陶磁器文化遺産の修復と複製における3Dプリント技術の応用に関する簡単な議論

コンピュータ技術、情報技術、新素材などの一連の主要技術の成熟と進歩により、3D プリンティングは現代のモデル、金型、部品を製造する効率的な方法となり、多くの分野で注目と応用が高まっています。文化財は古代人の知恵の結晶であり、芸術的、人文的な情報を多く含んでいます。陶磁器文化財は貴重で古く、材質も壊れやすいため、文化財情報を正確に把握し、文化財を保護しながら修復や複製をうまく行うのは、文化財保護の意識が高い修復家一人ひとりの責任であり使命です。
現在、3Dプリント技術は、「パーソナライズされたカスタマイズ」と「文化財に実際に触れることなくデータ情報を収集する」という特徴を備えており、文化財の修復や複製に活用されており、文化財保護の意識の下で修復や複製中に文化財への二次的被害を最小限に抑えるための優れた対策と手段の1つとなっています。実際、3D技術は文化遺産の保護に利用されており、新疆ウイグル自治区の丘慈石窟の修復はその一例です。
1陶器の複製<br /> 陶器の複製を例にとると、文化遺物を印刷して複製するには、主に 3 つのステップが必要です。
（１）高精度な３次元データを正確に取得
（２）３次元ソフトウェアによるモデリング、すなわち３次元データの効率的な処理。
（３）３次元データの出力である３Ｄプリンティング。今回、松澤遺跡博物館のために複製された陶器と合わせて、複製の過程をさらに詳しく説明します。

まず、陶器を模写するには対象物の3次元データが必要であり、この3次元データは3次元スキャナーで収集する必要があります。この研究では、より一般的な白色光スキャナーを使用しました。自然光と同様に、白色光スキャナーは文化遺産の表面の色に与えるダメージが少なくなります。データ収集時間は遺物の大きさや複雑さに関係します。一般的に、高さ20cmの陶器の壺からデータを収集するには約10分かかり、その後コンピューターでデータを処理するには10〜20分かかります。データの精度は0.03mmです。 3D モデリングの品質は、3D プリントモデルの品質を直接的に決定します。このプロセスでは、CAD などのベクターモデリングソフトウェアを使用できます。

3次元データを取得した後、そのデータはベクター形式となり、3次元印刷に必要なサイズに比例して拡大または縮小することができます。今回は複製と印刷に同じ比率が使用されています。印刷機にはさまざまな種類がありますが、現在最も一般的なのは感光性樹脂を使用した液状印刷です。液体の材料にレーザーを当て、0.05mmの精度で形状を固めます。粉末状や糸状の固形材料を層状に重ねて印刷した物もあり、デジタルグラフィック情報をもとに材料を追加することで任意の形状の物を生成する「付加製造」の特徴があります。この一連の陶器の複製では、液化印刷と粉末化印刷の 2 つの方法を比較しました。粉末印刷の堅牢性と精度は若干劣っており、この一連の陶器を複製するための要件を満たすことができません。 16 個の陶器のレプリカのうち、模様や精細さが求められたため 15 個は液体感光性樹脂を使用して印刷され、表面が滑らかで模様のない陶器 1 個のみ粉末樹脂を使用して印刷されました。

感光性樹脂から形成された物体は繊細で強靭であり、研磨することができ、簡単には壊れません。粉末印刷された物体の表面は比較的粗く、材料構造が十分に緊密ではなく、脆くて壊れやすいです。ただし、粉末印刷は材料コストが比較的低く、大きな物体のレプリカ印刷に適しています。粉末印刷では、印刷プロセス中に色を追加することもできます。これはカラー印刷と呼ばれます。 3Dデータの収集は、文化財の安全のため、通常は屋内で行われるため、室内の光やスキャン機器の精度などの影響で、その後の3Dデータ処理で色の歪みが深刻になります。陶器文化財の表面自体は層が豊かで、3Dデータ処理では、対象物の表面色の調整と制御に対する要求が高く、理想的な陶器の色を印刷することは一般的に困難です。この間、カラー印刷法を用いて小さなサンプルが印刷されましたが、陶器本来の色を復元することはできませんでした。そのため、液化印刷と粉末印刷の両方で白色材料印刷が使用されます。その後、伝統的な手法で、陶器本来の色に合わせて手作業で絵付け、着色、彫刻を施し、本来の姿を復元します。

