练洁（山东省文物保护修复与鉴定中心，山东济南 250100）

青铜器作为中华文明起源、发展与繁荣的重要物质载体，不仅承载着厚重的历史信息，更蕴含着古代工匠的智慧与艺术创造力。然而，历经千百年的地下埋藏与自然侵蚀，大量青铜文物在出土时已残破不堪，修复与保护工作迫在眉睫。在此背景下，3D打印技术以其精准可控、可逆安全、高效便捷的优势，正逐步成为青铜文物保护修复领域的重要手段，引领文物保护向科学化、标准化迈进。

《“十四五”文物保护和科技创新规划》指出：“加强现代科技在文物保护修复中的应用。”根据工业和信息化部等十二部门联合印发的《增材制造产业发展行动计划（2017—2020年）》，3D打印技术的完整定义为“3D打印（又称增材制造）是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术”。相较于传统手工修复中的“凭经验补配”“难以精准复刻纹饰”等局限，3D打印技术凭借数据驱动、精准可控及材料适配的优势，为青铜文物保护修复提供全新的解决方案，推动文物修复从经验型向科学化转型。另外，传统修复往往强调“修旧如旧”，但在实际操作中，修复师的主观判断往往会影响文物的最终呈现。而3D打印技术则通过高精度数据采集和科学分析，更加客观地还原文物原貌，始终遵循“最小干预”“可逆修复”的原则。

一、3D打印修复方法与技术路线

1. 三维数据采集与模型构建

3D打印修复的前提是获取高精度的文物三维数据，为后续打印提供精准的数字模板。由于青铜文物形态繁杂、表面纹饰细腻且易碎，所以一般使用非接触的三维扫描方式。目前常用的有结构光扫描和激光扫描。结构光扫描精度非常高，可达到微米级，能够完整地扫描出青铜文物表面的铭文、饕餮纹、云雷纹等细部，适合对中小型、相对稳定的青铜器进行扫描。对于大型青铜重器，可选择便携式激光扫描仪，扫描范围大、速度快，虽绝对精度比不上结构光，但可满足对青铜器宏观形态的记录[1]。

数据采集完成后，需通过GeomagicDesignX等软件进行模型处理。首先剔除点云数据中的噪点，利用“统计滤波”算法保留有效数据。然后通过“ICP算法”，即一种用于精准拼接多视角扫描数据的数学方法，将多视角扫描的点云数据精准拼合，消除拼合缝隙。最后根据文物考古研究成果，如同时期同类文物的形制、纹饰规律，在虚拟环境中完成残缺区域的模型补全，生成可用于3D打印的完整数字模型。

2. 材料选择与成型工艺

3D打印材料与工艺的选择直接决定修复部件的适配性与耐久性，须严格遵循文物修复“最小干预”原则与“材料兼容性”原则。目前适用于青铜文物修复的3D打印材料主要分为两类：一类是过渡性材料，用于修复方案验证与辅助构件制作，如光敏树脂、PLA塑料；另一类是功能性材料，用于补配文物缺失部件，如铜合金粉末、青铜基复合材料[2]。

成型工艺选择上，需根据材料类型与修复需求匹配。若要制作修复方案验证模型，可采用光固化成型（SLA）工艺，其打印精度高，层厚为0.025mm—0.1mm，精准还原纹饰细节，且成本较低。若要制作文物缺失部件的金属补配件，则采用选择性激光烧结（SLS）或金属熔融沉积（FDM）工艺。SLS工艺以铜合金粉末为原料，通过激光烧结逐层堆积成型，打印部件致密度可达95%以上，力学性能接近青铜本体[3]。金属FDM工艺则适用于大型补配件制作，通过挤出铜丝逐层堆积，成本低于SLS，且可实现中空纹饰等复杂结构的打印。如针对青铜簋底部与圈足的残缺形状，可结合同类型青铜簋的完整形制与纹饰特征，并在3D打印技术的帮助下进行补配（图1）。

3. 修复效果验证与优化

3D打印修复效果需从技术指标与文物价值两方面进行验证，确保修复既符合科学标准又不损害文物的历史与艺术价值。技术指标验证上，通过三维扫描仪获取修复后的文物完整数据，与修复前的数字模型及同时期同类文物数据比对，分析补配部件的尺寸偏差、纹饰对齐度；通过硬度测试、耐腐蚀测试等，检验打印部件的物理性能。如青铜补配件的硬度须与原器接近（布氏硬度约为80HB—100HB），耐腐蚀性能应满足馆藏环境要求[4]。如将3D打印技术应用于青铜鼎腹部蝉纹和地纹修复（图2），可借助高精度三维扫描数据，将打印部件的纹饰形态、线条走向与文物现存部分或参考数据进行曲面贴合度分析，确保其流畅衔接、浑然一体。

文物价值验证上，组织文物保护专家、考古学家、传统修复师组成评审组。主要从三个方面进行评估：一是可逆性，判断3D打印补配件是否采用可逆固定方式，确保未来技术升级时可无损拆除；二是可识别性，检查补配部件是否存在隐蔽标识，避免与原器混淆；三是风格一致性，确认补配部分的形制、纹饰是否符合文物所处时代的工艺特点。

二、3D打印技术对青铜文物保护的影响

1. 提升修复精准度，降低修复风险

传统青铜文物修复中，缺失部件的补配多依赖修复师的经验手工制作，存在尺寸偏差大、纹饰复刻难、对原器损伤风险高等问题。例如：手工补配时，需反复比对原器，可能导致原器表面磨损；补配部件若尺寸不当，还要进行多次修改，进一步增加文物损伤风险。

