利用3D打印技術(shù)偽造印章印文的檢驗(yàn)

睢俊濤 陳力清 王 健 李 彪 劉金輝

（1.河北省公安廳，河北 石家莊 050000；2.中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽 110854；3.河北公安警察職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 050091）

3D 打印技術(shù)即快速成型技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將液化、粉末化、絲化等成型材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成形，制造出實(shí)體產(chǎn)品的技術(shù)，被認(rèn)為是制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成果。由于3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由二維圖像向三維模型的轉(zhuǎn)變和實(shí)物的直接、快速、精確的制造，加之3D 打印機(jī)的親民價(jià)格、打印材料的多樣和制造工藝及精度的提升，通過印文圖像轉(zhuǎn)換成3D 模型進(jìn)而制作印章的3D 打印，成為了偽造印章的新方式，也為印章印文的檢驗(yàn)帶來了新挑戰(zhàn)。

一、實(shí)驗(yàn)涉及的3D 打印技術(shù)原理

光固化成型(Stereo Lithography Apparatus，SLA)也被稱為立體光刻成型，簡稱為SLA，有時(shí)也稱為SL。光固化成型技術(shù)主要是使用光敏樹脂作為原材料，通過特定波長與強(qiáng)度的激光(紫外光)聚焦到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線、由線到面順序凝固，從而完成一個(gè)層面的繪制工作。然后在垂直方向上升降臺移動(dòng)一個(gè)層厚單位的高度，接著再照射固化下一個(gè)層面。這樣循環(huán)完成固化、移動(dòng)的過程，從而層層疊加完成一個(gè)三維實(shí)體的打印工作。該技術(shù)是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)，也是目前研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。

多射流熔融技術(shù)（Multi Jet Fusion，MJF）是由惠普公司新研發(fā)的3D 打印工藝，其原理是先鋪設(shè)成形粉末，在噴射熔融輔助劑的同時(shí)噴射細(xì)化劑，以保證打印對象邊緣的精細(xì)度，然后在成形區(qū)域施加能量熱原使粉末熔融，完成分層的定型，以此類推疊加成型。HP 多噴嘴式熔融3D 打印解決方案以業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新方式實(shí)現(xiàn)了高速度、高質(zhì)量和低成本的有效結(jié)合。

激光選區(qū)熔化技術(shù)（Selective Laser Melting，SLM）是利用高能激光選擇性熔化金屬粉末，經(jīng)過快速冷卻凝固成形，逐層堆疊形成終端產(chǎn)品。該技術(shù)不受零件形狀復(fù)雜度的限制，不需要其他后處理工藝，可以直接獲得結(jié)構(gòu)和性能兼?zhèn)涞膶?shí)體零件，且同時(shí)運(yùn)用了新材料、激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。

二、材料與方法

（一）實(shí)驗(yàn)材料

研究主要針對市面上使用較多的四種印章類型即光敏印章、回墨印章、銅質(zhì)印章和橡膠印章?？紤]到打印精度及專業(yè)軟件使用，本實(shí)驗(yàn)采用購買服務(wù)的方式制作3D 印章，主要采用實(shí)地調(diào)研和網(wǎng)絡(luò)查詢的方法選定河北邢臺春蕾3D 打印產(chǎn)業(yè)園、陜西渭南鼎信創(chuàng)新智造科技有限公司以及山東白令三維科技有限公司。根據(jù)3D 打印的耗材材質(zhì)及技術(shù)原理，選擇了感光樹脂、尼龍、不銹鋼、銅、鋁合金、鈦合金等材質(zhì)做為制作印章的章材，使用的3D 打印機(jī)均為工業(yè)級別（見表1）。

