CN110891786B - 用于以密码方式保护增材制造过程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以密码方式保护增材制造过程的方法，其中数据链（1）具有用于描述所述制造过程的密码链接的元素（2），其中所述元素（2）具有用于定义用于增材制造的对象（4a，b）的至少一个定义数据组（3a‑c），其中所述至少一个定义数据组（3a‑c）至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b），并针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b）的原材料（17），并且其中所述至少一个定义数据组（3a‑c）由各自的原创者（6a‑c）插入到所述数据链（1）中，并且将所述密码链接扩展到所述至少一个定义数据组（3a‑c），其中所述数据链（1）经由计算机网络系统（12）传输到用于增材制造的设备（13a，b）以借助于所述增材制造来制造所述对象（4a，b），其中检查所述密码链接的完整性，并且其中所述用于增材制造的设备（13a，b）基于所述至少一个定义数据组（3a，b）借助于所述增材制造来制造所述对象（4a，b）。本发明同样涉及用于以密码方式保护增材制造过程的相应数据链（1）和用于以密码方式保护增材制造过程的相应系统。

Description

用于以密码方式保护增材制造过程的方法

技术领域

本发明涉及一种用于以密码方式保护增材制造过程的方法，一种用于以密码方式保护增材制造过程的数据链以及一种用于以密码方式保护增材制造过程的系统。

背景技术

在既包括诸如注塑成型的一次成形方法也包括成形或分离方法的已知制造方法中，将对象逐层构建的增材制造方法变得越来越重要。这特别是适用于计算机控制的3D打印，其实际上开辟了以下可能性：完全以电子形式定义对象，然后基于该定义制造一台或多台3D打印机，这些打印机原则上是分布式的并且可以布置在任意位置。由于还可以在不同的、可能分布于全球的参与者之间任意交换电子数据，因此不仅可以很大程度上消除用于在各个地点之间制造所述对象的物理供应链（除了必要时需要的原材料运输外），还可以在以电子形式创建所述对象的定义的情况下得到分布式地点进行协作的许多可能性。另外，在现代经济过程中，定期地对确定对象的整个生产或使用周期建立文档也可能是有利的或甚至是强制性的。这特别是还可以涉及在定期回收结束后去除或再回收所述对象。因此，其结果是对于根据增材制造方法制造的对象来说存在来自可能非常不同的来源的整个电子数据系列，这些电子数据应当被保存较长时间，其整体应当与所述对象逻辑关联并可能在所述对象的整个使用期间应当进行补充。

本身已知的是，特别复杂的产品的制造商为该产品的每个样本分配一个序列号，并在内部数据库中保存制造数据以及必要时在使用过程中要累积的数据。对于常规制造的产品（例如乘用车）来说这是可以接受的，因为可以唯一地将单个企业识别为所述产品的制造商并由此也识别为负责人，并且因为向该企业供应子组件（即所述乘用车的各个零件）基本上也以物理组件的形式进行。然而，对于增材制造情况下的如上所述的分布式过程来说，识别在此含义下的主要负责制造商要困难得多，因为3D打印机中的实际制造过程通常在总体上不如构造、原材料的定义和原材料的提供那么重要。相反，如果直接或间接参与对象制造的每一方以及购买者和再使用者单独地并且本身近似作为多个“岛屿解决方案”地来管理分别分配给他们的数据，则这些数据的可靠并且对应于文档标准的融合从技术和组织的角度来看都是困难的。

发明内容

因此，在这种背景下，本发明的任务是提供一种技术教导，该技术教导即使在增材制造对象时的高度分布式过程中，也允许通过透明和防操纵的方式原则上任意全面地跟踪和保持所述对象的构造、生产和使用。

该任务分别通过一种具有权利要求1的特征的用于以密码方式保护增材制造过程的方法，通过一种具有权利要求14的特征的用于以密码方式保护增材制造过程的数据链以及通过一种具有权利要求15的特征的用于以密码方式保护增材制造过程的系统来解决。

