3D 프린팅을 이용한 토기 · 자기 문화재 복원 연구

이해순,위광철 한국문화재보존과학회 2015 보존과학회지 Vol.31 No.2

문화재 보존처리는 손상된 문화재의 수명을 연장하고 그 가치를 재조명하는 실질적 수단으로서 높이 평가 받고 있다. 그러나 보존처리 과정은 대부분 보존처리자의 경험과 기술에 의한 수작업에 의존하고 있어 이에 따르는 많은 시간과 노력이 요구된다. 최근에는 문화재의 재질 특성과 형상에 따라 보다 정확하고 손쉽게 보존처리를 진행할 수 있는 방법을 채용할 수 있게 되었다. 즉, 지금까지 수작업으로 이루어지는 보존처리과정을 3D 프린터를 이용하여 컴퓨터 상에서 구현된 입체 형상 데이터를 실물로 출력하는 방법을 이용하는 것이다. 먼저 문화재의 결손 부분을 컴퓨터상의 데이터로 구축한 다음 3D 프린터로 출력하여 결손 부분을 손쉽게 성형 및 가공 과정을 거치는 것이다. 3D 프린터 적용 결과 반복적인 출력 및 디지털데이터의 형태 및 수치 조정이 가능하였으며, 다양한 소재를 활용한 여러 가지 복원재료로 부터 시험출력을 통하여 문화재 복원의 완성도를 향상시킬 수 있었다. 본 연구에서 도자기 결손부분 복원을 위한 3D 프린터 적용 시험을 위하여 현대 재현품인 청자칠보무늬향로와 차륜식토기 2점을 인위적으로 파손시켰다. 복원결과 수작업에 비해 작업시간 단축 및 정확한 형태의 재현 등에서는 좋은 효과를 나타내었다. 반면 정밀한 접합 및 표면 질감을 생생하게 표현하기 위해서는 약간의 2차적인 수작업이 필요하였다. Cultural assets restoration is being considered highly as a practical way to extend the lifespan of damaged cultural assets and re-highlight their value. However, restoration process has been mostly dependent on the manual work involving the experience and skill of a person performing restoration, thereby requiring much time and effort. In recent, it became possible to apply a method allowing restoration to be performed more accurately and easily according to the material characteristics and shape of cultural assets. Namely, it is to use a method of printing out the 3D shape data computed in computer as real object by using 3D printer for the restoration that has been performed manually. The missing part of a cultural asset is computed into computer data first and is printed out by using 3D printer to undergo a simple shaping process. The result of 3D printer application showed that repetitive output and shape and figure revision of digital data were possible, and it was possible to improve the degree of completedness of restoration through test output using various types of restoration materials using various materials. For the purpose of verifying the possibility of applying 3D printer to restore missing part of earthenware, two pieces of modern reproductions, namely, the Seven Treasure Incense Burner and Earthenware with Wagon Wheel Decoration, were artificially damaged. The restoration result showed that compared to manual work, it showed better effectiveness in curtailing work time and reproducing accurate shape. On the other hand, secondary manual work was slightly needed for detailed binding and to vividly express surface texture.

수구여신(修舊如新) 관점에서의 문화재 복원에 관한 디자인 연구 - 3D 스캐닝과 3D 프린팅의 복합적 적용을 중심으로 -

배초문 ( Pei Chaowen ),권효선 ( Kwon Hyosun ) 디자인융복합학회(구.한국인포디자인학회) 2022 디자인융복합연구 Vol.21 No.3

