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.

Напечатанный на 3D-принтере пистолет Liberator Vvzvlad / Wikimedia Commons.

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.

Структура одной и той же модели, распечатанной на разных принтерах Zhengxiong Li et al. / CCS 2018

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.

Схема метода Zhengxiong Li et al. / CCS 2018

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.

Автор: Григорий Копиев