DE102015217973A1

DE102015217973A1 - Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt sowie ein entsprechender 3D-Drucker

Info

Publication number: DE102015217973A1
Application number: DE102015217973.7A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hohenstein; Michael Jäger; Spyridon Gogouvitis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt, bei dem während eines Druckvorgangs des 3D-Objektes innerhalb des 3D-Objekts eine ortsabhängige Materialdichteveränderung erzeugt wird, bei dem während eines Prüfvorgangs aus dem 3D-Druckobjekt von der Materialdichteveränderung abhängige Ist-Informationen erfasst bzw. erzeugt werden und bei dem mindestens ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkannt wird, dass diese Ist-Informationen dann mit zugehörigen gespeicherten Soll-Informationen verglichen und hierbei eine Übereinstimmung festgestellt wird. Vorteilhaft ist hierbei bspw., dass ein Kopierschutz unauffällig und in einfacher Weise mit dem 3D-Druck-Verfahren selbst herstellbar ist und dass einem nichtautorisierten Kopierer eine korrekte Reproduktion zumindest massiv erschwert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt sowie einen entsprechenden 3D-Drucker.
Mit 3D-Druckern lassen sich Objekte herstellen bzw. kopieren. Für einen Bauteilehersteller, der bspw. Ersatzteile aus dem 3D-Druck anbietet, stellt sich das Problem, wie er selbst erlaubte Kopien einer Vorlage als erkennbare Originalbauteile erzeugen und dabei eine Drittpartei möglichst daran hindern kann, dass diese entsprechende unerlaubte von den Originalen nicht zu unterscheidende Kopien erstellen und anbieten kann.
Der Markt für 3D-Druck ist momentan noch in der Entstehungsphase und es ist noch kein effektiver Schutz gegen Plagiate über 3D-Druck bekannt.
Ein Ansatz besteht darin, 3D-Drucker mit einer Art von Digital Rights Management (DRM) auszustatten. Siehe hierzu bspw. http://de.wikipedia.org/wiki/Digitale Rechteverwaltung Sollten sich jedoch nicht wirklich alle 3D-Druckerhersteller auf ein DRM einigen, wovon auszugehen ist, wäre dieser Ansatz nicht sehr effektiv.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt sowie einen entsprechenden 3D-Drucker anzugeben, bei dem ein Kopierschutz möglichst mit dem 3D-Druck-Verfahren selbst herstellbar ist und bei dem ein Hersteller eines Original-teils beliebig viele erlaubte Kopien einer Vorlage anfertigen kann und andererseits von Dritten unerlaubterweise kopierte 3D-Objekte als solche erkennbar sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des 3D-Druckers durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt, bei dem während eines Druckvorgangs des 3D-Objektes innerhalb des 3D-Objekts eine ortsabhängige Materialdichteveränderung erzeugt wird, bei dem während eines Prüfvorgangs aus dem 3D-Druckobjekt von der Materialdichteveränderung abhängige Ist-Informationen erfasst bzw. erzeugt werden und bei dem mindestens ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkannt wird, dass diese Ist-Informationen dann mit zugehörigen gespeicherten Sollinformationen verglichen und hierbei eine Übereinstimmung festgestellt wird. Vorteilhaft ist hierbei bspw., dass ein Kopierschutz unauffällig und in einfacher Weise mit dem 3D-Druck-Verfahren selbst herstellbar ist und dass einem nicht-autorisierten Kopierer eine korrekte Reproduktion zumindest massiv erschwert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung ist eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Kopierschutz-Verfahrens dargestellt, wobei hier beispielhaft innerhalb eines 3D-Druckobjekts 3DO eine konfigurierbare ortsabhängige Materialdichteveränderung DV und in einem oberflächennahen Bereich des 