对于本发明而言，重要的是认识到，与以增材方式待制造或已制造的对象有关的所有重要信息都可以捆绑在一个数据链中，该数据链的元素被密码链接。一方面，这防止了一次性插入到所述数据链中的元素后续被不引入注意地改变，另一方面，这允许在多个参与者之间分布所述数据链，从而无论现在是在参与者之间还是在外部，都无需确定主要或仅负责维护所述数据链的各方。于是也可以很容易地实现：让各个参与者退出以及让新参与者加入，而不会质疑所述数据链的完整性。

所提出的方法用于以密码方式保护增材制造过程。在此情况下，增材制造过程应理解为属于在上述含义下的增材制造的整个过程集合。换句话说，所述增材制造过程不仅包括增材制造本身（即制造对象的物理行为），而且还包括所述制造之前的所述对象或制造的定义，所述制造之后对制成对象的测量以及所有其他涉及所述对象的其他使用直到所述对象的去除、循环利用或其他回收为止的过程。

根据提出的方法，数据链具有用于描述制造过程的密码链接的元素。术语“数据链”应被理解为元素的原则上任意的序列。这些元素是用于根据上述宽泛含义描述所述制造过程的数据。这些元素的密码链接意味着所述数据链的完整性以密码方式得到保护。换句话说，可以识别出对所述数据链中已经存在的元素之一的任何后续改变或删除，或者其星座的其他更改。可以以本身任意的、从现有技术已知的方式来进行该密码链接，其中在下面描述这种密码链接的具体示例。

根据建议，这些元件具有用于定义用于增材制造的对象的至少一个定义数据组。换句话说，狭义地以原则上任意的方式定义所述增材制造的每个元素都是定义数据组。因此，从狭义上涉及所述增材制造结束之后的情形的元素（例如涉及质量检查的元素）不是定义数据组。

根据建议，所述至少一个定义数据组至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象，并且所述至少一个定义数据组针对所述增材制造来定义所述对象的原材料。

此外，根据建议，所述至少一个定义数据组由各自的原创者插入到所述数据链中，并且将所述密码链接扩展到所述至少一个定义数据组。在此情况下，上述针对所述增材制造的所述对象的至少部分空间定义和针对所述增材制造的所述对象的原材料的定义原则上可以任意地分布在所述至少一个定义数据组上。从而可能的是，只存在单个定义数据组，该单个定义数据组既包括针对所述增材制造的所述对象的至少部分空间定义也包括针对所述增材制造的所述对象的原材料的定义。

然而，也可能存在两个定义数据组，在这两个定义数据组中几何形状数据组至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象，并且单独的材料数据组针对所述增材制造来定义所述对象的原材料。在多个定义数据组的情况下，这些定义可以任意分布在这些定义数据组上。各自定义数据组的原创者也可以在定义数据组不同的情况下是同一原创者。同样，针对几何形状数据组这种定义数据组可以存在不同的原创者。

密码链接扩展到所述至少一个定义数据组意味着，所述数据链的元素以及特别是被插入的定义数据组也被密码链接，特别是在该插入之后。

针对所述增材制造的所述对象的至少部分空间定义可以既包括关于所述对象在不同维度中的膨胀的信息又包括关于所述对象的位置或取向的信息。特别地，所述定义可以通过所述至少一个定义数据组所包括的STL文件（立体光刻、标准三角语言或标准镶嵌语言）来进行。同样地，针对所述增材制造的所述对象的至少部分空间定义可以包括关于空间上应当在现有半成品上的哪里增材地制造以用于制造已制成对象的位置说明。

对象的原材料的定义特别是涉及所述对象在所述增材制造中的成分和组成，即特别是在制造中增材式添加的材料，其中该材料还包括在所述增材制造中仅临时使用并且因此在所述增材制造结束后不再是所制造对象的成分的成分。各自的原创者分别是原则上任意的人或设备，例如相应的计算机。

