استفاده از فناوری‌های نوین نمونه سازی در بازسازی بخش های مفقود سفالینه های باستان شناسی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مرمت آثار تاریخی دانشگاه هنر اسلامی تبریز

2 عضو هیأت علمی، دانشکده طراحی اسلامی، دانشگاه هنر اسلامی تبریز

3 دکترای مهندسی مکانیک

چکیده

امروزه فناوری‌های نوین، منجر به درک بهتر آثار باستانی و حفاظت بی‌خطر آن‌ها گشته‌اند؛ هدف این تحقیق، تشریح فرآیند جدید و بومی شده‌ی استفاده از فناوری‌های نمونه‌سازی سریع، شامل: اسکنر و چاپگر سه‌بُعدی برای بازسازی بخش‌های مفقود آثار سفالین و امکان سنجی به‌کارگیری آن‌ها در بازسازی دیگر اشیای باستانی است. پرسش‌های تحقیق عبارتنداز: 1- چگونه می‌توان از فناوری‌های نمونه‌سازی نوین در بازسازی بخش‌های مفقود آثار سفالین تاریخی استفاده نمود؟ 2- بازسازی سفال‌های تاریخی با روش‌های نوین نمونه‌سازی چه مزایا و معایبی نسبت به روش‌های معمول دارد؟ در همین راستا بر اساس روش تحقیق تجربی-آزمایشگاهی فناوری‌های نوین نمونه‌سازی در قالب آزمون‌های موردی روی نمونه سفالی خاکستری پیش‌ازتاریخی مربوط به کاوش‌های باستان‌شناسی کول‌تپه در هادیشهر جلفا(ی) آذربایجان شرقی انجام گرفت و در ادامه با تحلیل داده‌های حاصل از هم‌سنجی تجهیزات به‌منظور دستیابی به اهداف تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفتند. بخش‌های مفقود نمونه مطالعاتی این تحقیق بر اساس تحلیل نرم‌افزاری تصاویر اسکن سه‌بُعدی 20% محاسبه و برای انجام بازسازی بخش مفقود در ابتدا با کمک اسکنر لیزری اقدام به تهیه‌ی تصاویر سه‌بُعدی از سطح نمونه‌ گردید؛ سپس با استفاده از نرم‌افزار تصاویر سه‌بُعدی تبدیل به داده‌های قابل استفاده در چاپگر سه‌بُعدی شد. در ادامه‌ی نمونه‌سازی تجربی، جهت یافتن نمونه مناسب انجام گرفت؛ پس از تحلیل نمونه‌های بازسازی شده و هم‌سنجی سیستم‌ها، از نظر ظرافت بدنه‌ی چاپ شده و همچنین قابلیت دستگاهی برای ساخت قطعه‌ای هماهنگ و بدون عیب جهت بخش‌های مفقود، اقدام به چاپ سه‌بُعدی قطعات مفقود گردید و در نهایت نیز بخش‌های چاپ شده متناسب با بخش‌های مفقود به بدنه‌ی سفال اصیل وصالی شد. نتایج تحقیق نشان داد استفاده از فناوری‌های مدل‌سازی نوین باعث درک بهتر آثار سفالین از لحاظ شکلی برای بررسی‌های باستان‌شناسی و مطالعات موزه‌ای می‌گردد؛ همچنین استفاده از این فناوری‌ها موجب کاهش رفتارهای تماسی حفاظتی از آثار گردیده و اقدامی مفید در جهت حفاظت غیر تماسی و کم‌خطر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Use of New Prototyping Technology to Reconstruct Missing Parts of the Archaeological Pottery

نویسندگان [English]

  • Mehdi Razani 1
  • Mohamad-Ali Haddadian 2
  • safar pourabbas.s 3
1 Dep. Conservation & Restoration of cultural Heritage and archaeometry, Faculty of Applied Arts, Tabriz Islamic Art University, Tabriz-IRAN
2 .M.Sc. in Industrial Design, Faculty of Islamic Design, Tabriz Islamic Art University, Tabriz-IRAN
3 Tabriz Iran
چکیده [English]

