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具体实施方式

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图1示意性地例示了根据本发明的实施方式的用于制造和再制造三维零件的系统。

在该实施方式中，系统1包括用于制造标记有再制造标记的三维零件的第一子系统2、以及用于从标记的三维零件完全地或部分地再制造三维零件的第二子系统4。

在应用场景中，第一子系统2和第二子系统4位于地理上远离的位置，并且由不同职业的操作者在不同的环境中操作。

例如，第一子系统2被集成到制造环境中，该制造环境由制造者操作，并且通常还包括负责待制造零件的三维模型的预处理操作的方法办公室和负责制造的零件的精加工操作的后处理车间。第二子系统4例如被隔离在由未被授权执行某些计算机辅助制造操作、特别是预处理待制造零件的三维模型或精加工所制造的三维零件的阶段的三维零件维护代理所操作的环境中。

第一子系统2包括用于制造三维零件的装置6，例如诸如三维打印机的计算机辅助增材制造装置。

装置6根据制造数据集8来控制，并且使用材料10来制造三维零件P，在图1中以12表示。

制造数据集8包括：

-与待制造零件的形状有关的数据8A，例如限定待制造三维零件的形状的模型和可由制造装置操作为实施预定制造方法的对应命令；

-与制造材料有关的数据8B；

-与制造装置和制造方法有关的数据8C，特别是制造装置类型标识符和制造装置的配置参数。

在一个实施方式中，制造数据集8被存储在预定格式的文件中。

根据一个实施方式，数据8A、8B、8C存储在单独的文件中。

根据另一实施方式，数据8A、8B、8C通过应用压缩方法来压缩，并以压缩形式存储。

当在丢失信息的情况下执行压缩时，压缩数据与未压缩数据一起存储。

根据另一实施方式，仅压缩数据8A、8B、8C的一部分。

制造数据8A、8B、8C由制造者存储在至少一个非易失性、计算机可读电子存储介质上，优选地存储在经由网络连接到制造装置或连接到被配置为控制制造装置的计算机的至少一个服务器上。

在一个实施方式中，数据8A包括要制造的三维零件的三维模型和可由制造装置用于实施预定制造方法的对应命令。

特别地，在分层增材制造的情况下，它们包括来自制造装置的针对要沉积的各层材料的命令。

这种三维模型以已知的方式从描述要制造的三维零件的几何形状的CAD模型中获得，并且从例如在设计办公室的预处理阶段期间的制造方法参数中获得。例如，数据8A是交换格式，诸如IGES(“初始图形交换规范”)、STEP(“产品模型数据交换标准”)、STL(“立体光刻”)、AMF(“增材制造文件格式”)或3MF(“3D制造格式”)。

在另选实施方式中，数据8A由电子地址形成，例如网络地址，用于存储包括待制造零件的三维模型的文件和可以由制造装置用来实施预定制造方法的对应命令。

与制造材料有关的数据8B包括例如材料的物理特性，例如性质(聚合物或金属)、粒度、水分和氧化速率、熔化温度。

在另选实施方式中，数据8B由电子地址形成，例如网络地址，用于存储包括与制造材料有关的数据的文件。

与装置和制造方法有关的数据8C包括例如制造装置类型标识符、制造方法标识符、制造装置配置参数以及与制造方法有关的参数。

例如，配置参数是为装置操作设置的参数，即，物理参数(例如，激光束的物理特性)和环境参数(制造室中的气氛、湿度、氧或氡水平)两者。

数据8C还包括与制造方法有关的数据，例如与零件的定位、在材料沉积时使用的支撑件或对于要制造的各个层要实施的激光策略(扫描方向等)有关的数据。

在另选实施方式中，数据8C由电子地址形成，例如网络地址，用于存储包括与装置和制造方法有关的数据的文件。

制造的三维零件12由模块14分析，以便计算零件12的唯一标识符16，也称为UID(“唯一标识符”)。优选地，标识符16从也称为零件的“物理不可克隆函数”的三维零件的随机物理特性导出。这种标识符固有地与所制造的零件相联系。

