光聚合成型3D 打印技术复制印章研究*

冯明帅 彭嘉俊 马 立

（1.广东省公安厅刑事技术中心，广东 广州510050；2.广东警官学院刑事技术系，广东 广州5510440）

引言

1 实验设计

1.1 实验路线

使用实验印章盖制印文，将印文数据输入4 种不同工作原理的3D 打印设备复制印章，使用复制出的印章盖制印文，并将此印文与原版印章印文进行比对，最后总结其特征规律。

1.2 实验材料

1.2.1 主要设备

德国EnvisionTEC Vida红蜡3D打印机（见图1、表1）、小方L120Pro 3D 打印机（见图2、表2）、Formlabs Form 3 3D打印机（见图3、表3）、联泰Lite 300HD 型号3D打印机各1台（见图4、表4），实验用凸版印章2枚（原子印章和树酯印章各1枚）、打印材料进口光敏树脂、SOMOS光敏树脂、小方L120光敏树脂、RCP30红蜡若干。

1.2.2 辅助材料

得力牌水性印台和油性印台各1 个（见图5）、尼康 D5600 单反相机 1 台、70g/m2的 A4 打印纸若干。

今年以来，在收藏市场众多邮品中，《改革开放四十周年》邮票珍藏册脱颖而出，如《邓小平同志诞生一百周年》纪念邮票、《中国共产党十一届三中全会二十周年》纪念邮票、《改革开放三十周年》纪念邮票、《改革开放四十周年》纪念邮票。其中，《改革开放三十周年》纪念邮票是“改革开放”系列题材的首枚邮票，作为十年一发的主题系列邮票，这枚邮票的龙头效应也已凸显。小型张四方连整版票珍贵版式价值走高。《改革开放四十周年》邮票珍藏册收录的邮票版式包含：四方连、小型张、整版票。以上三个版式，均是邮市价格持续保值、走高的邮票版式，更在集邮圈备受欢迎。

图1 德国EnvisionTEC Vida红蜡3D打印机外观

表1 德国EnvisionTEC Vida红蜡3D打印机说明书标称的参数

图2 小方L120Pro 3D打印机外观

表2 小方L120Pro 3D打印机说明书标称的参数

图3 Formlabs Form 3 3D打印机外观

表3 Formlabs Form 3 3D打印机说明书标称的参数

图4 联泰Lite 300HD型号3D打印机外观

图5 凸版印章2枚（左：原子印章，右：树酯印章）

表4 联泰Lite 300HD型号3D打印机说明书标称的参数

2 光聚合成型技术原理

光聚合成型类3D打印技术是一种利用光敏树脂材料在光照下固化成型的3D打印技术的统称，与熔融沉积式3D打印技术相比，其精度较高，层厚小，材料耐用，打印空隙较小，被广泛运用于珠宝首饰、生物医疗、文化创意、航空航天、建筑工程、高端制造、消费品等精度要求较高的工艺领域。［1］

本实验选取四类较具市场代表性的光聚合成型3D 打印技术（见表5）。其一是德国envi⁃sionTEC 公司基于数字光处理（DLP）投影技术的基础上开发DLP桌面级3D打印技术；其二是美国3DSystems开发并最早实现商业化的立体光固化成型技术（SLA）；其三是近年以DLP为基础研究开发，使用紫外线照射固化树脂作为成型方式、精度媲美DLP 的利用液晶屏LCD 成像原理的选择性区域光固化技术（LCD）；其四是2019 年由Formlabs 公司开发的基于SLA 技术创新的低强度立体光刻打印技术（LowForce Ste⁃reolithography），即为LFS技术。

2.1 数字光处理技术（DLP）原理

数字光处理技术（Digital Light Proces⁃sion），即先把影像信号进行数字处理，然后再把处理后的数字信号转变为光学影像，在输出装置上投射出来。德国EnvisionTEC Vida 红蜡3D打印机采用的是DLP技术，它基于数字微镜元件——DMD （Digital Micromirror Device） 来完成可视数字信息显示。DLP 投影技术应用了数字微镜晶片（DMD）来作为关键处理元件以实现数字光学处理过程，以平面光的形式在液态材料表面进行层层投影，层层固化成型。［2］

2.2 立体光固化成型技术（SLA）原理

联泰Lite 300HD 型3D 号打印机采用的是SLA 技术，SLA 又名“立体光固化成型”或“激光光固化”法，主要利用液态光敏树脂在紫外激光束的照射下快速固化的特性，在树脂槽中盛满液态光敏树脂，聚激光束，同时在计算机的控制下，按照截面轮廓要求，沿液面进行扫描，被扫描的区域树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片，然后升降工作台下降一个层厚距离，液体树脂再次暴露在光线之下，再次扫描固化，如此重复，直到整个产品成型。［3］