根据提出的方法，所述数据链经由计算机网络系统传输到用于增材制造的设备以用于借助于所述增材制造来制造所述对象，并且检查所述密码链接的完整性。该检查特别是可以通过所述用于增材制造的设备进行。也就是原则上可以是任何范围并且特别是全球的计算机网络系统可以特别是因特网。根据提出的方法，所述用于增材制造的设备基于所述定义数据组借助于所述增材制造来制造所述对象。换句话说，在任何情况下，所述用于增材制造的设备对所述对象的制造都是基于所述至少一个定义数据组。

在当前情况下，术语“增材制造”应被宽泛地理解，从而该术语包括添加物质以制造所述对象的任何制造步骤。一方面，这包括狭义的3D打印。但另一方面，还包括其中将各自物质也添加到已经存在的坯料、半成品或其他前体组件中的过程。从而，涂层（例如清漆或耐磨层）的施加也属于所述增材制造。同样可能的是，通过3D打印仅将所述对象的一部分且特别是仅将表面结构增材式地施加到半成品上。因此，在通过所述用于增材制造的设备进行所述增材制造的情况下可能的是，所述增材制造基于已经预制的组件，而且必要时还通过不同的且可能是非增材的制造方式。例如，可以在常规制造的电子组件周围进行所述增材制造，然后例如由所制造对象的已增材制成的部分包围所述电子组件。

原则上可能的是，上述针对所述增材制造的所述对象的原材料以及还有所述对象的其他特征在空间上均匀地分布在所述对象中。于是空间定义和原材料没有特别的关联。相反，所提出的方法的一种优选实施方式的特征在于，所述至少一个定义数据组针对所述对象的空间区域定义了所述对象的特性，该特性根据所述区域中的空间位置而变化。换句话说，所述特性是所述区域中空间位置的函数，所述函数在整个区域中不是恒定的。所述对象的该空间区域既可以是所述对象的局部区域，也可以是对象总体。以这种方式，可以在所述增材制造中考虑所述对象的期望的空间不均匀性。所述对象的特性优选是功能特性。这可以包括弹性模量、温度系数、密度、稳定性或其他物理特性。同样可能的是，所述对象的特性是材料组成。这样的特性也可以是确定特征的存在或缺失。替代地或附加地，可以为所述区域的每个体素定义所述对象的特性。这样的体素是与像素三维类似的空间网格点。同样，还可以为每个体素分配特别是立方体形的标准体积元素，从而所有体素的集合基本上完全填满所述区域。

原则上，所述至少一个定义数据组可以定义适合于3D打印的任意类型的材料，从而例如还有合成树脂、陶瓷或金属。所提出的方法的一种优选的实施方式的特征在于，所述至少一个定义数据组为了定义所述原材料而定义了一种或多种热塑性材料。优选地，所述至少一个定义数据组为了这些材料还定义了粒度和/或熔融性质，包括熔点和/或熔融范围以及熔融粘度。同样，所述至少一个定义数据组可以定义所述原材料的至少一种溶剂。此外可能的是，根据所述区域中的空间位置针对所述对象的所述空间区域变化地定义所述热塑性材料、粒度、熔融性质和/或溶剂。

所提出的方法的另一优选实施方式的特征在于，所述至少一个定义数据组定义了所述对象的制造过程。所述制造过程的定义特别是可以涉及层构建的类型。从而可以指定要施加的层的细度或粗度。在此优选的是，所述至少一个定义数据组定义了用于熔层制造的方法（熔丝制造，FFF或熔融沉积建模，FDM）、选择性激光烧结、选择性激光熔化或高速烧结（HSS）——必要时分别具有相关的过程参数——作为所述对象的制造过程。