在一个实施方式中，物理不可克隆函数是固有的物理不可克隆特性，诸如在预定细节水平上观察到的零件的表面的物理不规则性、组成零件的材料的电磁颗粒取向、或者组成零件的材料的可通过光谱仪观察到的化学分子的分布。因为物理不可克隆函数不在制造者的控制下，所以对于要制造的任何新零件是不可预测的。因此，制造者无法制造在这方面相同的零件，或者因此无法制造与第一给定零件完全相同的零件，即，无法克隆该第一零件。在这种情况下，模块14包括合适的分析装置，例如扫描仪、电磁辐射传感器或光谱仪。

在一个实施方式中，在增材制造或塑料注射成型期间，修改零件的制造，以添加这种随机物理特性，例如通过向第一制造材料添加具有与第一材料的机械特性类似的机械特性但包括随机物理特性的第二材料。

根据另一变型，在零件的制造期间将一块半导体材料插入到零件中，并且从该半导体块的电导率计算物理不可克隆函数。与热搅动、杂质或不同类型的缺陷有关的半导体材料的电导率是随机的。

UID优选地从三维零件的物理不可克隆函数的值来计算，例如通过应用散列函数或对称区块链加密(即在CBC(“密码块链接”)模式中)或任何其他密码函数。该计算使得能够保持零件的物理不可克隆函数的值是机密的，赋予UID标识符预定长度，并且将三维零件的UID标识符分散在它们的值空间中。在变型中，UID标识符被采取为等于零件的物理不可克隆函数的值。

所获得的UID 16被提供给计算模块18，该计算模块被配置成计算再制造信息20。该模块18还接收制造数据集8作为输入。

计算模块18通过可编程电子装置实施，例如计算机、或者被制成可编程逻辑组件(诸如FPGA(现场可编程门阵列))的形式或ASIC(专用集成电路)类型的专用集成电路的形式的电子装置。该电子装置包括中央处理单元或CPU，该中央处理单元或CPU包括一个或多个电子处理器，当电子装置通电时，处理器能够执行计算机程序指令。计算模块18例如被制成计算机程序代码指令的形式。

模块18是计算模块，在一个实施方式中，该计算模块执行UID 16和制造数据8的密码组合。该密码组合例如是由也称为密钥的密钥参数化的密码函数，该密钥用于由UID 16构成。

例如，将制造数据8A、8B、8C串接成字符串，然后向该字符串应用由UID 16参数化的密码函数。例如，通过对称密钥加密算法对字符串进行加密，密钥用于由UID 16构成。该操作的结果是再制造信息20。UID 16和制造数据8在再制造信息20中联系在一起，使得难以对后者进行解析以推断前者。

然后使用实施预定标记方法的标记模块22利用编码再制造信息20的标记(下文中称为再制造标记)来标记三维零件，以输出标记有再制造标记的三维零件24。

再制造标记例如是字母数字格式的再制造信息20、或编码再制造信息20的QR码、或编码再制造信息20的条形码、或该信息的任何其他表示。由此，标记模块22计算再制造标记，然后触发或执行实际标记。

例如，通过在三维零件的表面上打印来执行有效标记。在这种情况下，例如，标记模块22包括用于该目的的打印装置。在另一示例中，当通过增材制造来制造零件时，标记模块22将再制造标记传输到打印它的制造装置6。

根据另一变型，当通过增材制造来制造零件时，一旦部分地制造了三维零件12，标记模块22就适于与制造装置6相互作用。在该变型中，代表再制造信息的标记可以插入或铭刻在制造的三维零件的主体中，即，在零件的内表面上或内部体积中、在其先前制造的零件的外部。应当注意，在这种情况下，唯一标识符计算模块14被应用于部分制造的三维零件。然后，预期使用三维零件的制造零件的物理特性，当三维零件被完全制造时，也将可以从三维零件提取该物理特性。

