試論3D打印技術在博物館領域的應用問題

【摘 要】隨著現代科學技術的不斷發展，越來越多的高科技開始走進人們的生活，讓大眾體驗到科技發展所帶來的便利和享受。作為公眾文化服務機構的博物館正在成為前沿黑科技的試驗場，3D打印技術就是其中的代表之一，在數字化建檔、博物館展覽、藏品保護和文創產品開發等方面發揮了獨特作用，將文化和科技完美的融合在了一起。

【關鍵詞】3D打印技術；博物館；展覽；數字化；文創

【中圖分類號】G260.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1007—4198（2025）01—253—03

3D打印，又稱三維打印，是一種快速成形技術。它以數字化模型為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式構造物體。由于其在制造工藝方面的創新，被認為是“第三次工業革命的重要生產工具”。3D打印技術早在20世紀90年代中期就已出現，但由于價格昂貴，技術不成熟，早期并沒有得到推廣普及。經過20多年的發展，該技術已更加嫻熟、精確，且價格有所降低[1]。目前，3D打印技術已經應用到許多學科領域，其中就包括在博物館中，在博物館數字化建檔、陳列展覽、文物保護以及文創產品開發等方面廣泛運用，推動了博物館事業的發展。

一、數字化博物館建設

博物館信息化是指現行的博物館工作的各個部門和一切職能都能夠利用電腦成為日常工具，并且構成一個以藏品信息數據庫為核心的一個網絡平臺。作為核心的藏品信息庫關系著數字化博物館建設效果的好壞，因此藏品的數字化建檔便成為了重中之重。博物館數據庫包括由藏品檔案、古建筑檔案、古遺址檔案、古文獻等基礎資料組成的基礎數據庫和輔助各門類文物研究的專業數據庫兩大類。為適應文物信息的全方位數值化要求，數據庫的內容除了文檔部分外，還包括二維、三維圖像等多媒體部分。目前大多數博物館由于資金、技術、專業人才等種種條件的限制，大多沒有建立能支持大量三維數據的數據庫。

藏品信息數值化采集可分為直接數值化和間接數值化兩種。間接數值化是對已經轉換成其他信息媒體的藏品信息進行數值化處理，通常是對照片和錄像進行數值化，最大優總是不會造成文物損害。但攝影和錄像的主觀性很強，受到拍攝者認識水平和技術水平的影響。因此，照片和錄像所保存的信息本來就不夠客觀完整，而照片和錄像數值化的過程又會有不可避免的信息損耗，因此存在著很大的缺陷。直接數值化是對文物實體進行三微光學掃描，需考慮的是掃描設備是否會接觸文物并對文物造成損傷，儀器光源是否會損害文物。文物需要使用智能化掃描方式，掃描儀結合相應軟件，自行對掃描結果進行“平展”處理，不會出現變形問題。三維立體掃描是一種重要方式，不僅能夠全方位地采集文物的多層次信息，還可以還原為立體動態畫面。但是不同型號的文物需要不同規格的三維立體掃描設備。

不管是間接采集還是直接采集，所得到的數據和圖像都只是肉眼可以直接觀察到的部分，涉及到復雜文物或者體量過大的不可移動文物的具體內部結構便不得而知了。這時候便可以在查閱相關資料和實地考察之后，在了解內部結構的基礎上，運用三維建模軟件例如3Ds Max等來對文物進行三維建模，不僅能夠對文物的外在形貌進行詳盡的記錄，也可以清楚把握文物的內部構造，這對文物鑄造工藝的研究以及文物保護等工作有極大的幫助。博物館藏品的3D掃描和3D電子數據庫建設為后續陳列展覽、文物保護以及文創產品開發等工作奠定了基礎，也決定了后續工作的進展和效果，因此必須格外重視。

二、陳列中的輔助展品制作

博物館陳列是指在一定空間內，以文物標本為基礎，配合適當輔助展品，按照一定的主題、序列和藝術形式組合成的，進行直觀教育、傳播文化科學信息和提供審美欣賞的展品群體。陳列是博物館進行社會教育、傳播信息、提供審美欣賞、為科學研究提供參考服務的主要工作方式，也是博物館向社會提供的特殊精神產品。輔助展品是博物館調動、擴充、延展、豐富陳列展覽內涵的重要手段。從廣義的角度上理解陳列展覽中的輔助展品應該是除了文物之外的所有上展的內容，主要包括文物復制品、圖表、照片、模型、沙盤、場景、多媒體、互動項目等。其中，利用3D打印技術便可以很好的完成文物復制品的工作。