Abstract
The pottery and ceramic objects have an important role in the archaeology and Archaeometry they are the principal alphabet of archaeology in Iran and Middle East, because of the main chronological map in this area is based on the pottery, normally archaeologist finds potteries in their excavation from the Neolithic to the Islamic period and depends on the age of a site they may possibility access to the various kinds, hand-made pottery, unglazed and glazed pottery, etc. Despite the aesthetic values archaeologist use the historic pottery in such actions like dating of the site, recognizing the sources of raw materials, as well as the identification of past technologies (methods of making and decoration, estimate the oxidation or reduction atmospheres when pottery fired in the past, etc.)  On the other hand, many historical potteries are damaged and eventually destroyed by the three most important factors. 1) physical damage (Including: impact damage with mechanical forces and thermal shocks, wear and previous nonstandard reconstruction), 2) decay and superficial crust (Sedimentation and deposition of foreign materials from various sources resulting from the use of, dissolving and insoluble salts, residues during burial, spills of contact materials and absorption and etc.) 3) Chemical Deterioration (Including: Dissolution and exhaustion of the material from the process like: leaching, hydrolyze  and the chemical effect of biological colonization, finally due to the changing appearance and missing parts in the potteries. repair and restoration of damaged pottery works has a long history and the archaeologist believe that this practical work have a same history to create and making the first pottery objects, nevertheless reconstruction of missing parts have variety of method with different materials (such as the reconstruction of cracks and missing parts with gold leaf in far east countries) and different methods like (some rare restorations made by pottery fragments with the same designs and joining them in the original place). However, generally materials and methods for the reconstruction of ancient pottery have not changed much since about 80 years ago around the world and it based on the construction of the missing parts by reversible materials, such as plaster of Paris, in combination with other filler materials and art pigments.
Keywords: Pottery Objects, Archaeology, Reconstraction, 3D Scanner, 3D Printer.
 
Introduction & Method
Considering the remarkable progress made in the field of rapid modeling in the industry and the availability of new technologies today is a good platform for the introduction of such technologies in the field of archaeological studies as well as the conservation and restoration of cultural heritage. Such technologies, and indeed the most important ones, are scanners and three-dimensional printers. These technologies can be used to build a copy of objects and sculptures, relief and rock arts, valuable works and decorations in real dimensions (and / or with changing dimensions), as well as to reconstruct missing parts of destroyed works.
The main advantages of using these methods are:
• Reducing contact with sensitive objects and avoiding conventional and time-consuming commonly used contact and to some extent destructive, such as: molding, casting and filtration processes in the rebuilding of archaeological works
• More precision in the implementation of outstanding and complex designs than the traditional method,
• Achieving similar levels of quality to historical cultural effects using a combination of modeling techniques.
•  Construction of parts in different dimensions with asymmetric geometric models, so that there is little constraint on the form and geometric shape for construction.
• Ability to evaluate and modify the 3D layout and repeat it in case of dissatisfaction with each section in the shortest possible time.
• The risk of connection to the reconstructed piece is due to the neutral properties
• Reducing the time in making missing parts
 
Identified Traces
New technology in many cases led to better understanding of ancient archeology objects and also less-destructive methods in conservation, in recent years the rapid prototyping technique (RPT) was increasingly implemented in Engineering, Medical, and Industrial Design and Architecture fields. In this study RPT- including 3D scanning and 3D printing was investigated and implemented in reconstruction of missing part of ancient pottery objects.
The purpose of this research is to use modern prototype technologies such as: 3D scanners and printers for the reconstruction of the missing parts of the pottery works and the feasibility of using the above methods for the restoration of other archaeological objects, According to the purpose of this study a gray ancient pottery was selected from the prehistoric layer of Kul Tepe (Kul Tapeh) of Hadishahr that is an ancient archaeological site in the Jolfa County of Iran, this site in chronological point of view is dated from Late Neolithic/Early Chalcolithic till Achaemenid periods.
The pottery was a bowl with 20% missing part Includes 2 almost big and small triangular pieces. The reconstruction of a pottery work with missing parts of new technology of RPT was considered as this study’s subject. The ordinary methods for reconstructions of missing area in historical objects are molding and casting away from the object gap-filling with plaster and other additive materials, but in this new work the subject was scanned with an optical 3D scanner, it itself and its missing part was simulated in a 3D modeling software and then it was printed by a 3D printer. Finally, with some hand finishing work the new pieces attached to the historic pottery, the whole process was performed with minimum need to make physical contact with the subject, its potential in obtaining less-destructive reconstruction procedure was investigated and its advantages and limitations in comparison to traditional methods were identified. The results shows, implementing RPT in reconstruction of missing part of pottery works can lead to better understanding of ancient archeology objects and none or less-destructive treatment in working with ancient pottery masterpieces.
 