装置6和模块14、18和22根据子系统2的任何可行架构来组织。例如，模块14、18和22与装置6集成，或者与子系统2的单个第二装置集成。

第二子系统4执行三维零件的再制造，这些三维零件在机械上与制造者制造的三维零件相同。

术语“机械上相同”在这里从制造者、制造方法和要满足的规范的观点来理解。

两个不同的零件，即使它们属于由相同制造者制造的相同系列并且从制造者和制造方法的观点来看是相同的(只要它们满足相同的规范)，也永远不会完全相同。例如，相同系列的抛光零件的两个零件只要它们满足相同的要求就是同样平滑的，例如，在表面不规则性的最大限值方面。另一方面，如果以较高的精度水平(例如十次或一百次，即，以不受制造者和制造方法控制的精度水平)观察它们的表面，那么它们的不规则性是不同的、随机的并且在制造之前是不可预测的。

第二子系统4接收可能被部分磨损或损坏的初始三维零件30作为输入，用于再制造机械上相同的三维零件。

子系统4包括用于唯一标识符计算34的模块32。模块32类似于形成第一零件制造子系统2的一部分的模块14。它执行与模块14所计算的相同的零件的物理不可克隆函数的计算，并且如果适用，执行与模块14所执行的唯一标识符UID计算类似的唯一标识符UID计算。获得UID 34。

子系统4包括标记读取模块36，该模块适于读取标记，该标记由第一子系统2的标记模块22铭刻在三维零件的表面上或主体中，并且允许再制造标记被解码，以获得相关联的再制造信息。例如，当标记模块22执行QR码打印时，模块36包括光学读取器和图像处理模块，用于从读取和解码的QR码获得再制造信息。标记读取模块36提供所获得的再制造信息38。

从原始三维零件获得的唯一标识符34和再制造信息38被提供给计算模块40，该计算模块执行与由计算模块18执行的密码组合操作有关的唯一标识符和再制造信息的密码重组，以获得制造数据42。

例如，该密码重组是与由模块18应用的密码函数相关联的密钥密码函数，该密钥被用作唯一标识符34。

例如，如果模块18通过选择的密钥是UID 16的对称加密算法执行数据8A、8B、8C的串接和对称加密，则模块40执行对应的解密，其中UID 34作为密钥。然后获得解密的字符串。模块40执行解除串接，以提取所提取的制造数据，标记为42A、42B、42C。

在压缩制造数据而没有信息损失的情况下，应用对应的解压缩算法。

在压缩制造数据而损失信息的情况下，使用与未压缩的制造数据相关联地存储的压缩制造数据来获得未压缩的制造数据。

然后评估制造数据42A、42B、42C，以确定由包括诸如三维重印打印机的再制造装置48的再制造系统46使用的材料44。

如以下参考图5详细说明的，再制造系统46在发起实际再制造之前对所获得的制造数据42执行其配置参数集的符合性检查，以便确保机械上与初始三维零件相同的三维零件的再制造。

实际上，为了避免对再制造系统的可能的攻击，有用的是确保获得初始三维零件的真实且完整的制造数据，而且确保根据这样的制造数据执行实际的再制造。

在一个实施方式中，再制造装置48类似于制造装置6，但是受到特别约束，并且不允许维护人员自由地执行所有设置。

装置46和48以及模块32、36和40根据子系统4的任何可行架构来组织。例如，模块32、36和40被集成到子系统4的相同的第三装置中，在装置46的外部或内部，并且在后一种情况下，在装置48的外部或内部。

图2是根据本发明第一实施方式的用于制造标记的三维零件的主要步骤的流程图。

该方法包括步骤50：通过如上参考图1所述的计算物理不可克隆函数，来提取(即计算)完成的或方法中的三维零件的不可克隆物理特性的值。

在步骤52中，例如通过将密码散列函数或任何其它密码函数应用于通过计算物理不可克隆函数获得的特征值，来获得三维零件的唯一标识符。可以使用任何已知的散列函数，例如SHA-1。在步骤52的输出，获得三维零件的唯一标识符UID。