表1 3D 打印技術(shù)及機(jī)型、材質(zhì)一覽表

（二）實(shí)驗(yàn)方法

首先，利用3D 掃描儀對實(shí)體章進(jìn)行掃描，直接得到3D 模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行印章打印，因?yàn)閽呙杈鹊脑?，印章的?xì)節(jié)無法完全呈現(xiàn)而失敗。其次，采用將印章模擬正常使用條件下蓋印印文（以下稱原印文），將原印文以1200dpi掃描成圖片，再進(jìn)行三維建模輸出（見表2）。

表2 原印文圖片一覽表

第一步，將印文圖片通過3D 軟件生成立體字等形狀的三維模型，利用卡尺及其他測量工具，測量印文紅色外框大小，調(diào)解軟件內(nèi)模型尺寸縮放到與實(shí)際印文尺寸相符，然后輸入到3D 打印機(jī)進(jìn)行打印。第二步，打印完成后，將多余廢料清除，并對印章印面進(jìn)行打磨，形成實(shí)體印章。第三步，使用3D 打印印章分別蘸取印泥、印油兩種色料介質(zhì)進(jìn)行蓋印，對得到的印文進(jìn)行分析，與原印文進(jìn)行比較分析，總結(jié)3D 打印印章印文特點(diǎn)，提出檢驗(yàn)要點(diǎn)。

三、結(jié)果與討論

（一）印章制作的具體情況

實(shí)驗(yàn)共制作3D 打印印章30 枚，具體見表3。

表3 3D 印章制作一覽表

（二）3D 打印印章印文的一般性特征

從3D 打印印章蓋印的印文來看，3D 打印技術(shù)制作印章具有可操作性。3D 打印印章的印文具有其鮮明的特點(diǎn)：

1.3D 打印印章的印文清晰度

3D 打印技術(shù)的精度決定了打印印章的細(xì)節(jié)清晰度。目前市面上工業(yè)級別的3D 打印機(jī)精度在0.1 毫米左右，因此印章內(nèi)容過于精細(xì)的筆畫、數(shù)字在3D 打印過程中無法清晰呈現(xiàn)（見圖1）。

圖1 3D 打印印章印文的清晰度

2.3D 打印印章的印文細(xì)節(jié)特征

3D 打印印章由于打印精度受限和材料材質(zhì)特殊，導(dǎo)致蓋印印文諸多細(xì)節(jié)特征缺失（見圖2）。具體表現(xiàn)在：①印文邊框不明顯、紋線特征缺失；②印文字跡筆畫粘連、斷裂，過細(xì)、過短筆畫缺失；③印文字跡起收筆、筆畫轉(zhuǎn)折模糊，筆畫棱角不分明，五角星邊緣呈不規(guī)則印跡。

圖2 3D 打印印章印文的細(xì)節(jié)特征

3.3D 打印印章的印文印跡及露白

3D 打印印章受耗材影響，吸墨能力不強(qiáng)，造成印文印跡不實(shí)，露白均勻，出現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)點(diǎn)特征（見圖3）。該類特征主要表現(xiàn)在印文邊緣、五星以及較寬的筆畫上。

圖3 3D 打印印章印文的露白及不規(guī)則網(wǎng)點(diǎn)特征

4.3D 打印印章的印文底紋特征

3D 打印過程中需要考慮分層厚度以及支撐的需要，3D 打印印章的“雕刻”深度一般較深，且3D 印章材質(zhì)較硬，蓋印時(shí)不容易出現(xiàn)印章底紋印跡。3D 打印印章底部一般難以打磨到，因此比較粗糙，在比較軟的沉淀物下蓋印，底紋顆粒感較重。

（三）3D 打印印章印文的個(gè)體化特征

1.樹脂類3D 打印印章印文特征

光敏樹脂是由液體在紫外光照射下引起聚合反應(yīng)固化成型的，由于在打印時(shí)軟件設(shè)置層厚和擺放角度問題，易出現(xiàn)“層紋”特征即規(guī)律性紋線特征，反映到印文上就會(huì)出現(xiàn)類似打磨痕跡的紋線（見圖4）。有些3D 打印機(jī)精度較高，擺放角度合適層紋特征就不明顯。

