馮明帥 彭嘉俊 馬 立

（1.廣東省公安廳刑事技術中心，廣東 廣州510050；2.廣東警官學院刑事技術系，廣東 廣州5510440）

引言

1 實驗設計

1.1 實驗路線

使用實驗印章蓋制印文，將印文數(shù)據(jù)輸入4 種不同工作原理的3D 打印設備復制印章，使用復制出的印章蓋制印文，并將此印文與原版印章印文進行比對，最后總結其特征規(guī)律。

1.2 實驗材料

1.2.1 主要設備

德國EnvisionTEC Vida紅蠟3D打印機（見圖1、表1）、小方L120Pro 3D 打印機（見圖2、表2）、Formlabs Form 3 3D打印機（見圖3、表3）、聯(lián)泰Lite 300HD 型號3D打印機各1臺（見圖4、表4），實驗用凸版印章2枚（原子印章和樹酯印章各1枚）、打印材料進口光敏樹脂、SOMOS光敏樹脂、小方L120光敏樹脂、RCP30紅蠟若干。

1.2.2 輔助材料

得力牌水性印臺和油性印臺各1 個（見圖5）、尼康 D5600 單反相機 1 臺、70g/m2的 A4 打印紙若干。

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圖1 德國EnvisionTEC Vida紅蠟3D打印機外觀

表1 德國EnvisionTEC Vida紅蠟3D打印機說明書標稱的參數(shù)

圖2 小方L120Pro 3D打印機外觀

表2 小方L120Pro 3D打印機說明書標稱的參數(shù)

圖3 Formlabs Form 3 3D打印機外觀

表3 Formlabs Form 3 3D打印機說明書標稱的參數(shù)

圖4 聯(lián)泰Lite 300HD型號3D打印機外觀

圖5 凸版印章2枚（左：原子印章，右：樹酯印章）

表4 聯(lián)泰Lite 300HD型號3D打印機說明書標稱的參數(shù)

2 光聚合成型技術原理

光聚合成型類3D打印技術是一種利用光敏樹脂材料在光照下固化成型的3D打印技術的統(tǒng)稱，與熔融沉積式3D打印技術相比，其精度較高，層厚小，材料耐用，打印空隙較小，被廣泛運用于珠寶首飾、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意、航空航天、建筑工程、高端制造、消費品等精度要求較高的工藝領域。［1］

本實驗選取四類較具市場代表性的光聚合成型3D 打印技術（見表5）。其一是德國envi?sionTEC 公司基于數(shù)字光處理（DLP）投影技術的基礎上開發(fā)DLP桌面級3D打印技術；其二是美國3DSystems開發(fā)并最早實現(xiàn)商業(yè)化的立體光固化成型技術（SLA）；其三是近年以DLP為基礎研究開發(fā)，使用紫外線照射固化樹脂作為成型方式、精度媲美DLP 的利用液晶屏LCD 成像原理的選擇性區(qū)域光固化技術（LCD）；其四是2019 年由Formlabs 公司開發(fā)的基于SLA 技術創(chuàng)新的低強度立體光刻打印技術（LowForce Ste?reolithography），即為LFS技術。

2.1 數(shù)字光處理技術（DLP）原理

數(shù)字光處理技術（Digital Light Proces?sion），即先把影像信號進行數(shù)字處理，然后再把處理后的數(shù)字信號轉變?yōu)楣鈱W影像，在輸出裝置上投射出來。德國EnvisionTEC Vida 紅蠟3D打印機采用的是DLP技術，它基于數(shù)字微鏡元件——DMD （Digital Micromirror Device） 來完成可視數(shù)字信息顯示。DLP 投影技術應用了數(shù)字微鏡晶片（DMD）來作為關鍵處理元件以實現(xiàn)數(shù)字光學處理過程，以平面光的形式在液態(tài)材料表面進行層層投影，層層固化成型。［2］

2.2 立體光固化成型技術（SLA）原理

聯(lián)泰Lite 300HD 型3D 號打印機采用的是SLA 技術，SLA 又名“立體光固化成型”或“激光光固化”法，主要利用液態(tài)光敏樹脂在紫外激光束的照射下快速固化的特性，在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，聚激光束，同時在計算機的控制下，按照截面輪廓要求，沿液面進行掃描，被掃描的區(qū)域樹脂固化，從而得到該截面輪廓的樹脂薄片，然后升降工作臺下降一個層厚距離，液體樹脂再次暴露在光線之下，再次掃描固化，如此重復，直到整個產(chǎn)品成型。［3］

