CN115536315A - 基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法 - Google Patents
基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115536315A CN115536315A CN202211175087.7A CN202211175087A CN115536315A CN 115536315 A CN115536315 A CN 115536315A CN 202211175087 A CN202211175087 A CN 202211175087A CN 115536315 A CN115536315 A CN 115536315A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- restoration
- recovery
- sand
- layer structure
- printing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004575 stone Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 80
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 68
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 66
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 54
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 47
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 235000010520 Canavalia ensiformis Nutrition 0.000 claims description 34
- 235000010518 Canavalia gladiata Nutrition 0.000 claims description 34
- 240000001723 Entada phaseoloides Species 0.000 claims description 34
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 10
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 7
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 53
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 10
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 108010046334 Urease Proteins 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000000582 semen Anatomy 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
- C04B2111/00181—Mixtures specially adapted for three-dimensional printing (3DP), stereo-lithography or prototyping
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/72—Repairing or restoring existing buildings or building materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及石质文物复原技术，具体涉及一种基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法。
背景技术
文物是人类文化的精华，是一个国家、一个民族文明的体现，是研究历史的实物资料，更是教育子孙后代的好教材。我国是文明古国，有着丰富的文物资源。在各类文物中，石质文物占有极大比重，比如历代的石窟寺、石雕艺术品、石碑、石质构建筑物遗址等。这些珍贵的历史文化遗产通常体量较大，多处于露天或者半露天环境，在漫长的历史岁月中长期遭受着风化作用的不利影响，再加上不同程度的人为破坏，普遍存在结构性失稳、表层酥粉、开裂破损以及生物侵蚀等病害。这些病害导致石质文物表层存在不同程度的破损，既影响美观，还会成为加速风化作用的不利因素。如何实现文物表层破损的精准复原是文物保护的关键，也是最为有效的措施。但这也是一个难点，复原材料的物理力学性质需要与原岩的物理力学性质近似和兼容，还要无色差，并且具有良好的耐候性和透气性，同时修复部位的几何外观与文物的整体外观需保持协调。
在石质文物保护领域，目前的保护工作主要集中在风化层的保护和裂隙修复等方面，保护和修复的加固材料按材料的主要成分可分为无机材料和有机材料。无机材料像石灰水、氢氧化钡、碱性硅酸盐以及高模数硅酸钾等自十九世纪以来就被尝试用来填充文化遗产浅表风化裂隙，从而期望达到防水和加固的目的。有机材料用于文化遗产的加固已有四十余年，主要有环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂等。上述研究成果在一定程度上实现了风化层保护和裂隙修复加固降渗的目的，但这些技术均存在一定的局限性。无机材料粘结力、兼容性等性能较差，主要用于裂隙修复方面；有机材料在风化层保护和裂隙修复方面均有应用，但其耐候性差，被紫外线照射后易变黄，稠度大，易堵塞水蒸气的流通，长期来说，保护效果存在副作用。此外，这两类材料无法用于石质文物表面破损的复原。
因此，针对石质文物表层破损，研发一种高保真复原技术，对于石质文物(例如云冈石窟)保护具有十分重要的理论意义和实际工程应用价值。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法。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，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。此外，本发明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；通过蒸馏水冲洗步骤，可有效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。
本发明的技术方案：
基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，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。