3차원 모델을 이용한 래피드 프로토타이핑 기술이 빠르게 발전함에 따라 3D 스캐닝과 3D 프린팅 기술이 문화재 보호 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 다양한 문화재 중 청동기 유물에 대한 전통 복원 과정은 복원 재료가 원본 문화재를 부식시키고 복원 과정을 조작하기 어렵다는 문제점이 존재한다. 본 연구에서는 3D 스캐닝과 3D 프린팅 기술을 활용하여 중국 고대 청동기 시대의 문화재 복원 과정을 소개한다. 특히, 본 연구는 수구여신(修舊如新) 방식에 입각하여 훼손된 문화재에 신기술을 적용하여 복원하는 방식의 가치를 재고한다. 3D 프린터를 이용해 저렴한 비용으로 제작 가능한 3D 스캐너를 개발하고 이를 활용하여 문화재의 형태적 특징과 구조를 다각도에서 신속하게 촬영하는 방식을 확인한다. 또한, 대중적인 3D CAD 소프트웨어를 사용해 문화재의 가상 모형을 복원할 수 있는 가능성을 보였다. 가상 복원을 마친 3D 모델을 3D 프린터로 출력하여 실제 문화재 복원에 적용하였다. 본 연구는 맞춤 제작 가능한 3D 스캐너를 제안하여 기존의 첨단 3D 스캐너의 비용적 한계를 극복하고, 3D 프린팅 기술을 활용하여 전통 문화재 복원 작업에서 디지털 기술의 대중화 가능성을 시사하였다. Rapid Prototyping technology, including 3D scanning and 3D printing, has been widely applied in the field of cultural heritage restoration. Many artifacts from Chinese Bronze Age have been found with corrosions and losses that make archaeologists difficult to work through the restoration process. In this study, we developed a bespoke and affordable 3D scanner made with 3D printers. We examined our scanner in the restoration of an ancient Chinese object, which has been passed down from the Chinese Bronze Age. We captured and recorded the morphological features and structural information of the damaged artifact. We then employed the photos in restoring the virtual model of the artifact using 3D CAD software. The completed model was 3D printed and applied to the restoration of the original artifact. Our research addresses how digital technology can make cultural heritage restoration widely available to designers and researchers who wish to engage in this area.

고구려 의장기 당(幢)의 3D 디지털 복원

공전영,공석구 고구려발해학회 2023 고구려발해연구 Vol.75 No.-

Dang, a flag for ceremonial events that appeared in the mural tomb of Koguryo, was restored as 3D digital data. The restoration target is the “Dang” that appeared on the south wall of the front chamber of Anak Tomb No. 3. It was difficult to discern its shape in detail. The restoration method was based on actual measurement drawings and actual photographic data created at the time of the excavation. This was compared and analyzed with other "Dang"-related literature and pictorial materials. In this way, 2D restoration data were presented, and 3D digital restoration was performed based on the 2D data. The “Dang” shown in the mural tombs of Koguryo is a kind of flag. Its use was for ceremonial events or prestige. This prototype of “Dang” influenced China, Korea, and Japan in the course of later history. In particular, Koguryo “Dang” influenced Silla. Therefore, restoration data on “Dang” are expected to provide basic clues to the study of life history of Koguryo and Silla and military history during the period of the Three Kingdoms. It is expected that the excellence of Koguryo mural tombs can be publicized both internally and externally through various uses of 3D digital restoration data in virtual space in the future. 고구려 벽화무덤에 나타나는 기물 중에 당(幢)에 대한 3D 디지털 복원을 시도하였다, 진정한 문화유산 관리는 현실에서 다양하게 접근, 활용할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 문화유산 콘텐츠를 디지털 자료로 전환하는 것이 당면한 연구과제이다. 당(幢)은 의장용 깃발의 일종이다. 당은 본래 국가 차원에서 수여하는 것으로, 관직이 높은 사람의 권위를 상징하는 위세품으로 사용되었다. 당 관련 자료는 안악 3호분, 덕흥리 벽화무덤 등 고구려 무덤에 나타나고 있다. 이들 무덤은 2004년 유네스코 세계유산 목록에 등재되었다. 고구려 당은 처음에 의례용이었지만 이후 고구려왕의 호위 부대, 군제로 편재되어 관직으로 나타나는 등 그 성격이 변화되었다. 이와 같은 고구려 당은 신라에 영향을 끼쳤다. 신라는 당을 군대 편제의 기본단위로 활용하였다. 당은 고려, 조선시대까지도 왕실에서 사용되었다. 연구내용은 문헌자료와 고고학 자료를 바탕으로 하여 당의 원형을 탐색하였다. 추출된 자료를 바탕으로 2D 복원하였다. 이를 바탕으로 디지털 기술을 활용하여 3D 형태로 복원하였다. 이를 위해 학제 간 협업을 통해 연구목적을 달성하고자 하였다. 복원 대상은 안악 3호분의 전실 남벽에 있는 당을 복원하는 것을 목표로 한다. 당에 대한 원형복원은 동북아시아의 생활사 복원 특히 고구려, 신라의 군제사, 생활사 복원에 중요한 단서를 제공할 것으로 전망된다. 복원된 결과물은 3D 형태의 문화콘텐츠이다. 3D 디지털 자료로 복원된 당은 고구려 문화유산의 우수성을 다양하게 과시할 수 있는 원천 자료로 활용할 수 있다. 차후 플랫 홈과 연결하게 되면 가상공간에서 다양하게 활용하여 새로운 환경에서 정보 소통과 가치 창출이 가능할 것으로 전망된다.

