一种高保真金属文物复制方法技术

本发明专利技术公开了一种高保真金属文物复制方法，包括下述步骤：①直接利用激光扫描仪扫描金属文物原器并通过逆向反求技术获取文物原器的三维模型；②利用有限元方法仿真实际熔模壳型铸造的实际过程，根据仿真的结果（譬如收缩）修正３Ｄ模型；③根据修正的３Ｄ模型，利用快速原型方法制备精准的蜡模；④利用蜡模制备壳型并根据仿真的最佳工艺参数进行浇注金属液，得到高保真的复制件。本方法无需接触文物原器就可制备精准的蜡模，因此不会对文物造成损害；而且本方法将逆向工程、快速原型和铸造工艺仿真技术引入到金属文物的复制中，与传统方法相比，所制备的金属文物复制件保真度高，可达到再现文物神韵的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种文物复制方法，尤指。
技术介绍
中国远古艺术中最辉煌的， 一是彩陶，二是青铜器。彩陶代表了 中国艺术虚灵飞动的一面，青铜器则代表了中国艺术厚重质实、庄严 齐整的一面。中国古代先民们在实践中创造了一整套制陶技术，为青 铜冶铸技术起源和发展提供了技术条件，可以认为我国的青铜时代伊 始于夏朝，兴盛于商朝，繁荣于周朝。我国远古的青铜器，有着独特的艺术风格一一夏朝的质朴清秀， 商朝的威严神秘，周朝的华丽清秀。这些出土的艺术作品除了给现代 人以精神上的艺术享受外，还可以从这些艺术作品中了解古人生活的 社会，探究他们的思想，使我们能够站在不同的历史层面上，从不同 的角度去深入领会历史传承下来的文化遗产，并进一步发掘其深层内 涵。为弘扬传统文化，满足大众对艺术和美的欣赏需求，同时加强文 物的保护和研究工作，文物复制 一直是博物馆的一项相当重要的工 作。所谓文物复制，是指通过一定的技术手段，使复制品与原器形制、 紋饰、材质、色泽、残缺程度高度一致。因此，对文物复制技术人员 来说，必须具备先进高超的制作工艺技能和各方面的学识修养及经验 的积累。复制青铜器是在对原器研究成杲的勤出上，了解古器的结构、技 法、功能等，查阅有关文献史料，把握住原器的时代特征和艺术风格,汲取原器制作的精华，利用现代科技新方法，才能顺利进行复制。复 制品必须一丝不苟地体现原器的精神和风貌，原器中每一个细节，每 一根线条都必须完善地表现出来，切忌随意更改，任意发挥或自行其 是。由于夏商周时期的青铜器制造技术手段有限，其"执简奴繁、分 范铸接"使得青铜器铸接部位，即使在同一件青铜器上，形态也存在 差异，因此，要想达到与原器的逼真相似，较好的复制方法是无需起 模，整体一次性铸造完毕，这就需要制备出忠于原器的模型(俗称母 模，如蜡模、树脂模等)。鉴于此，目前国内通用的铸造方法是熔模 精密铸造工艺和石膏型精密铸造工艺。 (1 )熔模精密铸造 熔模铸造的实质就是在蜡模表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥 后，加热将蜡模熔去，而获得具有与蜡模形状相应空腔的型壳，再经 焙烧之后进行浇注而获得复制品铸件的一种方法，故又称失蜡法。熔 模铸造生产出来的技术铸件，表面粗糙度高、精度高，形象生动，层次丰富；特别是精致紋饰、图案均可铸出。 (2)石膏型精密铸造熔模铸造虽然能制造出造型复杂的铸件，但也存在着涂料复杂， 清砂困难等缺点。近年来，国内外开始采用石膏型熔才莫铸造，简称石 膏型铸造。其工艺方法与传统的熔模精铸的最大区别在于使用灌石膏 浆料来代替多层涂料。这样，就简化了涂料过程。对于特大件涂料， 就省却了最困难的撒砂、硬化等操作。由于石膏型经焙烧浇注后特别 容易清理，故使得铸件细小的突出部分和一些深孔凹陷之处不会因清 砂而被碰伤。在浇注时，由于石膏型导热慢，金属液不会很快凝固， 因此铸件的复印性特别好，得到的铸件棱角分外清晰。石膏型铸造出 来的艺术铸件，表面粗糙度高，紋饰清晰细腻；立体感强，形象逼真。无论青铜器文物的复制方法是采用熔模精密铸造亦或是石膏型 精密铸造，首先必须依据原器，把握其特征，制备出与其雷同的蜡模。 目前常用的制备蜡模的方法就是依据原器进行翻制，即翻模。常用的 翻模方法有石膏翻模和硅橡胶翻模。所谓石膏翻模，即是利用石膏无 收缩率，能获得较佳复印性之特性。其具体方法将文物原器的每一部 份原位拓印下来之后，进行组装成型，然后浇注石蜡，获取蜡模。石 膏翻模劳动强度大，技术要求高，翻出的东西质感好，但精细花紋效 果不理想。所谓硅橡胶翻模，就是利用其凝固收缩小，弹性及复制性 好的特点，对文物原器进行硅橡胶整体包覆拓印(或者采用类似石膏 分块拓印)的方法，割分(或组装)后在其空腔中注入石蜡，获取蜡 模。