅鏡的三維模型數據比較大（1.44GB），Objet studio軟件在導入數據過程中自動關閉，無法導入該數據，嘗試數次無果。分析原因有二：其一，為3D打印機配備的電腦配置較低，無法滿足處理大型三維模型數據的要求；其二，由于Objet studio軟件的局限性，無法加載大型的三維模型數據。為驗證以上兩點，借用數據管理與分析中心購置的專業圖形工作站進行嘗試，最終，在Objet studio軟件中成功導入該模型數據，說明3D打印機也需要配制專業的圖形工作站。

第二步，在成功導入數據后，首先在軟件中對打印的參數信息進行了設置，如打印模式選擇“High Quality”（高質量模式，打印層厚小，打印質量高，細節清晰），模型表面形貌選擇“Glossy”（光滑表面）等參數。隨后對模型的擺放方式也進行了設置，鑒于鎏金“中國大寧”銅鏡鏡背鎏金，鏡面滿是銹蝕物，固定設置了鏡背向上的擺放方式，這樣鏡背呈光滑表面，鏡面呈磨砂表面，不進行其他擺放方式的嘗試。然后，按照軟件的操作步驟，點擊“打印”按鈕，軟件進行最后的分層切片并將數據導入3D打印機中進行打印。第二個問題出現，三維模型的分層切片失敗，軟件死機，嘗試多次均無果。與3D打印機工程師溝通后，懷疑可能是三維模型數據太大，精度太高，超出了軟件的處理能力。在無法對軟件進行升級處理的情況下，只能嘗試適當簡化鎏金“中國大寧”銅鏡的三維模型數據。通過GeoMagic studio軟件中的多邊形簡化命令對原始三維模型數據進行了簡化，為了能最大程度地保留原始三維模型信息，從原始數據的95%、90%、85%、80%……依次遞減進行簡化嘗試，最終，簡化為原始數據70%的三維模型數據（0.99GB）能夠通過Objet studio軟件進行分層切片，導入3D打印機中進行打印。雖然對鎏金“中國大寧”銅鏡的三維模型進行了簡化，但是在軟件中顯示簡化后的模型紋理信息依然很清晰。

最終，使用簡化的鎏金“中國大寧”銅鏡三維數據完成了模型的打印。取出打印好的鎏金“中國大寧”銅鏡樹脂模型，沖洗掉支撐材料，獲得淡黃色半透明的樹脂模型，透過燈光觀察，打印的銅鏡模型紋飾非常精細清晰，銘文清楚。

（三）樹脂模型的隨色做舊

在對鎏金“中國大寧”銅鏡進行三維信息采集的同時，也使用了5000萬像素的數碼相機對銅鏡進行了多角度、多細節的圖像采集，并利用專業的貼圖軟件，采用矢量貼圖的方式，在銅鏡的三維模型上進行貼圖，形成帶有彩色圖像精準還原銅鏡形貌細節的三維立體影像模型。通過三維可視軟件，可以將該模型任意旋轉角度觀看，也可調節銅鏡模型的大小，觀看銅鏡的細節信息。相比觀看銅鏡原件需要進行多角度的翻轉，觀看細節需要放大鏡，觀看三維立體影像模型更加安全、方便。

對鎏金“中國大寧”銅鏡的樹脂模型進行隨色做舊，也是對照該銅鏡的三維立體影像模型，按照傳統復制的隨色做舊工藝進行的。首先，用濃度較高的酒精漆片調和金粉、土黃涂刷整個銅鏡表面，形成銅鏡基體的淡金黃色效果，也利于后續礦物顏料的附著；然后，用濃度較小的酒精漆片調和礦物顏料，采用崩、彈、蘸、點等方式對照影像模型做出柿蒂紋鈕座區域的淡黃綠色銹蝕、鎏金層脫落的黑綠色銹蝕。在此基礎上，覆蓋濕泥，用金粉做出鎏金層，再采用點泥做銹的工藝做出斑駁質感以及零星的綠色銹蝕；最后，再做出粘接縫隙處的暗黃色，銅鏡鏡背的隨色做舊完成（圖1）。銅鏡鏡面在淡金黃色基體之上，采用點泥做銹的工藝，用酒精漆片調和礦物顏料崩彈出白色、綠色和黃綠色銹蝕。鎏金“中國大寧”銅鏡的復仿制工作就完成了。

五、總結

鎏金“中國大寧”銅鏡的復仿制實踐是現代科技與傳統工藝結合在文物復制應用的成功案例，集三維信息采集建模、3D打印技術與傳統隨色做舊工藝為一體，具有與文物零接觸、還原度高、耗時少等優點，在一定程度上克服了不適宜采用傳統翻模工藝進行文物復制的難題。雖然復仿制件比原件質量輕很多，但如果以展覽為目的，這種復仿制品完全符合需求。

獲得鎏金“中國大寧”銅鏡高精度的三維信息與建模是復仿制實踐的前提，成功打印出高精度的三維模型是基礎，在此基礎上對其進行傳統的隨色做舊以還原其原貌則是關鍵。

3D打印技術與傳統復制工藝的結合還有很多方面需要摸索、嘗試和改進，如在打印的樹脂模型上再進行傳統的翻模復制、嘗試打印其他材質等。

作者簡介：張鵬宇（1985-），中國國家博物館文保院金屬器物修復研究所館員，碩士，研究方向：金屬器物的保護修復與研究。