术语“熔层方法”是指增材制造领域的一种制造方法，利用该方法，例如由可熔融的塑料逐层构建工件。所述塑料可具有或不具有其他添加剂（如纤维）地使用。用于FDM/FFF的机器属于3D打印机的机器类别。此方法基于通过加热来液化线状塑料或蜡材料。在冷却结束时所述材料固化。通过用可相对于制造层自由移动的加热喷嘴进行挤压来施加材料。在此情况下，所述制造层可以固定并且所述喷嘴可以自由移动，或所述喷嘴固定并且基板台（具有制造层）可以移动，或者喷嘴和制造层这两个元素可以移动。背景和喷嘴可相对移动的速度优选地位于1到200mm/s的范围内。取决于应用情况，层厚度在0.025至1.25mm的范围内，来自喷嘴的材料射束的出口直径（喷嘴出口直径）典型地为至少0.05mm。

由此在逐层模型制造的情况下，各个层连接成复杂的零件。主体的构建通常是通过以下方式进行的：重复地、分别逐行地移动一个工作层（形成一层），然后向上“堆叠”地移动工作层（在第一层上形成至少一个其他层），从而逐层地产生形状。从喷嘴出来的物质混合物的出口温度可以是例如80°C至420°C。还可以加热基板台和/或必要时存在的构建空间，例如加热至20°C至250°C。由此可以防止被施加层的过快冷却，从而施加在其上的另一层与第一层充分连接。

在本发明的上下文中，烧结方法是特别使用热塑性粉末逐层地构建对象的方法。在此，通过所谓的涂覆机施加薄粉末层，接着借助于能量源选择性地熔化所述薄粉末层。在此过程中，周围的粉末支撑部件几何形状。由此使得复杂的几何形状制造起来比在FDM方法中更经济。另外，可以将各种对象紧密包装地布置或制成在所谓的粉末床中。由于这些优点，基于粉末的增材制造方法是市场上最经济的增材制造方法。因此，它们主要供工业用户使用。基于粉末的增材制造方法的示例是所谓的激光烧结（SLS，选择性激光烧结）或高速烧结（HSS）。它们彼此之间的区别在于用于输入能量以选择性融化到塑料中的方法。在激光烧结方法中，能量输入通过定向激光束进行。在所谓的高速烧结（HSS）方法中，能量输入是通过红外（IR）发射器与选择性地打印在粉末床中的IR吸收剂结合来进行的。所谓的选择性热烧结（SHS）使用常规热敏打印机的打印单元来选择性地熔化热塑性粉末。优选的是选择性激光烧结方法（SLS）。

所提出的方法的优选实施方式的特征在于，每个元素均被数字签名。数字签名同样是现有技术已知的，并且代表一种非对称的密码系统，通过该密码系统可以检查数字签名数据（在此也就是每个元素）的不可否认的原创性以及完整性。在当前情况下，每个元素由所述元素的各自原创者进行数字签名。优选的是，各自的原创者在插入时对所述至少一个定义数据组进行数字签名。此外可能的是，在检查密码链接的完整性时检查所述数字签名，而且特别是通过所述用于增材制造的设备。

原则上对于所述数据链来说不需要对元素进行排序。然而，所提出的方法的一种优选实施方式的特征在于，所述数据链的元素按顺序排序。原则上，在此情况下首先所述排序的依据可以是任意的。但是，在此优选的是，所述数据链的元素具有在创建各自元素的时间点的各自时间戳，并且对所述数据链的元素进行排序的顺序与根据各自时间戳的时间顺序相对应。这样的时间戳可以分别包括绝对时间的说明，其中该绝对时间的说明特别可以是全球时间的说明，例如特别是在航空飞行中普遍的协调的世界时间UTC。但是也可能的是，所述时间戳只用于对创建所述元素进行相对时间排序。因此，例如足够的是，所述时间戳仅提供关于哪个时间戳早于或晚于另一时间戳的结论，而不提供关于时间戳之间的各自时间间隔的长度的说明。