Conclusion
The reconstruction process can be achieved in very short time and higher accuracy. The printed piece can be an exact match of the masterwork. Several pieces of the missing part or the whole subject can be printed. Soft copy of the subject would be available for future works and can be used in other research centers. The subject can be reprinted with any desired changes in the pottery work original design. Temporary attachment of the printed piece to the masterpiece with preserving the potential of reversibility in the conservation of the object is achieved. The study was subject to the following limitations though: mono color printing of the missing piece, using a polymer as printing material, limited transparency in printing filaments and minor errors in the performance of the 3D scanner itself. As the content of the research goes, with the superiority of the advantages of these methods, we are faced with their disadvantages. And in general it can be said that the process undertaken is acceptable and can be used in the reconstruction of the cultural heritage and in particular the archeological pottery. Whereas the above methods, with the least effective interference, harmless interference, maximum compatibility with the host’s effect on the neutrality of matter and the preservation of the aesthetic aspects of the effect, can lead to a greater understanding of the work for the audience and researchers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pottery Objects
  • Archaeology
  • Reconstraction
  • 3D Scanner
  • 3D Printer

- پژوهشگران صنعت آرتا، شرکت، 1394، Rexcan-3، تارنمای شرکت پژوهشگران صنعت آرتا- شرکت، تاریخ بروز رسانی (بی‌تا) تاریخ‌دسترسی: 20/9/1394: در دسترس به آدرس: http://psarta.com/product/rexcan-3).

- آذرنوش، مسعود؛ شریفی، علی؛ و هژبری علی، 1395، «بازنگری گاهنگاری نسبی و مطلق تپه هگمتانه، براساس یافته‌ها و نتایج آزمایش گرمالیان و رادیو کربن». مجله‌ی پژوهش‌های باستان‌شناسی ایران، دانشگاه بوعلی‌سینا، دوره‌ی 6، شماره‌ی 10، بهار، صص: 121-140.

- خلیل‌پور آذری، سامان؛ و خانجانی، علی، 1383، قالب‌سازی و نمونه‌سازی سریع. تهران: انتشارات ناقوس.

- رحمتی، صادق؛سلیمی، مجتبی؛ و ایلدارژاله، محمد، 1384، فناوری نمونه‌سازی سریع. تهران: جهان جام‌جم.

- سازمان میراث‌فرهنگی، صنایع‌دستی و گردشگری امور پایگاه‌های میراث‌فرهنگی کشور،‌1394، اهم اقدامات انجام شده امور پایگاه‌ها: سازمان میراث‌فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری بخش امور پایگاه‌های میراث‌فرهنگی، در دسترس به آدرس: تاریخ دسترسی: 8/8/1394؛ www.omurpaygah.ichto.ir/Default.aspx?tabid=4595&language=fa-IR.

- سیم‌چی، عبدالرضا؛ و توکلی، امیرحسین، 1384، نمونه‌سازی و ابزارسازی سریع، تهران: مرکز صنایع نوین.

- صادقی، محمد‌حسین؛ و شکوری، احسان، 1387، طراحی و ساخت به کمک رایانه CAD / CAM / CAE. تهران: مهرگان قلم عابد.

- رازانی، مهدی؛ حدادیان، محمدعلی؛ و عباس، صفرپور،  1395، «استفاده از فناوری‌های نمونه‌سازی سریع در بازسازی بخش‌های مفقود آثار شیشه‌ای با رویکرد استفاده در شیشه‌های تاریخی»، مجله مرمت و معماری ایران، سال 6، شماره‌ی 12، پاییز و زمستان، صص: 85-101.

- عابدی، اکبر، 1395، «گزارش مقدماتی دومین فصل کاوش باستان‌شناختی محوطه‌ی کول‌تپه‌ی هادیشهر، شمال‌غرب ایران». مجله علمی پژوهشی مطالعات باستان‌شناسی، سال 8، شماره‌ی 1، بهار و تابستان، صص: 91-111.

- یزدانی، ملیکا؛ احمدی، حسین؛ امامی، سید محمد امین؛ لامعی رشتی، محمد؛ آقاعلی‌گل، داوود؛ عبدالله‌خان‌گرجی، مهناز؛ و چوبک، حمیده، 1396، «شناخت فنون ساخت و اجرای لایه زراندود در سفال مینایی، بر اساس مطالعات میکروسکوپی و منابع کهن»، مجله‌ی پژوهش‌های باستان‌شناسی ایران، دانشگاه بوعلی‌سینا، دوره‌ی 7، شماره‌ی 14، پاییز، صص: 161-178.

- نقشینه، امیرصادق؛ حاتمی، الناز؛ و نیکروان‌متین، هومن، 1392، «مطالعه‌ی پتروگرافی سفال عصر آهن غار هوتو».، مجله‌ی پژوهش‌های باستان‌شناسی ایران، دانشگاه بوعلی‌سینا، دوره‌ی 3، شماره‌ی 5، پاییز، صص: 63-78.

