馮明帥 彭嘉俊 馬 立

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

引言

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)路線

使用實(shí)驗(yàn)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(shè)備復(fù)制印章，使用復(fù)制出的印章蓋制印文，并將此印文與原版印章印文進(jìn)行比對，最后總結(jié)其特征規(guī)律。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 主要設(shè)備

德國EnvisionTEC Vida紅蠟3D打印機(jī)（見圖1、表1）、小方L120Pro 3D 打印機(jī)（見圖2、表2）、Formlabs Form 3 3D打印機(jī)（見圖3、表3）、聯(lián)泰Lite 300HD 型號3D打印機(jī)各1臺（見圖4、表4），實(shí)驗(yàn)用凸版印章2枚（原子印章和樹酯印章各1枚）、打印材料進(jìn)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(jī) 1 臺、70g/m2的 A4 打印紙若干。

今年以來，在收藏市場眾多郵品中，《改革開放四十周年》郵票珍藏冊脫穎而出，如《鄧小平同志誕生一百周年》紀(jì)念郵票、《中國共產(chǎn)黨十一屆三中全會二十周年》紀(jì)念郵票、《改革開放三十周年》紀(jì)念郵票、《改革開放四十周年》紀(jì)念郵票。其中，《改革開放三十周年》紀(jì)念郵票是“改革開放”系列題材的首枚郵票，作為十年一發(fā)的主題系列郵票，這枚郵票的龍頭效應(yīng)也已凸顯。小型張四方連整版票珍貴版式價值走高?！陡母镩_放四十周年》郵票珍藏冊收錄的郵票版式包含：四方連、小型張、整版票。以上三個版式，均是郵市價格持續(xù)保值、走高的郵票版式，更在集郵圈備受歡迎。

圖1 德國EnvisionTEC Vida紅蠟3D打印機(jī)外觀

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

圖2 小方L120Pro 3D打印機(jī)外觀

表2 小方L120Pro 3D打印機(jī)說明書標(biāo)稱的參數(shù)

圖3 Formlabs Form 3 3D打印機(jī)外觀

表3 Formlabs Form 3 3D打印機(jī)說明書標(biāo)稱的參數(shù)

圖4 聯(lián)泰Lite 300HD型號3D打印機(jī)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(jī)說明書標(biāo)稱的參數(shù)

2 光聚合成型技術(shù)原理

光聚合成型類3D打印技術(shù)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(shù)的統(tǒng)稱，與熔融沉積式3D打印技術(shù)相比，其精度較高，層厚小，材料耐用，打印空隙較小，被廣泛運(yùn)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(fèi)品等精度要求較高的工藝領(lǐng)域。［1］

本實(shí)驗(yàn)選取四類較具市場代表性的光聚合成型3D 打印技術(shù)（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(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)DLP桌面級3D打印技術(shù)；其二是美國3DSystems開發(fā)并最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的立體光固化成型技術(shù)（SLA）；其三是近年以DLP為基礎(chǔ)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(shù)（LCD）；其四是2019 年由Formlabs 公司開發(fā)的基于SLA 技術(shù)創(chuàng)新的低強(qiáng)度立體光刻打印技術(shù)（LowForce Ste?reolithography），即為LFS技術(shù)。

2.1 數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）原理

數(shù)字光處理技術(shù)（Digital Light Proces?sion），即先把影像信號進(jìn)行數(shù)字處理，然后再把處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈱W(xué)影像，在輸出裝置上投射出來。德國EnvisionTEC Vida 紅蠟3D打印機(jī)采用的是DLP技術(shù)，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(shù)應(yīng)用了數(shù)字微鏡晶片（DMD）來作為關(guān)鍵處理元件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過程，以平面光的形式在液態(tài)材料表面進(jìn)行層層投影，層層固化成型。［2］

2.2 立體光固化成型技術(shù)（SLA）原理

聯(lián)泰Lite 300HD 型3D 號打印機(jī)采用的是SLA 技術(shù)，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(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓要求，沿液面進(jìn)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(fù)，直到整個產(chǎn)品成型。［3］