圖4 樹脂類3D 打印印章印文特征

2.尼龍類3D 打印印章印文特征

尼龍又稱聚酰胺，是一種合成聚合物塑料粉末。打印時(shí)，在粉末表面噴射試劑再加熱凝結(jié)，因此打印物體表面顆粒感較重，未經(jīng)打磨的印章，印文上字跡露白嚴(yán)重，打磨后印文印跡較實(shí)，但印文邊框及文字筆畫變粗，仍存在短筆畫斷筆現(xiàn)象（見圖5）。

圖5 尼龍類3D 打印印章印文特征

3.金屬及合金類3D 打印印章印文特征

金屬及合金類材料都是以粉末形式利用高能激光選擇性熔化凝結(jié)成型，表面有明顯的顆粒感，未經(jīng)打磨的印章很難蓋印出印文。打磨后印章表面平整，吸附印油、印泥能力不強(qiáng)，造成印文印跡不實(shí)，雜亂網(wǎng)點(diǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重（見圖6）。

圖6 不銹鋼材質(zhì)3D 打印印章印文特征

（四）3D 打印技術(shù)偽造印章的印文與原印文的特征比較

利用3D 打印技術(shù)偽造印章的印文與原印文區(qū)別很大，主要表現(xiàn)在3D 印章印文的一般性特征上，3D 打印印章印文難以達(dá)到光敏印章、回墨印章的清晰度，印文露白嚴(yán)重，相較于橡膠章和銅章，3D 打印印章印文不規(guī)則網(wǎng)點(diǎn)特征明顯，細(xì)節(jié)特征無法原樣復(fù)制，尤其對于較細(xì)筆畫或疵點(diǎn)，容易丟失。

3D 打印技術(shù)制作印章過程中有些環(huán)節(jié)會(huì)因?yàn)槿藶榛驒C(jī)器因素使印章產(chǎn)生變化。一是通過分析實(shí)驗(yàn)步驟，發(fā)現(xiàn)在偽造印章過程中涉及到測量印文尺寸，作為3D 模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這個(gè)環(huán)節(jié)可能會(huì)因?yàn)闇y量誤差而使偽造的3D印章產(chǎn)生變化，從而與原始印文產(chǎn)生本質(zhì)差異。二是偽造的3D 印章生成后，表面因?yàn)椴馁|(zhì)的原因會(huì)比較粗糙，一般都要打磨，這個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)對印章產(chǎn)生摩擦痕跡，從而與原始印文產(chǎn)生本質(zhì)差異。三是由于3D 打印機(jī)種類繁多，精度不一，因此3D 打印機(jī)噴嘴直徑、三維建模的分層厚度和三維模型軟件的設(shè)置參數(shù)都會(huì)對3D打印的印章產(chǎn)生影響。

四、結(jié)論與展望

本文就市場應(yīng)用較多且精度達(dá)到工業(yè)級別的3D 打印技術(shù)制作印章進(jìn)行了初步的研究。從實(shí)驗(yàn)來看樹脂類、不銹鋼和合金類材質(zhì)制作3D 打印印章效果要優(yōu)于尼龍類、銅等耗材，液體材質(zhì)要優(yōu)于顆粒材質(zhì)。從特征上來看3D打印印章印文具有印文不實(shí)、不規(guī)則網(wǎng)點(diǎn)特征突出、細(xì)節(jié)特征無法完全呈現(xiàn)等特征。利用3D 打印技術(shù)偽造印章印文雖然具有可操作性，但偽造印章印文與原印文差異較大，在印文邊框、印文字跡筆畫以及細(xì)節(jié)特征方面存在較大差異。

3D 打印技術(shù)雖然還在起步階段，但是隨著3D 打印材料的多樣化發(fā)展以及打印技術(shù)的革新，打印精度及速度在產(chǎn)生巨大的變化，給印章印文的檢驗(yàn)帶來了新的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。