 

- Afshar, M.; Boroumand, M. & Studnicka, N., 2002, “Archaeological scanning of Persepolis. Using 3D laser scanning for mapping of ancient sites in Iran”. GIM International, 16(6), p.12.

- Antlej, K.; Celec, K.; Sinani, M.; Mirtič, E.; Ljubič, D.; Slabe, J. & Kos, M., 2012, “Restoration of a Stemmed Fruit Bowl Using 3d Technologies”. Review of the National Center for Digitization, (21), 141-146.

- Antlej, K. & Zavrl, M. S. V. F., 2011-B, The Use of 3D technologies in Cultural Heritage Communication. Drugi Međunarodni simpozij “Digitalizacija kulturne baštine Bosne i Hercegovine”. Zbornik radova, 39-44.

- Antlej, K.; Eric, M.; Šavnik, M.; Županek, B.; Slabe, J. & Battestin, B., 2011-A, “Combining 3D technologies in the field of cultural heritage: three case studies”. In VAST Conference 2011, International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, Short and Project Paper Proceedings (pp. 1-4).

- Bouroumand, M. & Studnicka, N., 2004, The fusion of laser scanning and close range photogrammetry in Bam laser-photogrammetric mapping of Bam Citadel (Arg-E-Bam)/Iran. Proceedings ISPRS Commission V.

- Buys, S., & Oakley, V., 2014, Conservation and restoration of ceramics. Routledge.

- Canessa, E.; Fonda, C.; Zennaro, M. & Deadline, N., 2013, Low-cost 3D printing for science, education and sustainable development. Low-Cost 3D Printing, 11.

- Colombo, G.; Bertetti, M.; Bonacini, D. & Magrassi, G., 2006, “Reverse engineering and rapid prototyping techniques”. In: Three dimensional image capture and applications VII, Edited by: B.D. Corner, P. Li and M. Tocheri, Proceedings of SPIE-IS&T; Vol. 60566056P-1, USA.

- D'Apuzzo, Nicola, Corner B.D., Li P., Tocheri M. (Eds), 2006, Three-Dimensional Image Capture and Applications VI, Proc. of SPIE-IS & T Electronic Imaging, SPIE Vol. 6056, San Jose (CA), USA.

- Di Franco, P., Camporesi, C., & Galeazzi, F., 2015, “3D Printing and Immersive Visualization for Improved Perception of Ancient Artifacts”. The Massachusetts Institute of Technology, Vol. 24, No. 3, 243–264.

- Fischer, A., 2000, “Multi-level models for reverse engineering and rapid prototyping in remote CAD systems”. Computer-Aided Design, 32(1), 27-38.

- Forte, M., 2014, “3D archaeology: new perspectives and challenges—the example of Çatalhöyük”. Journal of Eastern Mediterranean Archaeology & Heritage Studies, 2 (1), 1-29.

- Oddy, W. A. (Ed.), 1992, The art of the conservator: Trustees of the British Museum.

- Karayannidou, E. G.; Achilias, D. S. & Sideridou, I. D., 2006, “Cure kinetics of epoxy–amine resins used in the restoration of works of art from glass or ceramic”. European Polymer Journal, 42(12), 3311-3323

- King, D. & Tansey, T., 2002, “Alternative material for rapid tooling”. Journal of materials processing technology, 121, 313-317.

- Liang, S. R. & Lin, A. C., 2002, “Probe-radius compensation for 3D data points in reverse engineering”. Computers in Industry, 48(3), 241-251.

- Koob, S., 1998, “Obsolete fill materials found on ceramics”. Journal of the American Institute for Conservation, 37(1), 49-67.

- Menq, C. & Chen, F. L., 1996, “Curve and surface approximation from CMM measurement data”. Computers & industrial engineering, 30(2), 211-225.

- Pedersini, F.; Sarti, A., & Tubaro, S., 2000, “Automatic monitoring and 3D reconstruction applied to cultural heritage”. Journal of Cultural Heritage, 1(3), 301-313.

- Riek, T.; Todoulou, P. & Chris, L, S., 1996, Comparing rapid prototyping pattern for investment casting on Australian. 9th world conference on investment casting.

- Santagati, C.; Inzerillo, L. & Di Paola, F., 2013, “Image-based modeling techniques for architectural heritage 3D digitalization: limits and potentialities. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens”. Spatial Inf. Sci., XL-5 W, 2, 555-560.

- Scopigno, R.; Callieri, M.; Cignoni, P.; Corsini, M.; Dellepiane, M.; Ponchio, F. & Ranzuglia, G., 2011, “3 D Models for Cultural Heritage: Beyond Plain Visualization”. Computer, 44(7), 48-55.