根据所提出的方法的一个优选的实施方式规定，通过以下方式将所述数据链的元素密码链接：所述数据链对于至少一些、优选所有元素具有各自元素的密码的元素哈希值，并且所述数据链具有一系列的密码的元哈希值，每个元哈希值都基于元素哈希值。这意味着在计算各自的元哈希值时，元素哈希值形成原始数据的至少一部分。此外也可以存在其他基于元哈希值的密码的元哈希值。可以通过将哈希函数应用于两个或更多个元哈希值来形成这样的其他元哈希值，从而元哈希值的所得结构对应于本身由现有技术已知的哈希树，该哈希树也称为“merkle树”。

进一步优选地，所述元哈希值形成链接列表，其中所述元哈希值基于各自的元素哈希值和列表中在前的元哈希值。在此情况下，可以将每个元哈希值分配给一个元素，并且可以向每个元哈希值分配与在前的元哈希值不同的元哈希值。具体地，对于确定的元哈希值来说，该在前的元哈希值可以是分配给以下元素的元哈希值，该元素根据元素的以上排序在被分配了所述确定的元哈希值的元素之前。换句话说，所述元哈希值的链接列表的顺序根据在前元哈希值的分配对应于对所述元素进行排序的顺序。在此情况下，可以将未分配给任何元素的初始值分配给所述列表的第一元哈希值，作为在前的元哈希值。由此考虑到以下事实：所述元素的顺序根据排序也知道在任何其他元素之前的第一元素。通过形成这样的链接列表，可以检查所述数据链是否发生了对所述数据链的元素的后续操纵，而且包括元素内的更改以及整个元素的去除或插入或元素顺序的其他更改。

此外可能的是，所述元素哈希值和/或至少一个元哈希值是基于密钥相关的哈希函数的。由此在数据链具有多个元素的情况下，可以减少检查完整性的计算耗费。

所提出的方法的另一优选实施方式的特征在于，包括所述至少一个定义数据组（3a-c）的各自原创者在内的多个编辑者将新元素插入所述数据链中——其中优选地在插入所述新元素时进行插入的编辑者对所述新元素进行数字签名，并将元素的密码链接扩展到所述新元素。除了原创者之外，还可能存在以这种方式扩展所述数据链的其他编辑者。在这种含义下的编辑者优选是计算机或计算设备。

这样的编辑者可以例如添加定义数据组以用于定义所述对象的增材制造的公差。同样，作为订购者的编辑者可以将针对通过所述数据链描述的对象的样本的订单作为元素插入所述数据链中。通过每个插入的元素优选经过数字签名和密码链接，相应的过程将保持文档记录和安全保护，并且可以予以跟踪。在此进一步优选的是，插入的新元素作为按顺序的最后一个元素插入。换句话说，所述数据链中已经存在的元素的顺序相互保持。

根据所提出的方法的优选的实施方式规定，在插入新元素之后，经由计算机网络系统将所述数据链传输给优选地包括所述编辑者的多个参与者，并且分别存储。通过这种方式，可以将每个当前数据链与其历史进行比较。尽可能多的参与者可以实现全面的文档记录和控制。在此情况下，接收参与者没有必要自己也被授权插入新元素。优选地，甚至在每次插入新元素之后进行上述传输。进一步优选地，由所述多个参与者检查密码链接的完整性以及优选地也检查数字签名的完整性。此外，可能的是，如果确定完整性缺失，则进行确定的参与者向所述多个参与者发送警告消息。作为这种分布式控制的特别安全的实施方式，一种优选的变型方案规定，所述多个参与者形成分布式数据库，该分布式数据库将所述数据链作为区块链进行管理。这样的区块链本身是现有技术已知的，并且例如在加密货币——比特币中使用。

所提出的方法的优选实施方式的特征在于，所述多个编辑者包括所述用于增材制造的设备，并且所述用于增材制造的设备在制造了所述对象之后将具有关于制造所述对象的过程的信息的制造数据组作为新元素插入所述数据链中。由于它是通过编辑者的插入，因此在此也将密码链接扩展到所述新元素。关于制造所述对象的过程的这种信息可以包括例如所述制造所需的时间、所述制造的位置、在所述制造期间测量的传感器数据、在所述制造期间可能出现的错误消息以及在所述制造期间所述用于增材制造的设备的设置。优选地，所述制造数据组还具有所制造对象的唯一标志。例如，该标志可以是序列号。术语“所制造对象”是指所述对象的具体样本。如果制造其他相同的对象，则虽然是相同的对象，但是是所述对象的不同样本或其他样本，因此不是同一个所制造对象。