与现有技术相比，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使用生态环保和高兼容性的生物氧化镁水泥-岩粉(砂)作为复原材料，该复原材料由刀豆尿素混合溶液、活性氧化镁和岩粉(砂)按一定比例混合配置而成，具有物理力学性质与原岩的物理力学性质近似和兼容，无色差且具有良好的环保性、耐候性和透气性等特性，符合石质文物对复原材料的要求；该方法利用三维激光扫描技术对石质文物破损部分的三维几何信息进行提取、修正，利用3D打印技术打印复原模具，可以实现石质文物破损部位在几何尺寸上的高保真复原；复原时利用水分将岩粉(砂)粘附在复原模具表面，在生物氧化镁水泥-岩粉(砂)复原材料注入以后，能轻易地转变为粘附在复原材料表面，在复原材料固化以后，这些岩粉(砂)能牢牢的固定在复原材料上，这不仅有助于养护完成后的脱模，还能使得复原体的表观颜色无限接近原岩的颜色；此外，复原模具透明，便于注浆过程的观察，其采用内、外两层结构，并在内层结构与外层结构之间设置有封闭腔体，在对石质文物破损部位进行复原的过程中，可以向封闭腔体内注入干冰，利用干冰的缓释作用提高复原材料中活性氧化镁的利用率和固化效果，通过生物固化和化学固化的联合作用，保证了复原材料的高固化强度，使得复原材料固化后的物理力学性质与原岩的物理力学性质无限接近，在后期的风化作用中具有更好的抗变形作用，降低了其产生风化裂隙的可能性；在复原材料固化后，通过缓慢注入蒸馏水，去除固化后复原材料上残留的盐、有机物和其他可溶性物质，可以尽可能降低这些可溶性物质带来的不利影响。
作为优化，前述的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法中，所述复原模具的外层结构与内层结构之间的距离可以为0.5-3.0cm。
作为优化，前述的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法中，所述复原模具采用树脂材料打印而成。本申请中，复原模具采用树脂材料打印，打印过程安全、打印速度快，而且模具的成型精度好，表面平滑度高。
作为优化，前述的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法中，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。由此，使得复原材料可以均匀注入复原模具和石质文物破损部位之间的空间，进一步保证了复原材料填充均匀。进一步的，所述复原材料灌入口的直径可以为0.5-10cm。
作为优化，前述的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法中，所述液体干冰灌入口的直径可以为0.5-3cm，所述气态干冰渗透口的直径可以为0.1-0.5cm。所述气态干冰渗透口处设置有过滤材料，用于防止复原材料或者岩粉(砂)进入内、外层结构围成的封闭腔体内。所述过滤材料可以为海绵。
作为优化，前述的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法中，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。
作为优化，前述的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法中，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。
附图说明
图1是本申请的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的说明，但并不作为对本申请限制的依据。
参见图1，本申请的基于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；(刀豆过滤液可以由脲酶溶液、脲酶菌溶液、大豆脲酶溶液等代替)
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(内、外层结构的厚度以保证其具有足够的刚度为宜)；所述复原模具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；(复原材料灌入口、液体干冰灌入口和气态干冰渗透口的直径可以根据实际复原面积的大小进行设计)
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；(干冰可由二氧化碳气体代替)
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。
实施案例：
本案例为采用上述的本申请的基于3D打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法，对龙门石窟的破损部位进行修复。
其中，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1：30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；随后，将刀豆过滤液与浓度为5mol/L的尿素溶液按照体积比1：2混合，并充分搅拌后静置1h，得到刀豆尿素混合溶液；然后，从龙门石窟邻近山体获取同样岩性的石灰岩块体并磨成粉，筛选粒径小于0.075mm的石灰岩粉；最后将15份刀豆尿素混合溶液，15份活性氧化镁和15份石灰岩粉均匀混合，得到生物氧化镁水泥-石灰岩粉复原材料。
复原步骤如下，
S1，利用三维激光扫描仪对龙门石窟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(包括曲面的连续性、与相邻部位的对称性、特征的完整性)，以及专家建议，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打印机和树脂材料打印出透明的3D复原模具；所述复原模具具有双层结构，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；所述内层结构与外层结构围成一个封闭腔体，外层结构与内层结构之间的距离为2.0cm；所述复原模具顶部预留有两个对称分布的贯穿内、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；所述复原材料灌入口的直径为5cm，所述液体干冰灌入口的直径为2cm，所述气态干冰渗透口的直径为0.3cm；所述气态干冰渗透口处设置有海绵；
S3，将复原模具的内侧喷水浸湿，并均匀地洒上一层薄薄的石灰岩粉，使石灰岩粉黏在复原模具的内侧；在复原模具内侧的水分未干燥和石灰岩粉未掉落之前，将复原模具牢牢地压附在龙门石窟破损部位的表面；
S4，从复原材料灌入口注入配置好的生物氧化镁水泥-石灰岩粉复原材料，直至完全填充满复原模具和龙门石窟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-石灰岩粉复原材料填充均匀；
S5，养护5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，从气态干冰渗透口进入复原材料区域并作用2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石灰岩粉，复原完成。
龙门石窟的破损部位按照上述步骤修复完成后，修复部位颜色与其他部位颜色高度一致、几何形态高度协调一致、物理力学性质优异且与相邻部位的兼容性好。此外，修复部位还具有一定的透气性，以及耐候性好等特性。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。