根据变型，省略步骤52，并且零件的唯一标识符是在步骤50中获得的不可克隆物理特征值。

根据另一实施方式，三维零件的唯一标识符通过递增序列号和/或生成与零件相关联的随机或密码密钥来获得。

实施接收制造数据集(Data)的步骤54。如已经解释的，制造数据集包含与要制造的零件的形状有关的数据和可由制造装置操作为实施预定制造方法的对应命令、与制造材料有关的数据和与制造装置和方法有关的数据。

如果制造数据集大，则在该实施方式中，考虑压缩这种数据的至少一部分(步骤56)。

在该意义上，在串接步骤58中串接压缩的制造数据。

在一个实施方式中，制造数据首先被串接，然后被压缩。

在执行有损压缩的情况下，与未压缩的制造数据相关联地存储压缩的制造数据。

还应当注意，步骤50和52可以在步骤54到58之后执行，或者大致与这些步骤并行执行。

在步骤58结束时，获得代表制造数据的字符串。

在步骤52中获得的唯一标识符和在步骤58中获得的代表制造数据的字符串作为输入被提供给密码组合步骤60。

例如，实施对称密钥加密算法以获得再制造信息，对称密钥加密算法所使用的密钥是在步骤52中计算出的唯一标识符。

在步骤52中可以使用任何已知的加密算法，例如AES(高级加密标准)。

在步骤62中，基于再制造信息生成要贴附到三维零件的表面或插入到三维零件的主体中的标记。然后通过预定的标记方法将标记铭刻到三维零件的表面上或主体中(步骤64)。

例如，创建QR码，QR码是编码再制造信息的黑白像素的矩阵。

然后在标记步骤64中，将该QR码打印在零件的表面上、零件的内部或外部、或者零件的体积中。然后获得标记有编码再制造信息的标记的三维零件。

步骤52到62优选地被实施为可以由计算机执行的软件代码。

压缩步骤56是可选的，根据变型，使用制造数据而不压缩。

图3是标记的三维零件制造的实施方式中的主要步骤的概要。

图3的实施方式与图2的实施方式的不同在于，步骤56和58被步骤66和68代替，而其余步骤保持不变。

与参考图2描述的第一实施方式中相同，在接收步骤54中，接收制造数据集。

该数据例如以具有预定文件格式的一个或多个文件来呈现。

在步骤66中，将包含制造数据的一个文件或多个文件存储在本地或远程的存储单元中。

在步骤68中获得允许访问存储制造数据的文件的存储单元的地址，例如存储单元的网络地址。

在该实施方式中，用于访问制造数据的网络地址是作为输入提供给密码组合步骤60的字符串。

参考图2和图3所述的实施方式可以被组合，即，在用于制造数据的分离部分的相同制造方法期间被实施。

图4是用于从在上述三维零件的制造期间标记的三维零件完全地或部分地再制造三维零件的方法的主要步骤的流程图。

图4所示的实施方式对应于以上参考图2描述的制造方法的第一实施方式。

该方法包括接收要修理(部分再制造)或再制造(完全再制造)的初始标记的三维零件的第一步骤70。

然后应用标记读取72。标记读取步骤实施读取方法，该读取方法适于读取通过在标记步骤64中实施的标记方法而铭刻在三维零件的表面上或主体中的标记。

例如，当标记步骤64实施QR码打印时，步骤72实施QR码扫描读取以及通过对读取的QR码应用的图像处理进行的字符串提取。

然后实施步骤74：提取所接收的三维零件的不可克隆物理特征，类似于参考图2描述的步骤50。步骤74之后是步骤76：获得所接收零件的唯一标识符，类似于上述步骤52。

步骤74和76可以在步骤70和72之前实施，或者大致并行地实施。

然后，使用在步骤72中获得的唯一标识符和字符串，实施与在步骤60中执行的组合相关联的密码重组步骤78。

在该实施方式中，密码重组在于应用解密算法，该解密算法允许使用作为密钥获得的唯一标识符来解密由在步骤60中实施的加密算法加密的数据。

在密码重组步骤78结束时，获得从零件提取的再制造信息。

在该实施方式中，再制造信息对应于制造期间的压缩和串接的制造数据。

重组步骤78之后是解除串接步骤80，然后，当在步骤56中已经压缩了制造数据时，是步骤82：分别根据是否已经执行了压缩而没有或有信息损失，通过解压缩或从制造者使用他已经与未压缩的制造数据相关联地存储的压缩的制造数据，来获得未压缩的制造数据。