所提出的方法的另一优选实施方式的特征在于，所述多个编辑者包括多个用于增材制造的设备，这些设备分别彼此有间距并通过计算机网络系统相互连接地布置，并且这些设备分别基于所述定义数据组借助于增材制造来制造各自的对象。因此以此方式，可以在不同的位置并因此分散地在多个样本中制造相同的对象，由此与集中制造相比，消除了或至少减轻了对制成品的相应运输的需求。进一步优选的是，所述多个用于增材制造的设备在制造了各自的对象之后将具有关于制造各自对象的过程的信息、优选地具有各自所制造对象的唯一标志的各自的制造数据组作为各自的新元素插入到所述数据链中。因此，仍然在同一公共数据链中记录分别在分布式地点处进行的制造。通过这种方式，可以跟踪所定义对象的所有样本的制造。

根据该方法的一种优选的实施方式规定，在由所述用于增材制造的设备制造所述对象的情况下，将所制造对象的唯一标志引入到所述对象中，从而可以从所制造对象中读取所述标志。换句话说，分配给所制造对象的标志也被物理地引入到所制造对象中，从而可以通过检查所制造对象来将所制造对象分配给所述制造数据组。原则上，这种引入有各种可能性。在此情况下，狭义上引入标志本身也可以通过不同于通过增材制造方法的方式进行。从而例如所述对象的增材制造可以在现有的RFID芯片或具有所述标志的类似设备周围进行。以这种方式，例如RFID芯片将被布置在此外增材制造的对象的内部。然而也可以想到的是，所述标志本身借助于增材制造来予以引入。这可以例如通过在3D打印时写入序列号来进行。此外可能的是，关于制造所述对象的过程的信息可以包括在制造所述对象期间测量的过程测量信息和/或在制造了所述对象之后在所制造对象上测量的对象测量信息。这样的测量可以例如包括所制造对象的最终尺寸或制造时测量的温度或等待时间。在这方面，可能导致与关于制造所述对象的过程的上述信息相交或重叠。

所提出的方法的优选实施方式的特征在于，所述多个编辑者具有用于检验所制造对象的检验设备，该检验设备对所制造对象执行检验过程以测量检验值，并且该检验设备在执行了所述检验过程之后将带有测量的检验值的检验数据组作为新元素插入所述数据链。可以将所制造对象的这种检验理解为在实际制造的下游进行的带有相应测量的任何检验，从而例如有常规的输出或质量控制，这早已从制造中得知。原则上，在此情况下所述检验设备也可以与所述用于增材制造的设备相同。同样，所述检验设备也可以与所述用于增材制造的设备分开地并且远离所述用于增材制造的设备地布置。进一步优选地，基于检验规范来执行所述检验过程，所述检验规范作为元素包括在所述数据链中。所述检验规范优选地由并非所述检验设备的编辑者插入。

所提出的方法的另一优选实施方式的特征在于，所述多个编辑者包括请求者，该请求者时间上在插入所述至少一个定义数据组之前将具有针对所述对象的应用规范的需求简档作为新元素插入所述数据链中。这不仅可以分布式地执行设计和制造过程，同时可以分布式但统一地保持所述设计和制造过程，而且还可以将该方法扩展到初始阶段，即需求的规划。在此优选地，原创者基于所述需求简档创建所述至少一个定义数据组。同样优选地，所述需求简档包括以上检验规范。