3D 프린팅을 이용한 백자수주의 복원 연구

이해순,위광철 국립중앙박물관 2015 박물관보존과학 Vol.16 No.-

국립중앙박물관 소장 백자수주(덕수5531)는 1915년에 구입한 것으로 전체적으로 운룡문이 투각되어 있고 반파된 상태로 수구부분은 이미 복원된 상태이다. 본 논문은 수작업식 보존처리의 단점을 보완하기 위해 백자수주의 결손부분인 운룡문을 3D 스캐닝과 프린팅을 이용하여 복원하는 방법에 대하여 다루었다. 이에 대한 선행연구로서 이미 상용화된 6종의 출력 재료에 대하여 강도 실험을 실시하고, 수작업용 복원재료인 에폭시퍼티(Quick WoodⓇ)와 에폭시(Araldite AY103+HY956Ⓡ)의 강도와 비교하였다. 디지털 기술을 이용한 복원형 제작은 수작업보다 적은 시간과 노력으로 더 정확한 형태를 얻을 수 있음을 확인하였으며, 무엇보다도 비접촉식 복원방식이기 때문에 보존처리 과정에서 있을 수 있는 위험요소를 줄일 수 있었다. 특히, 디지털 원형 파일을 기록물로 남기고 이를 부차적인 콘텐츠로 사용할 수 있는 점이 주목할 만하다. 그러나 유물 보존처리 과정에 적용할 디지털 기술의 적용방법, 출력재질에 대한 평가와 적용, 출력물의 정형, 접합 및 표면채색 방법 등은 향후 좀 더 연구해야 할 과제이다. White porcelain pitcher with an openwork dragon and cloud design across its surface in the collection of the National Museum of Korea (Deoksu 5531) was acquired in 1915. The restoration has been so far completed only for the mouth of the pitcher. This study discusses a new method based on 3D scanning and printing for the restoration of missing parts in the openwork dragon and cloud design. A strength test was performed on six output materials that have been already commercialized for comparison with the strength of materials used for traditional restoration such as epoxy putty (Quick WoodⓇ) and epoxy (Araldite AY103+HY956Ⓡ). This process confirmed that the digital technology-aided making of a restoration model requires less time and efforts than handmade work, all the while producing a more precise model. More importantly, this method being a non-contact method, it reduces risks associated with hand-made work. Another advantage of this method is that digital pre-restoration images can be saved and used for future references. Not with standing, future research is needed on how to effectively apply digital technology for restoration of ancient objects and how to evaluate and use 3D output as well as on the method of shaping, joining and coloring the 3D output.