然后，在步骤82的输出获得从初始标记的三维零件提取的制造数据，并且在存储步骤84中将其临时存储，以用于实际再制造的实施。优选地，所获得的制造数据仅被存储用于实施再制造，以便避免维护代理的任何后续再使用。

在再制造方法的第二实施方式中，对应于以上参考图3所述的实施方式，从步骤78获得的字符串包括制造数据的至少一部分的至少一个网络地址。

在参考图4描述的再制造方法中，在读取标记或从所接收的三维零件提取与在步骤50中从其提取的不可克隆物理特性不同的不可克隆物理特性中出现错误的情况下，所获得的制造数据不能原样使用。在这种情况下，停止再制造。

图5是根据如上所述的方法使用从初始标记的三维零件获得的制造数据实施再制造的主要步骤的流程图。

在该实施方式中，再制造方法包括接收通过参考图4所述的方法获得的制造数据的第一步骤100。

在步骤102中，从制造数据中提取制造装置类型的指示，并且在步骤104中选择所指示类型的再制造装置。另外，在步骤104中获得再制造装置的配置参数集。

在变型中，当再制造子系统仅具有一个再制造装置时，省略再制造装置的选择。

在步骤106中，从在步骤100中获得的制造数据中提取与制造装置的配置有关的制造数据。

在步骤108中实施再制造装置配置参数集与和在步骤106中获得的制造装置配置有关的制造数据的符合性测试，并且将指示符合性或不符合性的该符合性测试的结果传输到下述步骤116。

例如，再制造装置的一条配置数据的值一与相应获得的制造数据的值不同，就迫使其值消除这种基本的不符合性(如果可以的话)，或者发现基本的不符合性。

如果没有发现基本的不符合性，则仅在测试步骤108结束时诊断符合性。

还实施获得与制造材料有关的制造数据的步骤110，例如大致与步骤102并行。

通过选择，本地获得这样识别的材料(步骤112)，并且在步骤114中实施本地获得的材料的特性和与材料有关的制造数据之间的符合性测试。

类似于步骤108中的符合性测试，步骤114中的符合性测试将符合性或不符合性结果传输到步骤116。

在步骤116，编译符合性测试的结果，并且如果发现不符合性，则不进行再制造(停止步骤118)。

有利地，这避免了对不符合零件应该满足的规范的零件的再制造。

如果没有检测到不符合性，则认为再制造子系统的实际数据(称为再制造数据)符合从标记的三维零件获得的制造数据，并且步骤116之后是根据所获得的制造数据实际再制造新的三维零件的步骤120，该新的三维零件在机械上与所接收的标记的三维零件相同。

在一个实施方式中，步骤120实施不进行标记的三维零件的再制造。

根据一个实施方式，步骤120实施进行标记的三维零件的再制造，即实施上述制造方法步骤。

根据另一变型，步骤120实施初始三维零件的部分再制造，或者换言之，实施初始三维零件的修理。在这种情况下，在上述的步骤70中作为该方法的输入而接收的初始三维零件被补充以缺失的零件部分。

本发明还适用于减材制造的情况。在这种情况下，在标记步骤64中执行的标记在零件的外表面上执行。

在通过塑料注射另外进行制造的情况下，制造装置特别包括合适尺寸的注射模具。这种注射模具借助于包括在制造数据中的模具或模具类型标识符获得，或者根据与三维零件的形状有关的制造数据再制造。特别地，零件的三维模型用于该目的。

有利地，本发明使得能够从初始三维零件再制造三维零件，再制造的三维零件在新状态下在机械上与初始三维零件相同。由此，本发明有利于三维零件的维护性能。特别地，本发明便于维护代理根据制造者的请求进行再制造，由此允许在备件库存管理中对其进行替换。