硅橡胶翻模容易操作，精细花紋能够出来，但因古青铜器由泥范 制备陶范，故使用硅橡胶翻模就少了原器那种质感和神韵。而通过上 述两种方法取得蜡模后，还必须以人工修饰蜡模。由于在翻制蜡模的过程中，石膏需直接和文物原器接触，由于石膏会产生20(TC左右的温度，这些化学药物可能会对文物造成意想不 到的损伤，因此，国家文物事业管理局明文规定"对一些价值高，具有独特艺术风格的珍贵古文物进行复制，不能用石膏直接翻^it，以免损伤文物，，，而且石膏本身的性质会导致石膏拓片无法表现文物细节； 而使用硅橡胶翻模时，也存在一个割分步骤，这也有可能对文物原器 造成划痕损伤。同时，无论是石膏翻模和硅橡胶翻模，其最终组装以 及人工修饰肯定会存在一定误差，使得蜡模形体轮廓和紋理清晰性难 以保证，有时还会产生披缝，加上蜡模凝固收缩，以及后续的青铜浇 铸凝固的收缩，因此，最终成品在形制规格上会与原器存在较大的尺 寸误差，其与"文物复制品与原器雷同"原则相违背，故可以说，成 品应该称为"仿制品"而非"复制品"。综上所述，可以发现，现行制备青铜文物复制品方法的难点在于 ①蜡模制备难度大；②制品精度难达标；③可能损伤文物原器。
技术实现思路
鉴于现行制备青铜等金属文物复制品方法的缺陷，本专利技术所要解 决的技术问题在于提供，其可以改善金 属文物复制的质量，得到高保真的文物复制品。为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是，包括下述步骤(1 )逆向反求金属文物原器3D模型直接利用激光扫描仪扫描金属文物原器并通过逆向反求技术获 取文物原器的三维模型；(2 )铸造仿真修正3D模型利用有限元方法模拟仿真实际熔模壳型铸造的实际过程，根据仿 真的结果修正3D模型；(3) 快速原型制备蜡模根据修正的3D模型，利用快速原型方法制备精准的蜡模；(4) 壳型制备并浇注成型利用蜡模制备壳型并根据仿真的工艺参数进行浇注金属液，得到 高保真的复制件。所述第(1)步骤，也可先经硅胶模具得到文物原器的树脂模型， 再对树脂模型进行激光扫描并通过逆向反求技术获取青铜原器的三 维模型。所述第(4)步骤，采用水玻璃-石膏复合，即首先在蜡模表面涂 挂石膏，而后涂挂水玻璃涂料，经焙烧脱蜡后形成复合壳型。采用上述方案后，由于本专利技术提出一种新的青铜文物复制方案运用逆向反求技术获取青铜原器的三维模型，并通过有限元方法模拟仿真实际铸造过程以修正3D模型，进而利用快速原型制备蜡模，最后利用水玻璃-石膏法制壳浇注获耳又复制件。该方案技术先进，工艺 精准，克服了目前常用方法的所有缺陷，且制造周期短，成本低廉。具有优点描述如下1. 由于采用无接触的激光扫描并通过逆向反求技术获取青铜原 器的三维模型，通过三维模型利用快速原型制备蜡模，这种无接触方 式不会对文物造成损坏。2. 本专利技术将逆向工程、快速原型和铸造工艺仿真技术引入到金 属文物的复制中，与传统方法相比，本专利技术所制备的青铜文物复制件， 其形制、紋饰、残缺与原器完全雷同，形神兼备，保真度高，可达到 再现文物神韵的效果。附图说明图l是本专利技术的原理示意图；图2是本专利技术逆向反求青铜文物原器3D模型的实施流程图；图3是本专利技术铸造仿真修正3D模型的流程图；图4是本专利技术快速原型制备蜡模的流程图；图5是本专利技术水玻璃-石膏复合壳型制备并浇注成型的流程图。具体实施方式本专利技术所揭示的是一种金属文物复制方法，如图1所示，为本发 明的原理图，其包括下述四个步骤①逆向反求金属文物原器3D模型直接利用激光扫描仪扫描金 属文物原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高保真金属文物复制方法，其特征在于它包括下述步骤：　（１）逆向反求金属文物原器３Ｄ模型　直接利用激光扫描仪扫描金属文物原器并通过逆向反求技术获取文物原器的三维模型；　（２）铸造仿真修正３Ｄ模型　利用有限元方法模拟 仿真实际熔模壳型铸造的实际过程，根据仿真的结果修正３Ｄ模型；　（３）快速原型制备蜡模　根据修正的３Ｄ模型，利用快速原型方法制备精准的蜡模；　（４）壳型制备并浇注成型　利用蜡模制备壳型并根据仿真的工艺参数进行浇注金属液 ，得到高保真的复制件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚晓叁，胡业奇，葛晓宏，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]