3D打印技术通过数字模型驱动，从根本上解决了这些问题。一方面，基于高精度三维数据打印的补配件，尺寸偏差可控制在0.1mm—0.2mm，纹饰复刻精度可达微米级，远超传统手工修复的精度[5]。另一方面，3D打印无需直接接触文物本体即可完成补配件制作，避免手工修复中对文物的反复比对与打磨，将修复对原器的损伤风险降至最低。而且在文物提取环节，3D打印保护套的应用大大降低操作风险。如三星堆遗址发掘中，考古团队为大型青铜尊制作的3D打印保护套，通过硅胶翻模形成的“外衣”起到缓冲减力的作用，有效防止提取过程中可能对文物造成的损伤（图3）。该方法首次在文物提取中应用，为田野考古中的文物保护提供了新的思路。

2. 推动文物复制标准化，助力文化传播

青铜文物的复制是文化传播与文物保护的重要手段：一方面，复制品可用于博物馆展览，减少珍贵文物的展出损耗；另一方面，复制品可用于学术研究，为研究者提供近距离观察的样本。传统青铜复制多采用失蜡法、砂型铸造等工艺，存在复制周期长、成品率低、难以批量生产等局限，且不同工匠的复制成品差异较大，难以实现标准化。3D打印技术为青铜文物复制提供标准化解决方案，基于同一数字模型，可通过3D打印技术批量生产完全一致的复制品，且复制周期短。传统失蜡法复制一件青铜鼎需1—2月，3D打印仅需1—2周，成品率高达98%以上。3D打印还可实现轻量化复制，通过调整打印参数，制作重量仅为原器1/3—1/2的复制品，既便于展览运输，又降低展览过程中的损坏风险[6]。

3. 促进技术融合与跨学科合作

3D打印技术在青铜文物保护中的应用，促进了不同技术领域的融合与跨学科合作。从三维数据采集、数字模型处理到实体打印与后续处理，需要考古学、材料科学、计算机科学、机械工程等多学科的协同配合。三星堆新出土文物保护工作汇集16家文保单位，采用多单位、多学科参与的模式，3D打印、数字虚拟修复等新技术的介入，让埋藏3000多年的文物实现“数字重生”。这种协同保护模式打破传统文物保护的单学科局限，形成了更加全面、科学的保护体系。此外，3D打印技术还与水转印等传统工艺技术结合，探索新的文物保护路径。上海博物馆的实验证明，在3D打印基础上利用水转印技术进行文物修复或复制，成品的视觉效果良好，模拟瓷器、青铜器的色泽和质感均符合博物馆陈列的要求。这种传统工艺与现代技术的结合，为文物保护提供更多的可能性。值得注意的是，3D打印技术在青铜文物保护领域的应用仍面临一些挑战。如高精度三维扫描和打印设备的成本较高，对操作人员的专业技能要求也较为严格，这在某种程度上限制了该技术在中小型博物馆和基层文保单位的普及。而且，当下可用于文物修复的金属材料种类仍相对有限，其长期稳定性仍需长时间跟踪研究。

三、对3D打印技术未来的展望

未来，3D打印技术在青铜文物保护修复中的应用将朝着材料创新、智能融合及绿色可持续的方向深入发展。在材料方面，研究人员将致力于开发与文物本体成分一致的“同源合金”粉末，并通过添加改性剂，使补配部件与原文物老化速率同步，同时探索可降解的“可逆性材料”以避免二次损伤。在智能化层面，通过构建青铜文物AI数据库并训练深度学习模型，可实现残缺部位的自动识别与数字补全，从而形成“数据采集—模型修复—打印成型”的全流程自动化修复。此外，绿色化也是重要趋势，通过推广低温“冷烧结”等低能耗工艺，以及建立金属粉末回收体系、使用可溶解环保支撑材料，3D打印过程的能耗与浪费将大幅降低。这些发展共同推动3D打印技术进一步突破现有瓶颈，为青铜文物的科学保护与可持续传承注入全新动能。

四、结语

3D打印技术以精准可控、可逆安全、高效便捷的优势，为青铜文物保护修复带来了革命性变革。从高精度缺失部件补配到标准化文物复制，再到“数字—实体”双重备份，3D打印技术不仅解决了传统修复中的诸多难题，更拓展了文物保护的边界，让文化遗产在科学保护与活态传承中实现平衡。随着材料创新、智能融合与绿色可持续技术的不断突破，3D打印技术将进一步成为青铜文物保护修复的核心技术手段，为传承中华优秀传统文化、增强文化自信提供坚实的科技支撑。

参考文献

[1]高朋堂.基于3D打印的文化遗产数字化保护与复制技术研究[J].网印工业，2025（07）：57-59.

[2]苏晶晶.数字化技术在博物馆文物保护工作中的应用[J].收藏与投资，2025，16（05）：101-103.

[3]贾高飞，朱喆.实景3D场景表征——青铜文物三维重建可视化研究[J].工业工程设计，2025，7（02）：26-33.

[4]拾祎春.基于三维扫描技术的馆藏青铜器文物数字化保护研究[J].东方收藏，2025（02）：148-150.

[5]周伟，苍慜楠，程浩宗.基于AR技术的文物数字化三维图像重建方法[J].图学学报，2025，46（02）：369-381.

[6]韩红.馆藏青铜器修复保护与方法探讨及研究[J].收藏，2023（12）：85-87.

发表时间：2026年

来源期刊：《东方收藏》