3D-Druckobjekts 3DO auch gespeicherte Soll-Informationen SI vorhanden sind, wobei eine Erfassungseinheit E1 vorhanden ist, die in Abhängigkeit der durchgeführten Materialdichteveränderung DV Ist-Informationen II bildet, und eine weitere Erfassungseinheit E2 vorhanden ist, die zugehörige von DV abhängige, gespeicherte Soll-Informationen SI ermittelt, und wobei eine Vergleichseinheit V vorhanden ist, die die Ist-Informationen II mit den zugehörigen gespeicherten Soll-Informationen SI vergleicht und ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkennt, dass hierbei eine Übereinstimmung I festgestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt zunächst dadurch einen Kopierschutz für das 3D-Druckobjekt 3DO, dass während eines Druckvorgangs zur Erzeugung des 3D-Objektes innerhalb des 3D-Objekts gezielt, d. h. beispielsweise in Abhängigkeit eines durch ein CAD-Tool erzeugten 3D-Modells bzw. entsprechend modifizierten 3D-Druckers, mindestens die eine ortsabhängige Materialdichteveränderung DV erzeugt wird, wodurch im Vergleich zum Druck ohne eine Materialdichteveränderung in der Regel eine Gewichtsänderung und/oder Abweichung zwischen Massen- und Volumenschwerpunkt entsteht, die dann zumindest einen Teil der gespeicherten Soll-Information SI bildet.
Ferner wird beim erfindungsgemäße Verfahren während eines Prüfvorgangs aus dem 3D-Druckobjekt mit einer entsprechenden Einheit E1 die von der Materialdichteveränderung abhängige Ist-Informationen II erfasst bzw. erzeugt und mindestens ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkannt, dass diese Ist-Informationen dann mit den zugehörigen gespeicherten Soll-Informationen SI verglichen V und hierbei eine Übereinstimmung I festgestellt wird.
Die ortsabhängige Materialdichteveränderung DV wird typischerweise dadurch erzeugt, dass innerhalb des 3D-Objekts die Materialdichte beim Drucken innerhalb mindestens eines abgegrenzten geometrischen Bereiches gezielt gegenüber einer Normalmaterialdichte außerhalb dieses geometrischen Bereiches geändert wird. Dabei wird der mindestens eine geometrische Bereich vorteilhafterweise in Form einer geometrischen Form wie z.B. einer Kugel, eines Kegels oder einer Hantel ausgestaltet.
Optional kann im Falle eines Einzelmaterial-3D-Druckers mindestens ein geometrischer Bereich beim Drucken des 3D-Objektes einfach nur gezielt ausgespart werden und dadurch während des Druckvorganges ein Leerkörper innerhalb des 3D-Objektes geschaffen werden, welcher das Gewicht um eine angebbare Größe reduziert bzw. die anderen Messgrößen entsprechend beeinflusst.
Optional kann, bspw. als gesonderte Funktion eines 3D-Konstruktionsprograms, die Form und Lage des mindestens einen geometrischen Bereiches, bspw. eines Leerkörpers, auch in Abhängigkeit der damit verbundenen statischen Eigenschaften und der Stabilität des 3D-Objekts gewählt werden.
Das 3D-Objekt kann optional auch mit einem Multimaterial-3D-Drucker gedruckt werden, wobei innerhalb mindestens eines geometrischen Bereiches mit einem jeweiligen zum Material des restlichen 3D-Objekts hinsichtlich der Dichte unterschiedlichen Material gedruckt wird. Hieraus ergibt sich ein zusätzlicher Kopierschutz, da zur Erstellung von unautorisierten Kopien Materialien mit entsprechenden Eigenschaften erforderlich sind.
Vorteilhafterweise kann hierbei mindestens ein Druckmaterial verwendet werden, das eine hohe Dichte aufweist bzw. für Röntgenstrahlung schlecht durchlässig ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist, zumindest in seiner Basisversion, unabhängig von der angewandten 3D-Drucktechnologie bzw. dem Additiven Fertigungsverfahren und eignet sich bspw. auch für Laser-Sinter-Verfahren.