SLA 技术由于具有成型过程自动化程度高、制作原型精度高、表面质量好以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之得到较为广泛的应用。

2.3 选择性区域光固化技术（LCD）原理

由大业激光公司研发的小方L120Pro 3D 打印机搭载了近几年开始流行起来的选择性区域光固化技术（LCD），它以数字光处理技术（DLP）为基础，因成本大大降低，使3D 打印技术得到快速推广。LCD 技术利用计算机控制液晶屏出现选择性的透明区域，再利用穿过透明区域的紫外光，把树脂槽内的光敏树脂进行曝光固化。每当一层树脂固化时间结束，平台托板将固化部分提起，让树脂液体补充回流，平台再次下降，模型与离型膜之间的薄层再次被紫外线曝光。由此逐层固化上升打印出精美的立体模型。［4］

2.4 低强度立体光刻技术（LFS）原理

Formlabs Form 3 3D打印机搭载的是2019年由Formlabs 公司基于原SLA 技术研发的低强度立体光刻（Low Force Stereolithography）3D打印技术，即为LFS 技术。LFS 技术应用线性光照（linear illumination）及一个柔性树脂槽（flexi⁃ble tank）来固化树脂，以此减少了在打印过程中施加在零件上的力，大大提升了打印件的表面质量和打印精度（见图6）。

图6 Formlabs Form 3 3D打印机打印原理图

2.5 建模及切片

使用实验印章在纸面上盖制清晰完整的印文，利用扫描仪或者相机采集印文图片，将印文图片输入计算机，使用Pro/E、UG、Solid Works、3DMAX 等软件设计出所需的3D 模型，再将3D 模型进行切片分层，才能用于3D 打印。本次实验选用的是在3D打印领域使用较为广泛的Materialise Magics 切片软件。切片厚度与打印速度、打印质量密切相关。切片越厚，则打印速度越快，打印质量越差；切片越薄，则打印越慢，打印质量越好。

3 实验过程

在盖印过程中，将30 张A4 纸叠放作为衬垫物，以保证印章盖印时受力均匀，印文清晰度不会受到盖印压力及衬垫等因素发生变化。每枚印章在白纸上盖印一组印文，分别选取其中1个最清晰的印文作为母版印文，使用索尼α 6300 微单相机将母版印文拍照输入电脑，为保证印文图片不受分辨率影响，统一设置其分辨率为1000dpi、24位全彩、*.jpeg格式。

为保证模型的准确性，输入到Photoshop 软件（见图7）当中进行印文图片还原，在电脑上匹配准确的印文数据，输入UG3D 建模软件制作印章印文的数字模型，并在软件中输入印章的各个部位参数，生成相对应的数字模型（见图8）。

图7 Photoshop软件还原成的印文图片截图

图8 UG软件生成的印章数字模型截图

选用Materialise Magics 软件作为本次打印输出的切片软件，设定比例大小，分层切割，转换成3D打印所需要的程序，将模型切片，输出到3D打印设备中完成打印（见图9）。

图9 Materialise Magics软件中转换成的印章数字模型截图

在Materialise Magics 软件中打开上述文件，设定比例大小为1∶1，分层切割，转换为3D 打印所需要的文件格式，输出到对应的3D打印设备进行打印，得到复制印章2 枚，盖制印文若干进行分析（见图10）。

图10 利用3D打印技术复制印章的实验过程

4 市场调研

笔者在电商网站上随机抽样55间可提供3D打印服务的店铺，均可以提供印章打印服务，但是印章“刑事技术中心”的部分笔画宽度为0.10～0.20mm （见图11），大部分店铺的3D 打印机和打印材料在精度要求上不足，无法提供打印该印章的服务，只有小部分的店铺使用较为尖端的打印技术，占比为18%，其使用的打印工艺可以满足小笔画印章的打印需求（见图12）。

图11 “刑事技术中心”印章小笔画宽度

图12 3D打印服务店铺能否打印小笔画印章的图

5 实验结论

5.1 光聚合成型3D 打印技术可以复制出相似度较高的印章，但其图文精细度较母版印文稍差，利用文检技术仍可加以识别。该项结论可用于办案实践中的排除性检验。

5.2 光聚合成型3D 打印技术复制出的印章与母版的相似度取决于操作人员的模型设计水平和打印机精密度。

5.3 光聚合成型3D 打印技术复制印章的成本较高，是防止该技术大量用于非法复制的有利因素，但仍需管理部门出台相关禁止性法律法规预防此类违法犯罪行为的发生。