目前，這一技術在國內外的科技類博物館中使用較多。最早可以追溯到2007年，康奈爾大學傳動機械博物館采用3D打印技術復制出300多臺19世紀的機器，學生通過觀摩這些復制品對那段時間的歷史片段有了直觀的感受和體驗。在國內，3D打印技術的應用相對較晚，中國科學技術館在2009年率先引進一臺光固化成型3D打印機并建成“快速成型”展項，拉開了3D打印技術在博物館中應用的序幕[2]。但由于這個設備使用和維護成本過高，軟件操作太復雜，這個展項一度被暫停，不過3D打印技術在博物館中應用的探索并未因此停止。隨著技術的發展進步，3D打印技術越來越普及，成本和操作難度也進一步降低。2014年啟動的“掃描世界”在線項目收集有3000多件世界各地文物的3D模型，包括藝術史上那些最著名的雕塑作品，如米開朗基羅、羅丹等人的作品[3]，公眾可以通過下載自己喜歡的文物的3D打印數據去自己打印文物模型，方便由于地理局限而不能去博物館的人群有接觸到文物的機會。從隔著玻璃展柜看到可以拿在手上把玩，觀眾的體驗感和參與度得到巨大的提升。傳統意義上博物館與觀眾之間的互動主要是視覺上的，通過在電子屏幕上使用文字、圖片或者視頻，讓觀參與其中。文物復制品可以讓觀眾觸摸，連接著觀眾與文物，讓他們對文物能有更直觀的認識。曼徹斯特博物館中有一個通過3D打印精心制作的石碑的文物復制品，其中加入了多個傳感器，觀眾可以去觸摸那些石碑的表面，感受石碑上雕刻的弧度，一旦出發了其中的傳感器，旁邊的屏幕和揚聲器便會播放有關的內容和講解，觀眾便可以自己去探索石碑上的文字、符號所蘊含的特殊意義。相比與其他文物復制品，3D打印的文復制品能更好還原文物的特征與細節，給觀眾更加真實、直觀的參觀體驗。同時，這些文物復制品也能很好的照顧到一些特殊人群，比如視覺有障礙的人群，或者是好奇心比較重的小朋友或嬰兒——他們通常通過觸摸去認識、感知外面的世界。

三、藏品保護中的應用

博物館藏品保護是自然科學中的一門研究人類文化遺產和自然現象遺存的質量變化規律的科學。是研究對抗自然力對藏品破壞的科學，即研究歷代各種質地文物和標本，在內外因素影響下的質量變化規律，應用科學技術手段，維護藏品質量，對抗一切形式的質變，組織延緩質變的過程，控制降低質變速度，對藏品的劣化進行綜合防治。博物館藏品保護的主要工作方面包括：①藏品的科學檢測和分類；②藏品的保護與修復處理；③藏品所處環境的檢測和控制，即預防性保護。為了更好地保護文物本體、展示出文物的歷史價值、藝術價值和科學價值，在對文物進行保護修復的同時要遵循著最小干預原則、可逆性原則、原真性原則和預防性保護原則。文物修復雖然是一門傳統的手工技藝，有著修復文物的傳統價值觀念，現代文物遺產保護的要求對文物保護提出了更高的標準，這就要求現代修復材料和修復手段的提高，在這一背景之下，3D打印技術出現了，將現代修復材料、技術與文物保護修復原則完美結合，為文物保護提供了新的思路。從技術層面上講，文物復制品的制作就是文物修復的前提和基礎。

3D打印技術可以對文物殘缺的部分進行修補，通過3D掃描儀對文物空間外形、結構、色彩以及缺失部位進行掃描，實現非接觸測量，再通過計算機程序的測算，獲取精確的損失部位三維數據，從而復原得到完整的三維數字模型。通過對文物材質的數字化分析，3D打印機可直接制作出文物缺失部位，且吻合度極高，能夠實現復制部件與文物殘破邊緣的無損對接，最終復原文物全貌[4]。例如湖南省博物館在修復鵲尾爐時發現由于文物特殊的情況，翻范法會對文物造成破壞，因此便采用了3D打印的技術制作了鵲尾爐的配件，再經過后續的做舊、清洗和加固流程，僅僅花了4天的時間便完成了修復任務[5]。

相比于傳統的修復方法，3D打印技術修復效率高、速度快，對于一些保存狀況情況特別差，無法用常規方法修復或者瀕臨損毀的文物具有重要的意義。在進行修復的時，采用數字化的方式建模，也避免了傳統的翻模補配法可能會對文物造成二次破壞的安全隱患。不過目前3D打印技術仍然存在著缺陷，例如一些大型文物由于體積大小限制可能要拆分開打印，對文物整體性有所影響；其次，打印材料品種較為單一，不能一次性成型，還需后續人工進行上色、做舊等處理。總體來說，3D打印技術作為一種新興的增材制造技術，在文物保護中的應用前景還是非常廣闊的。

