Digital Watermarking : Incorporamento di dati in oggetti realizzati con una stampante 3D da leggere con un normale scanner per documenti

Incorporamento di dati in oggetti realizzati con una stampante 3D

Un team del Nara Institute of Science and Technology (NAIST), composto da Ph.D. La studentessa Arnaud Delmotte, la professoressa Yasuhiro Mukaigawa, la professoressa associata Takuya Funatomi, la professoressa Hiroyuki Kubo e la professoressa Kenichiro Tanaka, hanno sviluppato un nuovo metodo per incorporare le informazioni in un oggetto stampato in 3D e recuperarle utilizzando uno scanner per documenti di consumo. Informazioni come un ID seriale possono essere incorporate senza modificare la forma dell’oggetto ed essere semplicemente estratte da una singola immagine di uno scanner per documenti disponibile in commercio.

Esistono diverse tecnologie per la stampa 3D, ma la più comunemente usata consiste nel depositare strati di plastica fusa l’uno sopra l’altro. Questo metodo è noto come Fused Deposition Modeling (FDM). Generalmente, la deposizione plastica viene eseguita con strati di spessore costante. Tuttavia, nel metodo proposto, vengono selezionate coppie di strati adiacenti verticalmente e il loro equilibrio di spessore viene modificato in base alle informazioni da incorporare. Questa modifica del bilanciamento dello spessore ha scarso effetto sulla forma esterna dell’oggetto.

Inoltre, lo spessore degli strati stampati può essere misurato con precisione scansionando l’oggetto con uno scanner per documenti. Il metodo sviluppato consente di rilevare i cambiamenti nello spessore del livello ed estrarre le informazioni incorporate.

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista accademica internazionale IEEE Transactions on Multimedia (TMM) il 25 dicembre 2019.

Contesto e scopo:
“Digital Watermarking” è una tecnologia che incorpora informazioni all’interno di contenuti digitali come immagini, audio, video e modelli 3D. Alcuni metodi, come codice a barre e codice QR, incorporano le informazioni in modo visibile. Altri metodi lo incorporano di nascosto, con le informazioni aggiuntive nascoste nel contenuto e non percepibili dall’utente. Dal 2010, la tecnologia di stampa 3D ha guadagnato sempre più popolarità, portando a un crescente interesse per la tecnologia di filigrana per oggetti stampati in 3D. In questa ricerca, abbiamo proposto un nuovo metodo per incorporare una filigrana durante la stampa di un oggetto e ci siamo concentrati sulla riduzione al minimo della distorsione sulla forma esterna per evitare perturbazioni sulla funzione originale dell’oggetto.

Confronto della stampa 3D
Confronto tra normale e questo metodo. Sinistra: stampa normale. A destra: stampa con spessore strato modificato usando questo metodo. In alto: oggetto stampato. In basso: immagine digitalizzata con uno scanner per documenti. Credito: Optical Media Interface Lab, NAIST

caratteristiche:
Esistono diverse tecnologie per la stampa 3D. Tra questi, Fused Deposition Modeling (FDM) è il più comunemente usato. Consiste nel depositare strati di plastica fusa uno sopra l’altro. La forma desiderata si ottiene controllando con precisione la posizione e il flusso di un ugello di stampa in modo tale che gli strati di plastica depositati abbiano un percorso e uno spessore controllati. Generalmente, il flusso di plastica è controllato per produrre uno spessore di strato costante. Tuttavia, nel nostro metodo, il flusso di plastica viene modificato durante la stampa per modificare localmente lo spessore dello strato e incorporare alcune informazioni aggiuntive. Al fine di prevenire il degrado della superficie esterna dell’oggetto, vengono selezionate coppie di strati adiacenti verticalmente e il rapporto dei loro rispettivi spessori viene modificato mantenendo costante la somma dei due spessori di strato.

Per recuperare le informazioni incorporate, è necessario misurare lo spessore dei livelli. Tuttavia, il nostro metodo può eseguire questa misurazione utilizzando solo uno scanner per documenti comune e non richiede attrezzature speciali. Il processo di stampa FDM produce naturalmente alcuni artefatti di stratificazione che sono visibili nelle immagini ottenute da uno scanner di documenti. Questi artefatti ci consentono di misurare lo spessore dei livelli ed estrarre le informazioni.

Prospettiva futura:
Con questo metodo, è possibile incorporare vari tipi di informazioni come un URL che può essere collegato ai servizi Web, un ID univoco che può essere utilizzato per la tracciabilità del prodotto, l’ID stampante e la data di stampa per la gestione della qualità dei lotti.

Riferimento: “Filigrana cieca per oggetti stampati in 3D modificando localmente lo spessore degli strati” di Arnaud Delmotte, Kenichiro Tanaka, Hiroyuki Kubo, Takuya Funatomi e Yasuhiro Mukaigawa.

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