Die gespeicherten Soll-Informationen SI werden vorteilhafterweise durch den 3D-Druckprozess selbst gedruckt, können aber bspw. auch in unveränderbarer Form auf das 3D-Druckobjekt separat aufgedruckt oder in irgendeiner anderen Weise, bspw. durch Aufkleben eines RFID-Tags, dem 3D-Objekt zugeordnet werden, wobei die Soll-Information nicht verändert werden darf.
Der Aufdruck der Soll-Informationen erlaubt Dritten eine Prüfung, ob der 3D-erstellte Gegenstand den aufgedruckten Daten entspricht. Nur dann handelt es sich um kein Plagiat. Folglich reicht es einem illegalen Kopierer nicht mehr aus, allein das Objekt per 3D-Druck, inklusive des hinzugefügten Aufdrucks der Soll-Information SI, zu kopieren, da seine 3D-Kopie bspw. einen Leerkörper nicht beinhaltet und somit ein anderes Gewicht bzw. andere Messgrößen II produziert. Durch einem Abgleich der physischen Daten mit dem Aufdruck ist ein Plagiat als Solches erkennbar. Eine Reduktion des Gewichts durch den Fälscher allein ist ebenfalls nicht ausreichend, da die anderen Messgrößen das Plagiat erkennbar machen. Hierdurch bleibt dem Hersteller vorbehalten, beliebige Kopien anzufertigen, da sein 3D-Druck entsprechend parametriert werden kann und die gezielte Herstellung einer Materialdichteveränderung, bspw. in Form eines Leerkörpers, beinhaltet.
Einem nichtautorisierten Kopierer wird hingegen die korrekte Reproduktion zumindest massiv erschwert, so dass ein einfaches Herausfinden durch Probieren unwirtschaftlich ist, da eine experimentelle Bestimmung des Massenschwerpunktes, bspw. durch ein nacheinander Aufhängen an verschiedenen Stellen, vor allem bei nicht-scheibenförmigen Körpern und bei adäquater Genauigkeit, relativ aufwändig ist und da eine Rekonstruktion der Massenverteilung mit bildgebenden Verfahren, wie bspw. durch Röntgengeräte oder Computertomografie, ebenfalls aufwändig ist und zusätzlich durch Druckmaterialien schlechter Durchlässigkeit für Röntgenstrahlung erschwert wird.
Der 3D-Druck erfolgt häufig direkt auf der Basis eines rechnerinternen Datenmodells, dessen Daten meist über eine STL-Schnittstelle (STereoLithography) an einem entsprechenden Standard-3D-Drucker übergeben werden.
Erfindungsgemäßer 3D-Drucker
Bei einem erfindungsgemäßen 3D-Drucker werden von ihm selbst, also ohne externe 3D-Modelle usw., während eines Druckvorgangs des 3D-Objektes innerhalb des 3D-Objekts mindestens eine ortsabhängigen Materialdichteveränderung DV erzeugt und in Abhängigkeit der mindestens einen ortsabhängigen Materialdichteveränderung DV Soll-Informationen SI gebildet, die zusammen mit dem 3D-Objekt bzw. auf das 3D-Druckobjekt aufgedruckt werden.
Vorteilhafterweise ist nur mit dem erfindungsgemäßen 3D-Drucker selbst mindestens das Gewicht und der Massenschwerpunkt des 3D-Objektes durch mindestens eine ortsabhängige Materialdichteveränderung DV konfigurierbar und die Sollinformation SI mindestens in Abhängigkeit des Gewichtswertes und der Massenschwerpunktkoordinaten bildbar.