Application of Three‐dimensional Scanning, Haptic Modeling, and Printing Technologies for Restoring Damaged Artifacts

Young Hoon Jo,Seonghyuk Hong 한국문화재보존과학회 2019 보존과학회지 Vol.35 No.1

This study examined the applicability of digital technologies based on three-dimensional(3D) scanning, modeling, and printing to the restoration of damaged artifacts. First, 3D close-range scanning was utilized to make a high-resolution polygon mesh model of a roof-end tile with a missing part, and a 3D virtual restoration of the missing part was conducted using a haptic interface. Furthermore, the virtual restoration model was printed out with a 3D printer using the material extrusion method and a PLA filament. Then, the additive structure of the printed output with a scanning electron microscope was observed and its shape accuracy was analyzed through 3D deviation analysis. It was discovered that the 3D printing output of the missing part has high dimensional accuracy and layer thickness, thus fitting extremely well with the fracture surface of the original roof-end tile. The convergence of digital virtual restoration based on 3D scanning and 3D printing technology has helped in minimizing contact with the artifact and broadening the choice of restoration materials significantly. In the future, if the efficiency of the virtual restoration modeling process is improved and the material stability of the printed output for the purpose of restoration is sufficiently verified, the usability of 3D digital technologies in cultural heritage restoration will increase.

Application of Three‐dimensional Scanning, Haptic Modeling, and Printing Technologies for Restoring Damaged Artifacts

조영훈,홍성혁 한국문화재보존과학회 2019 보존과학회지 Vol.35 No.1

This study examined the applicability of digital technologies based on three-dimensional(3D) scanning, modeling, and printing to the restoration of damaged artifacts. First, 3D close-range scanning was utilized to make a high-resolution polygon mesh model of a roof-end tile with a missing part, and a 3D virtual restoration of the missing part was conducted using a haptic interface. Furthermore, the virtual restoration model was printed out with a 3D printer using the material extrusion method and a PLA filament. Then, the additive structure of the printed output with a scanning electron microscope was observed and its shape accuracy was analyzed through 3D deviation analysis. It was discovered that the 3D printing output of the missing part has high dimensional accuracy and layer thickness, thus fitting extremely well with the fracture surface of the original roof-end tile. The convergence of digital virtual restoration based on 3D scanning and 3D printing technology has helped in minimizing contact with the artifact and broadening the choice of restoration materials significantly. In the future, if the efficiency of the virtual restoration modeling process is improved and the material stability of the printed output for the purpose of restoration is sufficiently verified, the usability of 3D digital technologies in cultural heritage restoration will increase.

3D 프린터를 이용한 고고자료의 활용

안형기 한국문화유산협회 2017 야외고고학 Vol.0 No.30

디지털 자료를 실체화할 수 있는 장비인 3D 프린터는 현재 자동차, 항공, 우주, 의료, 건축 등 각종 산업 분야에서 많은 이용을 하고 있다. 이렇게 3D 프린터의 활용도가 점차 높아지는 추세지만 고고학에서 3D 프린터를 활용한 사례는 아직 드문 실정이다. 이러한 상황은 3D 프린터라는 기술에 대한 접근의 어려움, 활용 방안에 대한 고민, 장비 도입 때 발생하는 비용과 같은 여러 문제들 때문으로 생각된다. 이에 본고에서는 3D 프린터에 대해 소개하고 현재 가장 널리 사용되는 FDM 방식의 3D 프린터를 활용하여 고고자료의 3D 프린터 출력에 대한 전반적인 과정과 활용방안에 대해 살펴보았다. 현재 3D 프린터는 문화유산의 복원, 복제, 교육과 같은 여러 분야에서 응용할 수 있을 뿐만 아니라 멀리 떨어진 장소에서도 동일한 고고자료를 공유할 수 있는 유용한 수단이기 때문에 앞으로 고고학에서 중요한 역할을 할 수 있을 것이다. 3D 프린터의 발전 속도는 계속해서 빨라지고 있으며 진입장벽도 점차 낮아지고 있다. 앞으로 3D 프린터를 활용할 수 있는 분야는 지속적으로 넓어질 것이며 고고학도 예외는 아닐 것이다. 3D 프린터 활용에 대한 연구자들의 다양한 논의와 의견이 필요한 시점이다. 3D printer, a facility to create a three-dimensional object from digital data, is actively applied to the industries of automobile manufacture, aircraft, aerospace, and architecture. Despite the increased use of 3D printer, it is rarely applied to the field of archaeology due to uneasy access to the 3d printing technology, limited application platform and high cost to purchae required equipments has confined its availability in archaeology. This paper addresses how to use 3D printer, especially the most widely used FDM styled 3D printer, and the entire processes and its application to the archaeological data. No only can it be used to restore and replicate the cultural heritage, and educate the public, but also a useful means to share same archaeological data in multiple locations at the same time. The development of 3d printer is getting accelerated and access to its technological knowledge has become easier. 3D printer will be used much more in various industrial fields and archaeology is no exception. It calls for attentions of scholars on the application of 3D printer.