SLA 技術(shù)由于具有成型過程自動化程度高、制作原型精度高、表面質(zhì)量好以及能夠?qū)崿F(xiàn)比較精細(xì)的尺寸成型等特點(diǎn)，使之得到較為廣泛的應(yīng)用。

2.3 選擇性區(qū)域光固化技術(shù)（LCD）原理

由大業(yè)激光公司研發(fā)的小方L120Pro 3D 打印機(jī)搭載了近幾年開始流行起來的選擇性區(qū)域光固化技術(shù)（LCD），它以數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）為基礎(chǔ)，因成本大大降低，使3D 打印技術(shù)得到快速推廣。LCD 技術(shù)利用計(jì)算機(jī)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(jìn)行曝光固化。每當(dāng)一層樹脂固化時間結(jié)束，平臺托板將固化部分提起，讓樹脂液體補(bǔ)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(qiáng)度立體光刻技術(shù)（LFS）原理

Formlabs Form 3 3D打印機(jī)搭載的是2019年由Formlabs 公司基于原SLA 技術(shù)研發(fā)的低強(qiáng)度立體光刻（Low Force Stereolithography）3D打印技術(shù)，即為LFS 技術(shù)。LFS 技術(shù)應(yīng)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(zhì)量和打印精度（見圖6）。

圖6 Formlabs Form 3 3D打印機(jī)打印原理圖

2.5 建模及切片

使用實(shí)驗(yàn)印章在紙面上蓋制清晰完整的印文，利用掃描儀或者相機(jī)采集印文圖片，將印文圖片輸入計(jì)算機(jī)，使用Pro/E、UG、Solid Works、3DMAX 等軟件設(shè)計(jì)出所需的3D 模型，再將3D 模型進(jìn)行切片分層，才能用于3D 打印。本次實(shí)驗(yàn)選用的是在3D打印領(lǐng)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(zhì)量密切相關(guān)。切片越厚，則打印速度越快，打印質(zhì)量越差；切片越薄，則打印越慢，打印質(zhì)量越好。

3 實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shè)置其分辨率為1000dpi、24位全彩、*.jpeg格式。

為保證模型的準(zhǔn)確性，輸入到Photoshop 軟件（見圖7）當(dāng)中進(jìn)行印文圖片還原，在電腦上匹配準(zhǔn)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(yīng)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(shè)定比例大小，分層切割，轉(zhuǎn)換成3D打印所需要的程序，將模型切片，輸出到3D打印設(shè)備中完成打?。ㄒ妶D9）。

圖9 Materialise Magics軟件中轉(zhuǎn)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(shè)定比例大小為1∶1，分層切割，轉(zhuǎn)換為3D 打印所需要的文件格式，輸出到對應(yīng)的3D打印設(shè)備進(jìn)行打印，得到復(fù)制印章2 枚，蓋制印文若干進(jìn)行分析（見圖10）。

圖10 利用3D打印技術(shù)復(fù)制印章的實(shí)驗(yàn)過程

4 市場調(diào)研

筆者在電商網(wǎng)站上隨機(jī)抽樣55間可提供3D打印服務(wù)的店鋪，均可以提供印章打印服務(wù)，但是印章“刑事技術(shù)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(jī)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(wù)，只有小部分的店鋪使用較為尖端的打印技術(shù)，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(shù)中心”印章小筆畫寬度

圖12 3D打印服務(wù)店鋪能否打印小筆畫印章的圖

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

5.1 光聚合成型3D 打印技術(shù)可以復(fù)制出相似度較高的印章，但其圖文精細(xì)度較母版印文稍差，利用文檢技術(shù)仍可加以識別。該項(xiàng)結(jié)論可用于辦案實(shí)踐中的排除性檢驗(yàn)。

5.2 光聚合成型3D 打印技術(shù)復(fù)制出的印章與母版的相似度取決于操作人員的模型設(shè)計(jì)水平和打印機(jī)精密度。

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