3D-Druck: Know-how-Schutz durch versteckte Fehler

Im vergangenen Jahr expandierte der Markt für additive Fertigung gegenüber dem Vorjahr um fast 26 Prozent und erreichte ein Volumen von mehr als 5 Milliarden US-Dollar und soll in diesem Jahr nochmals um 17,4 Prozent zulegen. Der Rapid Prototyping-Markt allein wird im Jahr 2020 5 Milliarden US-Dollar schwer sein.

Aber weil die weltweite Lieferkette für Additive Fertigung die Unternehmen dazu zwingt, CAD-Dateien innerhalb der Organisation oder mit externen Partnern via E-Mail oder Cloud zu teilen, haben Know-how-Diebe und andere Übeltäter leichtes Spiel, die Designdateien abzugreifen, um Bauteile zu fälschen.

Eine Gruppe von Entwicklern an der NYU Tandon School of Engineering hat nun Möglichkeiten für die Fertiger aufgezeigt, den Spieß umzudrehen. Absichtlich versteckte Fehler in die CAD-Files sollen den Diebstahl geistigen Eigentums durchkreuzen helfen. In einer Studie, die im Journal Materials and Designs publiziert wurde, zeigen Materialforscher, Nikhil Gupta, Professor für Maschinenbau, Doktorand Fei Chen und der frühere Student Gary Mac, wie bestimmte absichtlich eingeführte Defekte verschwinden können, wenn ein Bauteil unter einer Reihe ganz bestimmter Voraussetzungen gedruckt wird. All jene, denen die Informationen über dieses Verfahren fehlt, Teile auf diese Weise korrekt zu drucken, wenn sie etwa CAD-Dateien gestohlen haben, würden ein Teil mit unerwünschten Defekten und folgerichtig geringerer Qualität drucken.

Der Prozess umfasst mehrere Schritte von der CAD-Datei bis zum gedruckten Produkt. Einer besteht darin, den CAD-Entwurf in eine STL-Datei zu übersetzen, die Objekte und ihre internen und externen Features aufbereitet. Die Wissenschaftler haben untersucht, wie dies und andere Aspekte des Wegs vom CAD-Programm zum Drucker wie etwa die Auflösung der STL-Datei, die Druckrichtung und die Auflösung des Druckers die eingebauten Fehler aktiviert oder neutralisiert. Die entwickelten Sicherheitsfunktionen reichen von der Einführung von Hohlräumen in ein Teil, wo eigentlich Material vorkommen müsste bis hin zu Features, die das Teil beim Druck leichter zerbrechen lassen.

Somit könnten Ingenieure sehr flexibel agieren, was das einfache Verbergen dieser Defekte in einem komplex geformten Teil betrifft, sagt Chen. Die meisten industriellen, im 3D-Druck gefertigten Komponenten zeichneten sich durch komplexe Designs aus, um die additive Fertigung zu rechtfertigen, was darüber hinaus helfe, unerkannt Fehler einzubauen.

Das in der Studie aufgezeigte Erstellen von Defekten reicht von 2D-Features bis hin zu dreidimensionalen Formen, die sich im Bauteil verstecken lassen. Ein CAD-Modell erscheint einen Hohlraum in einem rechteckigen Block zu haben. Doch der Block wird ohne diesen Hohlraum gedruckt, wenn das Verfahren mit den korrekten Parametern abläuft, während unsauberes Vorgehen einen Hohlraum entstehen lässt.

Gupta und andere Wissenschaftler an der NYU haben in einer Studie in der Mai-Ausgabe 2016 der Ausgabe des JOM, The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, demonstriert, dass die eingefügten Defekte in 3D-gedruckten Komponenten so klein ausfallen können, dass sie der Entdeckung durch übliche Bildverarbeitungsverfahren entgehen können, aber dennoch die Leistung beeinflussen.

Bislang haben Konstrukteure CAD-Files mit Cybersecurity-Werkzeugen wie Verschlüsselung und Passwortschutz sowie eingeschränktem Zugang zu wichtigen Dateien gesichert. Doch wie Gupta erklärt, seien die Dateien, einmal gestohlen, für den Druck von hochwertigen Komponenten offen. Der neue Ansatz soll den Druck von hochwertigen Teilen aus gestohlenen Dateien erschweren.

Die Studie wird im Druck erscheinen im Journal Materials & Design, online unter: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127517304355. Das Office of Naval Research unterstützte die wissenschaftliche Arbeit.