SLA 技術由于具有成型過程自動化程度高、制作原型精度高、表面質量好以及能夠實現(xiàn)比較精細的尺寸成型等特點，使之得到較為廣泛的應用。

2.3 選擇性區(qū)域光固化技術（LCD）原理

由大業(yè)激光公司研發(fā)的小方L120Pro 3D 打印機搭載了近幾年開始流行起來的選擇性區(qū)域光固化技術（LCD），它以數(shù)字光處理技術（DLP）為基礎，因成本大大降低，使3D 打印技術得到快速推廣。LCD 技術利用計算機控制液晶屏出現(xiàn)選擇性的透明區(qū)域，再利用穿過透明區(qū)域的紫外光，把樹脂槽內(nèi)的光敏樹脂進行曝光固化。每當一層樹脂固化時間結束，平臺托板將固化部分提起，讓樹脂液體補充回流，平臺再次下降，模型與離型膜之間的薄層再次被紫外線曝光。由此逐層固化上升打印出精美的立體模型。［4］

2.4 低強度立體光刻技術（LFS）原理

Formlabs Form 3 3D打印機搭載的是2019年由Formlabs 公司基于原SLA 技術研發(fā)的低強度立體光刻（Low Force Stereolithography）3D打印技術，即為LFS 技術。LFS 技術應用線性光照（linear illumination）及一個柔性樹脂槽（flexi?ble tank）來固化樹脂，以此減少了在打印過程中施加在零件上的力，大大提升了打印件的表面質量和打印精度（見圖6）。

圖6 Formlabs Form 3 3D打印機打印原理圖

2.5 建模及切片

使用實驗印章在紙面上蓋制清晰完整的印文，利用掃描儀或者相機采集印文圖片，將印文圖片輸入計算機，使用Pro/E、UG、Solid Works、3DMAX 等軟件設計出所需的3D 模型，再將3D 模型進行切片分層，才能用于3D 打印。本次實驗選用的是在3D打印領域使用較為廣泛的Materialise Magics 切片軟件。切片厚度與打印速度、打印質量密切相關。切片越厚，則打印速度越快，打印質量越差；切片越薄，則打印越慢，打印質量越好。

3 實驗過程

在蓋印過程中，將30 張A4 紙疊放作為襯墊物，以保證印章蓋印時受力均勻，印文清晰度不會受到蓋印壓力及襯墊等因素發(fā)生變化。每枚印章在白紙上蓋印一組印文，分別選取其中1個最清晰的印文作為母版印文，使用索尼α 6300 微單相機將母版印文拍照輸入電腦，為保證印文圖片不受分辨率影響，統(tǒng)一設置其分辨率為1000dpi、24位全彩、*.jpeg格式。

為保證模型的準確性，輸入到Photoshop 軟件（見圖7）當中進行印文圖片還原，在電腦上匹配準確的印文數(shù)據(jù)，輸入UG3D 建模軟件制作印章印文的數(shù)字模型，并在軟件中輸入印章的各個部位參數(shù)，生成相對應的數(shù)字模型（見圖8）。

圖7 Photoshop軟件還原成的印文圖片截圖

圖8 UG軟件生成的印章數(shù)字模型截圖

選用Materialise Magics 軟件作為本次打印輸出的切片軟件，設定比例大小，分層切割，轉換成3D打印所需要的程序，將模型切片，輸出到3D打印設備中完成打?。ㄒ妶D9）。

圖9 Materialise Magics軟件中轉換成的印章數(shù)字模型截圖

在Materialise Magics 軟件中打開上述文件，設定比例大小為1∶1，分層切割，轉換為3D 打印所需要的文件格式，輸出到對應的3D打印設備進行打印，得到復制印章2 枚，蓋制印文若干進行分析（見圖10）。

圖10 利用3D打印技術復制印章的實驗過程

4 市場調研

筆者在電商網(wǎng)站上隨機抽樣55間可提供3D打印服務的店鋪，均可以提供印章打印服務，但是印章“刑事技術中心”的部分筆畫寬度為0.10～0.20mm （見圖11），大部分店鋪的3D 打印機和打印材料在精度要求上不足，無法提供打印該印章的服務，只有小部分的店鋪使用較為尖端的打印技術，占比為18%，其使用的打印工藝可以滿足小筆畫印章的打印需求（見圖12）。

圖11 “刑事技術中心”印章小筆畫寬度

圖12 3D打印服務店鋪能否打印小筆畫印章的圖

5 實驗結論

5.1 光聚合成型3D 打印技術可以復制出相似度較高的印章，但其圖文精細度較母版印文稍差，利用文檢技術仍可加以識別。該項結論可用于辦案實踐中的排除性檢驗。

5.2 光聚合成型3D 打印技術復制出的印章與母版的相似度取決于操作人員的模型設計水平和打印機精密度。

5.3 光聚合成型3D 打印技術復制印章的成本較高，是防止該技術大量用于非法復制的有利因素，但仍需管理部門出臺相關禁止性法律法規(guī)預防此類違法犯罪行為的發(fā)生。