Erfindungsgemäßes 3D-Druck-Objekt
Ein erfindungsgemäßes 3D-Objekt ist ein 3D-Druck-Objekt mit gespeicherten Soll-Informationen SI, die vorzugsweise durch den eigentlichen Herstellungs- bzw. Druckprozess des 3D-Objektes selbst mit gedruckt bzw. hinterlegt wurde, und mit einer ortsabhängige Materialdichteveränderung DV derart, dass aus der ortsabhängigen Materialdichteveränderung Ist-Informationen II erzeugbar sind und ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkennbar ist, dass diese Ist-Informationen mit den gespeicherten Soll-Informationen SI übereinstimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/Digitale Rechteverwaltung [0004]

Claims

Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt (3DO), – bei dem innerhalb des 3D-Objekts eine ortsabhängige Materialdichteveränderung (DV) erzeugt wird, – bei dem während eines Prüfvorgangs aus dem 3D-Druckobjekt von der Materialdichteveränderung abhängige Ist-Informationen (II) erfasst (S1) bzw. erzeugt (E1) werden und – bei dem mindestens ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkannt wird, dass diese Ist-Informationen dann mit zugehörigen gespeicherten Soll-Informationen (SI) verglichen (V) und hierbei eine Übereinstimmung (I) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem durch die ortsabhängige Materialdichteveränderung (DV) eine Abweichung zwischen Massen- und Volumenschwerpunkt erzeugt wird, die dann als Ist-Information dient.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die ortsabhängige Materialdichteveränderung (DV) dadurch erzeugt wird, dass innerhalb des 3D-Objekts die Materialdichte beim Drucken innerhalb mindestens eines abgegrenzten geometrischen Bereiches gezielt gegenüber einer Normalmaterialdichte außerhalb dieses geometrischen Bereiches geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Form und Lage des mindestens einen geometrischen Bereiches in Abhängigkeit der damit verbundenen statischen Eigenschaften und der Stabilität des 3D-Objekts gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem mindestens ein geometrischer Bereich die Form einer Kugel, eines Kegels oder ein Hantel aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem mindestens ein geometrischer Bereich beim Drucken des 3D-Objektes gezielt ausgespart wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das 3D-Objekt mit einem Multimaterial-3D-Drucker gedruckt wird, wobei innerhalb mindestens eines geometrischen Bereiches mit einem jeweiligen zum Material des restlichen 3D-Objekts hinsichtlich der Dichte unterschiedlichen Materials gedruckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem das 3D-Objekt mit einem Multimaterial-3D-Drucker gedruckt wird, wobei mindestens ein Druckmaterial eine hohe Dichte aufweist bzw. für Röntgenstrahlung schlecht durchlässig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die gespeicherten Soll-Informationen (SI) mit dem 3D-Objekt gedruckt bzw. auf das 3D-Druckobjekt aufgedruckt werden.
3D-Drucker mit integriertem Kopierschutz-Verfahren für ein 3D-Druckobjekt (3DO), – bei dem nur durch ihn selbst während eines Druckvorgangs des 3D-Objektes innerhalb des 3D-Objekts mindestens eine ortsabhängige Materialdichteveränderung (DV) gezielt erzeugbar ist und – bei dem nur durch ihn selbst in Abhängigkeit der mindestens einen ortsabhängigen Materialdichteveränderung (DV) Soll-Informationen (SI) bildbar sind, die zusammen mit dem 3D-Objekt druckbar bzw. auf das 3D-Druckobjekt aufdruckbar sind.
3D-Drucker nach Anspruch 10, – bei dem nur durch ihn selbst mindestens das Gewicht und der Massenschwerpunkt des 3D-Objektes durch mindestens eine ortsabhängige Materialdichteveränderung (DV) konfigurierbar sind und – bei dem nur durch ihn selbst die Soll-Informationen mindestens in Abhängigkeit des Gewichtswertes und der Massenschwerpunktkoordinaten bildbar sind.
3D-Objekt mit gespeicherten Soll-Informationen (SI) und mit einer ortsabhängige Materialdichteveränderung (DV) derart, dass aus der ortsabhängigen Materialdichteveränderung Ist-Informationen (II) erzeugbar sind und ein Orginal-3D-Objekt dadurch erkennbar ist, dass diese Ist-Informationen mit den gespeicherten Soll-Informationen (SI) übereinstimmen.