四、文創產品開發

博物館文創產品是博物館工作者結合市場需求，深入分析和開發博物館現有的館藏文化資源，并體現博物館文化價值和市場價值的產品。博物館文創產品主要以物質產品為載體，作為文化創新產品，它易于人們的接受，是傳播博物館文化的審要渠道之一，彰顯了博物館的文化價值。

從2016年以來，一系列政策法規密集出臺，鼓勵文博創意產業發展。因此2016年被認為是博物館IP運營元年，也意味著文化創意產業在政策和實踐層面正式成為博物館的“標配”，博物館運營全面進入文創時代。在相關政策的推動下，博物館文創從剛開始可愛造型的玩具、掛件等衍生產品向文博IP的轉型。以故宮為代表的一些博物館在文創產品的開發和銷售上取得了顯著的成果。僅2017年，故宮博物院文創產品就有數萬種。年銷售額達15億。然而，除了故宮博物院等少數成功的博物館，還有更“坐擁”大量傳統文化基因的博物館在文創開發上并不如意，沒有把本館的特色文化與文創產品結合起來，不少專業性或者偏遠地區的博物館的文創產品依舊停留在粗糙的創意設計階段。因此，文化產品的開發創意變成了急需解決的問題。

3D打印作為一種新型技術對顧客本身具有很強的新鮮感和吸引力，在價格適中的情況下，3D打印的文創產品能激發人們想要嘗試的心理。利用3D打印技術，結合文物的模型，可以根據觀眾的需要定制他們想要的文物模型的樣子，既可以滿足觀眾想要“把文物帶回家”的需求，也可以給博物館提供一些大眾審美需求向的創意設計。對于博物館中比較受歡迎的精美文物或者鎮館之寶，他們的制作工藝難度大且復雜，采用傳統的制作工藝可能實現不了完美的復制，而且材料的選用單一。3D打印技術可以選用多種原材料進行組合制作，也可以讓觀眾自己選擇想要使用的材料，通過不同材料給予觀眾不同的觸感體。例如中國3D打印文化博物館的文創產品3D漫畫，通過抓拍公眾面部特征，結合人物造型為公眾定制人像；此外，博物館現場的DIY定制珠寶體驗，通過專屬設備，公眾可按照個人喜好自行快速設計珠寶形狀、尺寸、厚度及材質，現場定制創作獨一無二的珠寶首飾，受到了消費者的青睞[6]。隨著新博物館學的興起和博物館以觀眾為中心的理念及實踐的探索，博物館文創產品的私人定制需求越來越強，3D打印技術在文化創意產品設計中的應用會給消費者帶來新的感受和體驗。如何利用3D打印技術開發文化創意產品設計，并且有更多創新點，這是文博工作相關人員和企業需要考慮的問題。

五、結語

作為一項新興的應用科技，3D打印技術在行業內外受到了廣泛的關注，大量的高校、科研機構和相關企業也都紛紛投入人力物力進行技術研發工作。3D打印技術在博物館中占據了重要的地位，在未來的發展中，3D打印技術也可以與互聯網大數據、虛擬現實技術、人工智能機器人等緊密結合起來，讓博物館在公共文化服務中做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]李青，王青.3D打印：一種新興的學習技術[J].遠程教育雜志，2013（4）.

[2]聞娟，高闖，武欣欣，等.3D打印技術在展教活動中的實踐與探索——以中國科學技術館為例[J].自然博物，2016（3）.

[3]裴晏.復制、傳播和反抗——3D打印如何改變博物館[J].IT經理世界，2016（16）.

[4]寇芳瑩.試析3D掃描打印技術在文物保護工作中的應用[J].文化學刊，2017（2）.

[5]劉亮，李園，吳小燕.3D打印技術在文物修復上的應用和探討——以鵲尾爐修復為例[J].湖南省博物館館刊，2018（Z1）.

[6]鄭嵐.淺析文旅科技融合下的專題博物館發展與創新——以中國3D打印文化博物館為例[J].傳播與版權，2020（2）.

作者簡介：周璞（1985—），女，漢族，河南舞陽人，常州市武進區博物館，副研究館員，研究方向為博物館學、陳列展覽、地域考古；馬超（1998—），男，漢族，江蘇揚州人，常州市考古研究所，助理館員，研究方向為文物保護。