임진왜란 당시 조선 화포(중완구) 문화재복원

임형웅,최원호 한국콘텐츠학회 2020 한국콘텐츠학회논문지 Vol.20 No.7

The purpose of this research is to study the excellence and originality of the Joseon artillery(Jungwan-gu) through an effective restoration. Jungwan-gu that was used during the Japanese Invasion of Korea in 1592 was able to maintain its maritime dominance based on cutting-edge technology of its time. Joeson artillery(Jungwan-gu) was used in major naval/land battles during the Japanese Invasion of Korea in 1592 and is an important cultural heritage that provides a glimpse into Joeson people’s will to defend the nation from foreign invasion. For further historical verification such as operational method of Jungwan-gu, extensive research in various fields including size, proportions, structure, materials, and casting method were required. Accordingly, for a more effective research on Jungwan-gu, cutting-edge technologies such as 3D scanning and 3D printing were utilized. Firstly, 3D scanning, modeling, and printing technology were applied to identify the morphological characteristics of Jungwan-gu. Through this, we were able to reach our research objective of identifying the size, internal structure, and proportionality of Jungwan-gu. In addition, by studying the form, operation, casting methods, and other characteristics, the restoration of Jungwan-gu provided us with an important opportunity to verify the dominance and originality of the Joeson era’s science and technology during the Japanese Invasion of 1592. This reaserch subject participated in the “4th 3D printing BIZCON Contest” and won the Minister Prize of Science and Technology Information and Communication. 본 연구의 목적은 임진왜란 당시 사용된 조선화포 중완구에 대한 효과적인 복원을 통해 동시대 최고의 기술을 기반으로 해양 우세권을 유지할 수 있었던 조선시대 화포(중완구)의 우수성과 독창성을 확인하는 것이다. 조선화포 중완구는 임진왜란 당시 해육상 주요 전장에서 사용되었던 화포로서 외세의 침략으로부터 국가를 수호하고자 하는 우리민족의 호국의지를 엿볼 수 있는 중요한 문화유산이며, 운용방법 등 역사적인 고증을 위해 크기, 비례, 구조, 재료 및 주조방법 등 다양한 분야에 대한 많은 연구가 필요하다. 이에 따라 중완구의 효과적인 연구를 위해 3차원 스캐닝 및 3D 프린팅 등 최신 IT 기술을 활용하는 것으로 먼저, 조선화포 중완구에 대한 형태적 특징을 파악하기 위하여 훼손된 중완구에 대한 3차원 스캐닝과 3차원 모델링, 3D 프린팅 기술을 이용한 문화재복원을 수행하였다. 이를 통해 본 연구에서 얻고자 하는 조선화포 중완구의 크기, 내부구조, 비례 등을 확인할 수 있었다. 또한 전장에서 훼손된 조선화포 중완구에 대한 복원을 통해 형태적, 운영방법, 주조방법 등을 파악함으로써 임진왜란 시기 조선 과학기술력의 우수성과 독창성을 확인할 수 있는 중요한 계기가 마련되었다. 본 연구는 “제4회 3D프린팅 BIZCON 경진대회”에 참가하여 대상인 과학기술부정보통신부 장관상을 수상한 주제이다.

