江苏激光联盟导读：

3D扫描和成像技术的进步引起了对AM制造的零件的逆向工程的重大关注，这可能会导致假冒和未经授权的高品质零件生产。这项研究的重点是使用成像方法和机器学习来逆向工程复合材料零件，其中不仅捕获几何图形，而且使用微观结构的机器学习来重构3D打印的工具路径。

Graphical abstract图片摘要

从航空航天、汽车、医疗到动漫娱乐和建筑等行业都在采用增材制造。3D打印机的功能正在增加，允许打印不同种类的材料和几何图形。在聚合物、金属、陶瓷和混凝土以及生物材料和增强聚合物的范围内，有多种材料可供选择。

在过去的30年里，随着复合材料在工业上的广泛应用，玻璃和碳纤维增强复合材料在航空航天和其他高性能应用中的应用迅速增加。随着对3D打印轻质材料的需求不断增长，正在开发用于商业3D打印机的创新材料丝。据报道的研究发现用粉煤灰空心球增强的高密度聚乙烯复合材料有望用于商业熔丝制造（FFF）3D打印机。增材制造新材料的这些发展与3D打印机的新功能结合在一起，通过使用多头FDM 3D打印机，可以同时沉积多种材料并打印多功能产品。碳纳米管增强的PEEK的FFF打印也已用于开发多功能复合材料。在许多情况下，3D打印机的工具路径被配置为在制造的零件中获得特定分布或方向。

大量的研究和开发工作投入在使用AM开发复合材料零件上，这需要配置参数，如体积分数和方向，以及优化调幅参数，如切片厚度和工具路径。由于许多高科技应用，例如飞机和卫星零件，都是用复合材料增材制造的，这些零件的逆向工程可能会导致重要知识产权的损失。

逆向工程（Ｒeverse Engineering）,也称反求工程，其思想最初来源于从油泥模型到产品实物的设计过程，将实物模型转化为CAD模型的数字化，几何模型优化，将实物模型转化为工程设计概念模型。基于传统的正向设计通常是从概念设计到图样，在制造出产品。产品的逆向设计是根据原型生成图样 ，再制造出产品。

零件形状可以使用3D扫描仪和CAD设计工具对零件形状进行逆向工程。但是，获得高质量的复合零件还需要复制复合参数，例如增强材料的体积分数和3D打印机工具路径。

近年来，观察到微CT（μCT）扫描功能的稳步提高，从而提高了图像质量，并进行了原位实验。在最近发表的研究文章中，微CT图像用于读取3D打印零件中的嵌入式QR码以进行产品认证，并且由于图像不可用，因此使用低对比度图像处理技术来提高可读性。本文目前的研究主要集中在通过识别显微结构中的纤维取向来确定重建3D打印零件的工具路径的可能性，这是从显微镜和μCT扫描获得的，还没有研究过。

读取3D打印零件中的嵌入式QR码以进行产品认证

研究人员NYU Tandon的研究生Kaushik Yanamandra，Chen Lin Chen，Xianbo Xu和Gary Mac都表明，可以通过微CT扫描图像从打印部件的纤维取向中捕获3D打印过程中使用的打印方向。但是，由于用肉眼很难分辨出纤维的方向，因此该团队使用了在数千张微CT扫描图像上训练的ML算法，以预测在任何纤维增强的3D打印模型上的纤维取向。该团队在圆柱和正方形模型上验证了其ML算法结果，发现误差小于0.5°。

Gupta表示这项研究引起了人们对3D打印复合零件中知识产权安全性的关注，这种复合零件投入了大量的精力进行开发，但是现代机器学习方法可以很容易地在低成本和短时间内复制它们。并且，机器学习方法已用于复杂零件的设计中，但正如研究表明，它们可能是一把双刃剑，会使得逆向工程也变得更加容易。设计中也应考虑安全性问题。过程和不可分割的工具路径应在未来的研究中发展。

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参考文献：F. Chen, J. Zabalza, P. Murray, S.Marshall, J. Yu, N. GuptaEmbedded product authentication codes in additive manufactured parts: imaging and image processing for improved scan ability

Addit. Manuf., 35 (2020), p. 101319

本文来源：DOI:10.1016/j . comp scitech . 2020.108318

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