Der Fingerabdruck der additiven Fertigung

3D-Drucker hinterlassen in den von ihnen gefertigten Bauteilen charakteristische Spuren, denn kein Drucker gleicht dem anderen aufs Haar. Das könnte helfen, den Weg von 3D-gedruckten Waffen und gefälschten Produkten zurück zu verfolgen.

Wie ein Fingerabdruck gleicht kein 3D-Drucker dem anderen. Das ergibt eine neue Studie der University at Buffalo. Die Lösung, von den Entwicklern als „PrinTracker“ bezeichnet, könnte Strafverfolgung und Sicherheitsbehörden dabei unterstützen, den Ursprung 3D-gedruckter Waffen, Fälschungen und anderen Produkten herauszufinden.

3D-Druck sei der Traum aller Fälscher, sagt Wenyao Xu, PhD, Professor an der School of Engineering and Applied Sciences der University at Buffalo. Noch bedenklicher sei, dass dieses Fertigungsverfahren rechtswidrigen Zugang zu Handfeuerwaffen ermöglichen könne.

Die Arbeit, mit Co-Autoren von der Rutgers University und der Northeastern University wird derzeit in Toronto an der Konferenz für Computersicherheit der Association for Computing Machinery vorgestellt.

Für das Verständnis des Verfahrens gilt es die Arbeitsweise von 3D-Druckern genauer zu betrachten. Im Fokus der Studie stehen Systeme mit Analogien zu herkömmlichen Tintenstrahldruckern. Sie drucken ein Objekt mit einem Filament, das über Düsen in Schichten auf die Arbeitsplattform aufgetragen wird.

Einzigartige und wiederholbare Muster

Jede Schicht eines 3D-gedruckten Bauteils enthält winzige Falten, üblicherweise im Submillimeter-Bereich, die Füllmuster. Die Muster sollten gleichmäßig ausfallen. Doch je nach Druckermodell, Filament, Düsengröße und anderen Faktoren treten in diesen Mustern leichte Unregelmäßigkeiten auf. Es entsteht so ein Bauteil, das von seinem ursprünglichen Design abweicht.  Beispielsweise soll der Drucker ein Objekt mit einem Füllmuster im Submillimeterbereich ausgeben, aber das tatsächlich gefertigte Muster weicht um 5 bis 10 Prozent vom vorgesehenen Design ab. Wie ein Fingerabdruck sind diese Muster einzigartig und wiederholbar. Damit lassen sie sich bis zum Drucker zurückverfolgen.

Xu erklärt, dass 3D-Drucker desselben Typs sich zwar gleichen müssten, es aber feine, fertigungsbedingte Variationen in der Hardware gebe, die zu einzigartigen, unausweichlichen und unveränderbaren Mustern in jedem gedruckten Objekt führen.

Um PrinTracker zu testen, haben die Entwickler fünf Türschlüssel mit 14 gängigen 3D-Druckern erstellt, davon 10 FDM-Druckern (Fused Deposition Modeling) und 4 Druckern, die mit Stereolithografie arbeiten.

Mit einem Scanner erfassten die Forscher digitale Bilder eines jeden Schlüssels. Davon ausgehend verbesserten und filterten sie jedes Bild, um Elemente der Füllmuster zu identifizieren. Dann  entwickelten sie ein Verfahren, mit dem sie die Variationen jedes Schlüssels ordnen und berechnen konnten, um die Echtheit des Fingerabdrucks zu verifizieren.

Mit der Datenbasis von 14 3D-Druckern ließen sich die Schlüssel den Druckern in 99,8 Prozent der Fälle eindeutig zuordnen. Eine weitere separate Testserie mit denselben Geräten sollte zeigen, ob sich die Ergebnisse nach zwischenzeitlichem Gebrauch änderten. Das war nicht der Fall, es blieb bei den ursprünglich gewonnenen Erkenntnissen. Selbst wenn die Schlüssel beschädigt wurden, lag PrinTracker in diesen Tests zu 92 Prozent richtig.

Bild: Was den „Fingerabdruck“ eines 3D-Druckers ausmacht. Credit: Wenyao Xu, University at Buffalo.