原则上，可以基于所述至少一个定义数据组来制造所述对象的任意多的样本。然而，限制所制造对象的数量也是有意义或期望的。在此情况下，根据所提出的方法的一种优选的实施方式规定，所述数据链包括具有批处理数据组的元素，该批处理数据组定义了要基于所述至少一个定义数据组制造的对象的最大数量。然后可以以不同的方式考虑这种批处理数据组。在此情况下一种可能性规定，如果根据所述数据链中的制造数据组制造的对象的数量小于定义的最大数量，则所述用于增材制造的设备以及特别是所述多个用于增材制造的设备只能制造所述对象，特别是各自的对象。特别地，可以将所述用于增材制造的设备设置为执行这种检查并且在所述检查之后才制造所述对象。在此情况下，所制造对象的数量可以对应于所述制造数据组的数量。同样可能的是，一个制造数据组涉及多个所制造对象并因此也对应于许多所制造对象。

除了上面已经描述的密码链接和各自的数字签名之外，还可以结合所述数据链提供其他密码措施。从而例如可能的是，所述数据链的一些或全部元素可以被分别加密。同样可能的是，所述数据链被总体加密。

上述各种类型的编辑者或参与者也可以部分地在单个设备中实现。从而特别是不同元素或定义数据组的各自原创者可以是单个且公共的设备。相应地，不同的组合也是可能的。

所提出的数据链用于以密码方式保护增材制造过程，其中所述数据链具有用于描述所述制造过程的密码链接的元素。根据所提出的数据链，元素具有用于定义用于增材制造的对象的至少一个定义数据组，所述至少一个定义数据组至少部分空间地针对所述增材制造而定义所述对象并且针对所述增材制造定义所述对象的原材料，并且其中所述至少一个定义数据组被设置为，用于增材制造的设备基于所述至少一个定义数据组借助于所述增材制造来制造所述对象。

所提出的用于以密码方式保护增材制造过程的系统具有各自的原创者，该原创者用于在数据链中插入用于定义用于增材制造的对象的至少一个定义数据组，该数据链具有用于描述所述制造过程的密码链接的元素，其中所述至少一个定义数据组至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象并且针对所述增材制造定义所述对象的原材料。此外，所提出的系统具有基于所述至少一个定义数据组借助于所述增材制造来制造所述对象的用于增材制造的设备，以及用于将所述数据链传输到所述用于增材制造的设备的计算机网络系统，其中所述用于增材制造的设备被设置为检验所述密码链接的完整性。

所提出的数据链和所提出的系统的优选特征、优点和配置分别由所提出的方法的优选实施方式的特征、优点和配置产生，反之亦然。

附图说明

下面将基于仅再现一个实施例的附图来解释本发明的其他细节、特征、目的和优点。在附图中

图1示意性地示出了所提出的系统的实施例，所述系统被设置用于执行所提出的方法，

图2示意性地示出了针对图1的系统的所提出的数据链的实施例，以及

图3示意性地示出了在图1的系统中制造的对象，该对象具有针对该对象的空间区域的每个体素定义的特性。

具体实施方式

图1所示的系统用于以密码方式保护增材制造过程。具体地，其涉及借助于增材制造来制造对象4a，b，所述对象在此示例性地为齿轮并且在图3中示意性地示出。在此情况下，所述系统主要基于图2中所示的数据链1。该数据链具有多个元素2，这些元素彼此密码地链接。同样，元素2以与图2的图示中从左到右的元素2的顺序相对应的顺序布置。

根据该顺序的第二元素2是几何形状数据组5，其在空间上定义对象4a，b。由于该几何形状数据组5定义了用于增材制造的对象4a，b，因此它是定义数据组3a。根据该顺序的第三元素2也是定义数据组3b，而且具体是材料数据组7，该材料数据组定义对象4a，b的原材料17。几何形状数据组5和材料数据组7分别由原创者6a，b插入到数据链1中并且与其余数据链1密码地链接，其中原创者6a，b根据图1中的图示分别是计算机。同样，几何形状数据组5由其原创者6a数字签名，而材料数据组7由其原创者6b数字签名，而且从而如数据链1的所有元素2那样由它们各自的数字原创者进行数字签名。