2 つの例<br /> この蓋付きの黒い陶器の壺を例にとると、陶器のレプリカは外形のみを印刷する必要があるため、コストを節約するために、印刷された感光性樹脂レプリカの壁の厚さは比較的薄くなっています。また、感光性樹脂自体は比較的軽いため、印刷されたレプリカの内側に石膏の層を均等に塗布して（図1）、レプリカの壁の厚さと体積重量を増やし、レプリカ全体の質感を高めています。
3D 次に、黄土、線香灰、一定量の水、白糊を混ぜた液体を刷毛で塗り、模様のついた白い形全体に塗りつけます（図2）。半乾きになったら、濡れ雑巾で表面に残った黄色を拭き取ります（図3）。ただし、この時点では、隙間に黄色い「粉」が埋め込まれています。完全に乾いたら、陶器本体と同じ色の濃い黒の塗料（アクリル塗料でも可）をスプレーで全体に塗ります（図4）。再度乾燥した後、自家製の尖った竹刀を使用して、模様の黒い表面を慎重に取り除きます（図5）。その下には一定の厚さの黄土混合物があり、接着力が弱い薄めた白糊で接着されているため、土の汚れに似た黄色が簡単に露出します。

次に、表面の模様が乾いたら、黄褐色などの錆を塗りつぶします。完全に乾燥した後、Hezhongブランドの「AAA」エポキシ樹脂と混ぜ、適量の細かく粉砕した洛陽黄土と適量の香灰を加えます。必要に応じて適切な色の粉末を追加し、必要に応じて混合液を調整して、土の汚れに似た質感と色にします。自家製の尖った道具で少し浸し、必要に応じてゆっくりと「転がす」、「点を打つ」、「貼り付ける」などの技法を使用して、容器の表面に土の汚れの分布を描き、時間をうまく制御します。約30分後、エポキシ樹脂が乾きそうでまだ乾いていないときに、細かく粉砕した黄土と香灰の混合粉末を土の錆の表面に振りかけ、エポキシ樹脂が完全に乾いた後に形成される光沢を覆うために緩い土の層を形成します。再び乾燥すると、陶器の全体的な外観は以前と同じレベルに戻ります。今度は、元の陶器と注意深く比較し（図6）、元の陶器の分布に応じて土やまだら感を慎重に調整し、より豊かな重層感を手描きします。蓋も同様に作ります。数千年前の黒陶器のレプリカ（図7）が私たちの目の前に鮮明に現れます。
3 修復文化財修復における3Dプリントの実現可能性についてお話しします。文化財修復における応用は、主にデータ操作に関するものです。3次元データを使用すると、欠損部分を埋めるなど、欠損部分に対してさまざまな修復を行うことができます。その後、他の完全な場所のパターン、装飾、形状をコピーしてギャップを埋めます。欠損領域が比較的大きく、同一または反転した部分がある場合は、直接コピーするか、切り取ってからミラーリングして、部品全体を修復するか、ブール演算を使用して欠損部分を計算してから印刷することができます。

3Dプリントの利点は、非接触でスキャン、修復、コピーできるため、従来の成形技術による文化遺産への損傷を最小限に抑えられることです。さらに、その速度と精度は従来の技術とは比べものになりません。

3Dプリント技術は文化財に触れることなく情報を収集できるため、文化財の安全性を重視し、文化財の修復や複製の過程での二次被害を防ぐ上で画期的な積極的な意義を持っています。対称的な物体では、鏡の原理を利用して反対方向に部品をコピーすることもでき、従来の手作業による成形や成型などの複雑なプロセスを回避し、文化財の本来の魅力を高い精度で維持することができます。

出典：上海博物館文化財修復研究室の楊雲氏。

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