3D-Druck: Schutz geistigen Eigentums mit 3D-Tracking-Codes

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Wissenschaftler an der New York University Tandon School of Engineering und New York University Abu Dhabi haben erstmals zweidimensionale QR-Codes in komplexe 3D-Gebilde innerhalb von 3D-gedruckten Bauteilen verwandelt, um so effektiver gegen Fälschungen und Diebstahl geistigen Eigentums vorzugehen.

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Wissenschaftler an der New York University Tandon School of Engineering und New York University Abu Dhabi haben erstmals zweidimensionale QR-Codes in komplexe 3D-Gebilde innerhalb von 3D-gedruckten Bauteilen verwandelt, um so effektiver gegen Fälschungen und Diebstahl geistigen Eigentums vorzugehen.

Der Markt für 3D-gedruckte Bauteile beläuft sich weltweit auf 5 Milliarden US-Dollar und umfasst eine globale Lieferkette über Internet, E-Mail und Cloud, die gleichzeitig auch ein Einfallstor für Fälschungen und Diebstahl geistigen Eigentums darstellt. Fehlerhafte Bauteile aus gestohlenen Konstruktionsdateien können großen Schaden anrichten. Experten gehen davon aus, dass bis zum Jahr 2021 75 Prozent der militärischen und kommerziellen Flugzeuge mit 3D-gedruckten Teilen in Turbinen, Flugzeugzellen und anderen Komponenten fliegen werden und die additive Fertigung von medizinischen Implantaten im kommenden Jahrzehnt jährlich um 20 Prozent zulegen wird.

Ein Team an der New York University Tandon School of Engineering hat nun einen Weg gefunden, die Herkunft von Bauteilen mittels besonderer QR-Codes nachzuweisen. In der aktuellen Ausgabe von Advanced Engineering Materials beschreiben die Wissenschaftler eine Methode, mit der sich QR-Codes, Barcodes und andere passive Tags in dreidimensionale Gebilde verwandeln lassen, die im Bauteil so verborgen sind, dass sie weder dessen Festigkeit beeinflussen, noch sich den Fälschern, die das Teil nachbauen könnten, zu erkennen geben.

Der Materialforscher Nikhik Gupta, Associate Professor of Mechanical Engineering an der NYU Tandon; Fei Chen, Doktorand unter Gupta und eine Forschergruppe der NYU Tandon und der NYU Abu Dhabi mit Nektarios Tsoutsos, Michail Maniatakos und Khaled Shahin zeigen, wie sich der schichtweise stattfindende additive Fertigungsprozess nutzen lässt, um QR-Codes gleichsam in ein 3D-Schachspiel zu transformieren.

Das Team entwickelte ein Verfahren, das den QR-Code innerhalb eines CAD-Files ausdehnt, so dass er einem Mikro-CT-Scanner oder einem anderen Scanner diverse falsche Oberflächen präsentiert. Nur ein gesicherter Drucker oder ein zuverlässiger Endanwender würden die korrekte Orientierung des Scanners kennen, die es braucht, um den legitimen QR-Code zu erfassen.

Gupta erklärt: „Indem wir einen relativ einfachen, zweidimensionalen Tag in ein komplexes 3D-Gebilde verwandeln, mit hunderten winziger Elemente im 3D-gedruckten Teil verstreut, können wir viele falsche Oberflächen erzeugen, mit denen wir den korrekten QR-Code vor jenen verbergen können, die nicht wissen, wonach sie suchen müssen.“

Die Forscher untersuchten unterschiedliche Konfigurationen von der Verteilung eines Codes über nur drei Layer eines Objekts bis hin zur Fragmentierung über 500 winzige Elemente in Thermoplastik, Photopolymeren und Legierungen und mit den unterschiedlichen, in der Industrie etablierten Drucktechnologien.

Chen, der Hauptautor der Studie, sagt, dass das Team die Teile wie Quader, Balken oder Kugel nach dem Einbetten der QR-Codes Belastungstests unterzogen habe, die einen vernachlässigbaren Einfluss dieses Vorgehens auf die strukturelle Festigkeit aufzeigten.

Um typische QR-Code-Konstraste zu erzeugen, die ein Scanner lesen könne, müsse man das Äquivalent leerer Räume einfügen, erklärt sie. Durch das Einstreuen dieser winzigen Fehler über viele Layer hinweg habe man die Festigkeit der Teile im akzeptablen Rahmen halten können.

Biomedizin und Luftfahrt profitieren besonders

Tsoutsos und Maniatakos haben drei Sektoren der additiven Fertigung unter die Lupe genommen, die von dieser Sicherheitstechnologie besonders profitieren können. Gupta erklärt, dass man kosteneffizient arbeiten und die Lösung an das Bedrohungsszenario anpassen müsse. „Unsere Erfindung ist besonders nützlich für hochentwickelte Branchen mit hohen Risiken wie der Biomedizin und der Luftfahrt, in denen die Qualität auch der kleinsten Teile ausschlaggebend ist.“

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