基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法

技术特征：
1.基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：该方法使用生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料复原石质文物的破损部位；所述生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料包括刀豆尿素混合溶液5-30份，活性氧化镁5-30份，岩粉(砂)5-30份；所述刀豆尿素混合溶液由尿素溶液和刀豆过滤液混合而成，所述刀豆过滤液的生物酶活性值为1-20μmol尿素/min，所述尿素溶液的浓度为1-10mol/l；所述岩粉(砂)由位于石质文物邻近山体的且与石质文物岩性相同的岩石磨成；复原步骤具体如下：s1，利用三维激光扫描仪对石质文物的破损部位以及周边区域进行扫描，获取三维坐标数据；基于分析破损部位与周边区域存在的几何协调性，修正得出破损部位发生破损前原有的三维几何尺寸信息；s2，根据得到的三维几何尺寸信息，利用3d打印机打印出3d复原模具；所述复原模具透明且具有双层结构，内层结构与破损部位尺寸一致，外层结构的尺寸略大于破损部位周边的尺寸，使得复原模具可以被压附在石质文物破损部位的表面；所述复原模具的内层结构与外层结构围成一个封闭腔体；所述复原模具上预留有贯穿内、外层结构的复原材料灌入口；所述外层结构上设有液体干冰灌入口；所述内层结构上设有气态干冰渗透口；s3，将复原模具的内侧喷水浸湿，并均匀地洒上一层薄薄的岩粉(砂)，使岩粉(砂)黏在复原模具的内侧；在复原模具内侧的水分未干燥和岩粉(砂)未掉落之前，将复原模具牢牢地压附在石质文物破损部位的表面；s4，从复原材料灌入口注入配置好的生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料，直至完全填充满复原模具和石质文物破损部位之间的空间；然后利用振动器振动复原模具，保证注入的生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料填充均匀；s5，养护3-7天以后，从液体干冰灌入口注入干冰，直至充满内、外层结构围成的封闭腔体，将液体干冰灌入口封闭；干冰在封闭腔体内升华变成气体后，从气态干冰渗透口进入复原材料区域，并作用1-3天；s6，从复原材料灌入口低速注入蒸馏水，冲洗固化后复原材料上残留的盐、有机物和其他可溶性物质；s7，拆除复原模具，用毛刷轻轻刷除表面松散的岩粉(砂)，复原完成。2.根据权利要求1所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述复原模具的外层结构与内层结构之间的距离为0.5-3.0cm。3.根据权利要求1所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述复原模具采用树脂材料打印而成。4.根据权利要求1所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述复原模具的顶部预留有两个对称分布的复原材料灌入口。5.根据权利要求4所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述复原材料灌入口的直径为0.5-10cm。6.根据权利要求5所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述液体干冰灌入口的直径为0.5-3cm，所述气态干冰渗透口的直径为0.1-0.5cm。7.根据权利要求6所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其
特征在于：所述气态干冰渗透口处设置有过滤材料。8.根据权利要求1所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述几何协调性包括曲面的连续性、与相邻部位的对称性以及特征的完整性。9.根据权利要求1所述的基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，其特征在于：所述生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料的制备过程如下，首先将刀豆烘干并磨成粉，筛选粒径小于0.075mm的刀豆粉，按照固液比1：10-50将刀豆粉溶于去离子水中，充分搅拌后静置1h，得到刀豆过滤液；然后将刀豆过滤液与尿素溶液按照体积比1：0.5-3混合，并充分搅拌后静置0.1-2h，得到刀豆尿素混合溶液；最后将5-30份刀豆尿素混合溶液，5-30份活性氧化镁和5-30份岩粉(砂)均匀混合，得到生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料。

技术总结
本发明的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法可以实现石质文物破损部位在物理力学性质兼容性上、几何尺寸上以及表观颜色上的高保真复原；其使用生物氧化镁水泥-岩粉(砂)作为复原材料，符合石质文物对复原材料生态环保、高兼容性等要求，利用三维激光扫描技术和3D打印技术，为石质文物破损部分的三维几何信息的提取、修正以及复原模具的精准打印提供了技术保证；在复原时，利用复原模具的双层结构和干冰的缓释作用，保证了复原材料的高利用率和高固化强度，通过薄岩粉(砂)层的设置，为修复部位的表观颜色提供了保证，通过蒸馏水冲洗固化后复原材料上残留的盐、有机物和其他可溶性物质，为修复部位的耐久性提供了保证。了保证。了保证。


技术研发人员：泮晓华 唐朝生 施斌
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2022/12/30