Дефекти структури 3D-друкованого предмета видали принтер, який створив його

Американські дослідники навчилися визначати за мікроструктурою 3D-друкованого об'єкта 3D-принтер, на якому він був надрукований. Принцип роботи системи заснований на тому, що кожен конкретний 3D-принтер при друку створює в структурі об'єкта невеликі дефекти, специфічні саме для нього і виступають як «відбитки пальців». У майбутньому ця технологія може бути використана для відстеження походження 3D-друкованої зброї, розповідають автори статті, представленої на конференції CCS 2018.

У 3D-друку є безліч переваг перед іншими методами виробництва. Спочатку її розглядали в основному як більш швидкий спосіб створення проміжних прототипів. Згодом завдяки розвитку 3D-принтерів її почали застосовувати вже як самостійний спосіб виробництва, що дозволяє створювати деталі дуже складної форми. Крім того, 3D-друк дозволяє людям не залежати від інших організацій і створювати потрібні їм предмети самостійно. Наприклад, у 2013 році американський зброяр-ентузіаст Коді Вілсон (Cody Wilson) вперше надрукував працюючий пістолет і показав, що таким способом можна створювати повноцінну зброю. Це викликало сильне занепокоєння у влади США через неможливість відстежувати створення і обіг такої зброї, і в результаті суд заборонив створення бібліотеки 3D-друкованої зброї. Більш детально про історію розвитку друкованої зброї в США можна прочитати в нашому матеріалі «Свобода друку зброї».

Інженери під керівництвом Веньяо Сюя (Wenyao Xu) з Університету штату Нью-Йорк в Буффало вирішили розробити технологію, яка дозволить визначати походження зброї, навіть якщо вона була створена за допомогою домашнього 3D-принтера. У своїй роботі вони виходили з того, що при виробництві 3D-принтерів в їх деталях утворюються неминучі недосконалості, що впливають на процес друку. Зокрема, через нерівність дисків для подачі філаментної нитки обсяг матеріалу, що проходить через екструдер, періодично змінюється. Також до нерівномірної подачі матеріалу та нерівномірного спікання призводить недосконалість алгоритмів, що регулюють нагрівання нитки. Крім того, недосконалості моторів і шестірньої призводять до того, що траєкторія руху друкуючої головки зазвичай трохи відрізняється від ідеальної. Інженери провели первинні тести для перевірки гіпотези і виявили, що періодична структура зі смужок, створювана при друку, дійсно має нерівномірну будову, залежну від використаного принтера.

Створена дослідниками система має працює наступним чином. Спочатку необхідно отримати знімки поверхні предмета, причому для цього досить звичайного офісного сканера. Зображення поверхні обробляються алгоритмом, який аналізує текстуру і обчислює 20 параметрів розподілу елементів текстури. Після цього ці параметри передаються класифікатору, який на основі методу опорних векторів і методу k-найближчих сусідів відносить текстуру до відомого 3D-принтера з бази даних, або вказує, що предмет був надрукований на принтері, якого немає в базі.

Для перевірки системи інженери використовували 14 принтерів шести різних моделей, в яких використовуються популярні методи друку - FDM і SLA - і популярні матеріали, такі як ABS- і PLA-пластик, а також фотополімер. Розробники використовували 2100 зображень для навчання класифікатора і ще 1400 інших зображень для перевірки. У результаті точність ідентифікації принтера за текстурою надрукованого об'єкта виявилася рівною 92 відсоткам.

Раніше інженери неодноразово вивчали дефекти 3D-друку і пропонували способи їх усунення або використання. Наприклад, нещодавно американські фахівці навчили 3D-принтер періодично оцінювати якість друку і виявляти відхилення від програми, а в минулому році інша група інженерів навпаки запропонувала впроваджувати в 3D-моделі навмисні дефекти для захисту від піратства.