Claims (9)
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211175087.7A CN115536315B (zh) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | 基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211175087.7A CN115536315B (zh) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | 基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115536315A true CN115536315A (zh) | 2022-12-30 |
| CN115536315B CN115536315B (zh) | 2023-02-28 |
Family
ID=84729922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211175087.7A Active CN115536315B (zh) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | 基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115536315B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103264604A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-08-28 | 上海建为建筑修缮工程有限公司 | 基于3d技术的历史建筑石雕修复方法 |
| KR101706626B1 (ko) * | 2016-08-05 | 2017-02-14 | 연재흠 | 3d 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법 |
| CN106584829A (zh) * | 2015-10-09 | 2017-04-26 | 湖南六新智能科技有限公司 | 一种3d打印技术修复文物的方法 |
| CN110655381A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-07 | 安徽徽博先临三维云打印技术有限公司 | 3d打印文物修复用环保材料及其制备方法 |
| CN113250184A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-13 | 南京大学 | 基于微生物矿化作用的岩体多尺度裂隙的联合修复方法 |
-
2022
- 2022-09-26 CN CN202211175087.7A patent/CN115536315B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103264604A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-08-28 | 上海建为建筑修缮工程有限公司 | 基于3d技术的历史建筑石雕修复方法 |
| CN106584829A (zh) * | 2015-10-09 | 2017-04-26 | 湖南六新智能科技有限公司 | 一种3d打印技术修复文物的方法 |
| KR101706626B1 (ko) * | 2016-08-05 | 2017-02-14 | 연재흠 | 3d 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법 |
| CN110655381A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-07 | 安徽徽博先临三维云打印技术有限公司 | 3d打印文物修复用环保材料及其制备方法 |
| CN113250184A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-13 | 南京大学 | 基于微生物矿化作用的岩体多尺度裂隙的联合修复方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李沛豪等: "生物修复加固石质文物研究进展" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115536315B (zh) | 2023-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108117321A (zh) | 一种地聚物基透水砖的制备方法 | |
| CN115536315B (zh) | 基于3d打印的石质文物破损部位的生物高保真复原方法 | |
| CN110376030B (zh) | 一种不规则柱状节理类岩石试样的制备方法 | |
| CN108442724B (zh) | 一种土遗址裂隙修复方法 | |
| CN109776044A (zh) | 一种新型高强度无机人造岗石及其制备方法 | |
| CN111470840B (zh) | 石质文物表面裂隙修复材料及其制备方法 | |
| CN106458749A (zh) | 用于制造可再循环且可降解的物品的混合物、工艺和模具 | |
| CN111366427B (zh) | 一种制备柱状节理岩石试样的方法 | |
| CN112304722B (zh) | 一种含泥质弱胶结砂岩重塑方法 | |
| CN108909339A (zh) | 一种低碳化复合型仿山石盆具的附膜成型工艺流程 | |
| CN112876154A (zh) | 一种裂缝的修复方法 | |
| CN209412627U (zh) | 建筑垃圾再利用透水砖 | |
| CN116290880A (zh) | 一种利用3d打印模型进行古建筑裂缝修复的方法 | |
| CN100581843C (zh) | 一种大型假山岩石的制造技术 | |
| CN108249840A (zh) | 仿古路面砖及其制作方法 | |
| CN110904995B (zh) | 一种毛石砌体的快速施工方法 | |
| CN114656199A (zh) | 一种高强度、耐风化牡蛎壳地质聚合物的制备方法 | |
| CN108609923B (zh) | 一种建筑垃圾再生料制备环保渗水砖的方法 | |
| CN212714335U (zh) | 一种高质感的抛丸砖 | |
| CN216664226U (zh) | 一种3d打印抗冲击井盖 | |
| CN102352024B (zh) | 水性环氧树脂在古墓葬保护中的应用 | |
| CN101066545A (zh) | 一种出土文物的真空浸渍保护技术 | |
| CN107840637A (zh) | 手拍坭兴陶的制作方法 | |
| CN116606659A (zh) | 一种高效生物固化剂及其制备方法和固化土体的方法 | |
| CN109265095A (zh) | 一种抗渗抗冻融混凝土预制件的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |