Дефекты структуры 3D-печатного предмета выдали создавший его принтер

Американские исследователи научились определять по микроструктуре 3D-печатного объекта 3D-принтер, на котором он был напечатан. Принцип работы системы основан на том, что каждый конкретный 3D-принтер при печати создает в структуре объекта небольшие дефекты, специфичные именно для него и выступающие в качестве «отпечатков пальцев». В будущем эта технология может быть использована для отслеживания происхождения 3D-печатного оружия, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции CCS 2018.

У 3D-печати есть множество преимуществ перед другими методами производства. Изначально ее рассматривали в основном как более быстрый способ создания промежуточных прототипов. Впоследствии благодаря развитию 3D-принтеров ее стали применять уже как самостоятельный способ производства, позволяющий создавать детали очень сложной формы. Кроме того, 3D-печать позволяет людям не зависеть от других организаций и создавать нужные им предметы самостоятельно. К примеру, в 2013 году американский оружейник-энтузиаст Коди Уилсон (Cody Wilson) впервые напечатал работающий пистолет и показал, что таким способом можно создавать полноценное оружие. Это вызвало сильное беспокойство у властей США из-за невозможности отслеживать создание и оборот такого оружия, и в результате суд запретил создание библиотеки 3D-печатного оружия. Более подробно об истории развития печатаемого оружия в США можно прочитать в нашем материале «Свобода печати оружия».

Инженеры под руководством Вэньяо Сюя (Wenyao Xu) из Университета штата Нью-Йорк в Буффало решили разработать технологию, которая позволит определять происхождение оружия, даже если оно было создано при помощи домашнего 3D-принтера. В своей работе они исходили из того, что при производстве 3D-принтеров в их деталях образуются неизбежные несовершенства, влияющие на процесс печати. В частности, из-за неровности дисков для подачи филаментной нити объем материала, проходящего через экструдер, периодически меняется. Также к неравномерной подаче материала и неравномерному спеканию приводит несовершенства алгоритмов, регулирующих нагревание нити. Кроме того, несовершенства моторов и шестерней приводят к тому, что траектория движения печатающей головки обычно немного отличается от идеальной. Инженеры провели первичные тесты для проверки гипотезы и обнаружили, что периодическая структура из полосок, создаваемая при печати, действительно имеет неравномерное строение, зависящее от использованного принтера.

Созданная исследователями система имеет работает следующим образом. Сначала необходимо получить снимки поверхности предмета, причем для этого достаточно обычного офисного сканера. Изображения поверхности обрабатываются алгоритмом, который анализирует текстуру и вычисляет 20 параметров распределения элементов текстуры. После этого эти параметры передаются классификатору, который на основе метода опорных векторов и метода k-ближайших соседей относит текстуру к известному 3D-принтеру из базы данных, либо указывает, что предмет был напечатан на принтере, которого нет в базе.

Для проверки системы инженеры использовали 14 принтеров шести разных моделей, в которых используются популярные методы печати — FDM и SLA — и популярные материалы, такие как ABS- и PLA-пластик, а также фотополимер. Разработчики использовали 2100 изображений для обучения классификатора и еще 1400 других изображений для проверки. В результате точность идентификации принтера по текстуре напечатанного объекта оказалась равной 92 процентам.

Ранее инженеры неоднократно изучали дефекты 3D-печати и предлагали способы их устранения или использования. К примеру, недавно американские специалисты научили 3D-принтер периодически оценивать качество печати и обнаруживать отклонения от программы, а в прошлом году другая группа инженеров наоборот предложила внедрять в 3D-модели преднамеренные дефекты для защиты от пиратства.

Григорий Копиев