Application of Three-dimensional Scanning, Haptic Modeling, and Printing Technologies for Restoring Damaged Artifacts

Jo, Young Hoon,Hong, Seonghyuk The Korean Society Of Conservation Science For Cul 2019 보존과학회지 Vol.35 No.1

This study examined the applicability of digital technologies based on three-dimensional(3D) scanning, modeling, and printing to the restoration of damaged artifacts. First, 3D close-range scanning was utilized to make a high-resolution polygon mesh model of a roof-end tile with a missing part, and a 3D virtual restoration of the missing part was conducted using a haptic interface. Furthermore, the virtual restoration model was printed out with a 3D printer using the material extrusion method and a PLA filament. Then, the additive structure of the printed output with a scanning electron microscope was observed and its shape accuracy was analyzed through 3D deviation analysis. It was discovered that the 3D printing output of the missing part has high dimensional accuracy and layer thickness, thus fitting extremely well with the fracture surface of the original roof-end tile. The convergence of digital virtual restoration based on 3D scanning and 3D printing technology has helped in minimizing contact with the artifact and broadening the choice of restoration materials significantly. In the future, if the efficiency of the virtual restoration modeling process is improved and the material stability of the printed output for the purpose of restoration is sufficiently verified, the usability of 3D digital technologies in cultural heritage restoration will increase.

평창 발견 석조보살좌상의 보존처리와 3차원 디지털기술을 활용한 복원

조성연,권윤미,최보배 국립중앙박물관 2018 박물관보존과학 Vol.20 No.-

석조보살좌상(신수5971)은 1974년 강원도 평창군에서 발견되었다. 2002년 국립춘천박물관이 개관하면서 옮겨진 보살상은 파손 부위가 넓어 복원이 쉽지 않았다. 본 논문에서는 3D스캐닝과 3D프린팅 기술을 활용하여 전체적인 형태와 손상정도를 파악하여 정확한 형태 복원이 불가능한 결실부를 복원하였다. 표면 장식에 사용된 안료의 종류를 파악하기 위하여 광학 현미경으로 관찰하고 이동형 X-선 형광분석기(p-XRF, Potable X-ray Fluorescence Analyzer)로 주성분을 분석한 후 보존처리하였다. 보존처리는 천연 접착제인 아교를 사용하여 열화된 옻칠을 안정시키고 석재강화제(OH-100)를 사용하여 강화하였다. 조사 결과 불석[(沸石), 제올라이트(Zeolite)] 표면 위에 옻칠을 바르고 그 위에 금을 올리는 도금 기법과 흰색의 안료는 연백(鉛白), 적색의 안료는 연단(鉛丹)과 주사(朱砂)로 확인되었다. 3D 기술을 이용한 역설계 방법으로 복원된 결실부는 잔존 편을 대칭시켜 만들었기 때문에 남아있는 보살상의 형태와 유사하게 제작할 수 있었다. 그러나 출력물은 보살상 파손 부위가 굴곡져 있어 이격 없이 삽입하기 어려우며 출력물의 접합부 수정·보완 작업이 필요하였다. 또한 현재까지 3D 프린팅 재료의 물성연구가 부족하여 자료 수집에 어려움이 있었다. 이러한 문제점들은 향후 좀 더 연구해야할 과제이다. A stone seated bodhisattva (Sinsu5971) was discovered in Pyeongchang-gun, Gangwon-do in 1974 and was transferred to the Chuncheon National Museum upon its opening in 2002. The statue had damage to wide areas and was thus difficult to restore. This study utilized 3D scanning and 3D printing technologies to identify the overall form of the statue and the degree of damage, which allowed the restoration of lost portions that otherwise could not have been accurately restored to their original shape. Prior to the conservation treatment, the pigments used to decorate the surface were investigated using an optical microscope, and their main components were analyzed with a p-XRF (Potable X-ray Fluorescence Analyzer). The deteriorated lacquered surface was stabilized using animal glue and consolidated with stone strengthener (OH-100). The investigation found that the surface of the statue was made of zeolite that was lacquered and then gilded. As for pigments, white lead was used for the white color and red lead and cinnabar were used for red. The lost portions were redesigned by mirroring the remaining parts with 3D technologies. However, it was difficult to affix the 3D printing outputs to the statue without visible gaps since the damaged parts suffered flection. The portions of the outputs to be connected to the statue were thus modified and supplemented. It was also difficult to collect data on the properties of 3D printing materials due to the lack of previous in-depth study. These obstacles are subjects for further study.