在此情况下，材料数据组7时间上是在几何形状数据组5之后创建的，并被插入到数据链1中。在此情况下，材料数据组7没有均匀地针对对象4a，b定义原材料17，而是在此示例性地在对象4a，b的空间区域8中规定了原材料17的不同固化，其中该空间区域8在当前情况下检测对象4a，b总体。具体而言，所述材料数据组定义了比对象4a，b的各自特性9a-c更强的固化、更平均的固化和更低的固化，而特性9a-c是为对象4a，b的空间区域8中的每个体素单独定义的。图3示例性地为对象4a的一些体素和相应的特性9a-c示出了这一点。

编辑者10（特别是被授权将新元素2插入数据链1中的计算机）之间以及与参与者11（参与者组除编辑者10之外还包括仅接收数据链1并在必要时检验密码完整性的参与者）的数据链1的交换通过计算机网络系统12来进行。参与者11以及由此还有编辑者10全部布置在分布于世界各地的地点。在附图所示的实施例中，该计算机网络系统12是因特网。而且在由任意编辑者10每次插入新元素2之后都将以这种方式扩展的数据链1传输到所有其余参与者11，并由此也传输到所有其余编辑者10。然后，所传输的数据链1分别被接收参与者11存储。插入过程自身总是包括对元素2进行数字签名以及将密码链接扩展到新元素2，该扩展将在下面针对图1中的实施例进行更详细的描述。示例性地，在图1中示出了作为参与者11的数据库服务器11a，该数据库服务器11a虽然分别接收并存储数据链1，但是未被授权或设置为将新元素2插入数据链1中。

除了几何形状数据组5和材料数据组7的上述原创者6a，b之外，编辑者10还包括其他原创者6c，原创者6c在所述增材制造中已对作为材料数据组7之后的元素2并具有层构建细节的过程技术数据组16进行了数字签名并插入到数据链1中，所述过程技术数据组同样是定义数据组3c。

几何形状数据组5、材料数据组7和过程技术数据组16是基于需求简档27创建的，需求简档27在时间上是在这些定义数据组3a-c之前由称为请求者26的编辑者10创建并作为数据链1的第一元素2插入的。需求简档27规定了对象4a，b应满足的需求，因此形成了对象4a，b的几何形状及其材料特性的基础。

编辑者10还包括两个用于增材制造的设备13a，b，在当前情况下它们分别是3D打印机并且借助于增材制造来制造各自的对象4a，b，所述对象通过数据链1中的全部定义数据组3a-c定义。由材料数据组7定义的并且包括热塑性材料14和溶剂15的相应的原材料17同样分别在用于增材制造的设备13a，b上示出。首先，用于增材制造的设备中的第一设备13a基于定义数据组3a-c制造第一对象4a，接着产生第一制造数据组22a（在图2中显示为数据链1的一部分）并插入数据链1中。除了关于完成的制造过程的信息（如过程测量信息）之外，制造数据组22a还包括对象4a的唯一标志23a，该标志23a同样是对象4a的物理部分，例如通过设置相应的RFID芯片。随后，用于增材制造的第二设备13b制造第二对象4b，同样具有第二制造数据组22b和另外的唯一标志23b。可以借助于各自的标志23a，b将制造数据组22a，b分配给对象4a，b。

数据链1还包括元素2，该元素2包括批处理数据组28并且在这里具体由批处理数据组28组成。在当前情况下，该批处理数据组28由相应的原创者6a作为除了几何形状数据组5之外的元素2插入。该批处理数据组28设定根据定义数据组3a-c要制造的对象4a，b的最大数量。用于增材制造的设备13a，b在制造各自的对象4a，b之前基于数据链1中存在的制造数据组23a，b与批处理数据组28的比较来衡量，是否允许制造其他对象4a，b。通过这种方式，在此例如向几何形状原创者6提供了例如基于相应的报酬来控制和限制对象4a，b的按数量制造。

在当前情况下，数据链1的元素2根据由每个元素2的各自时间戳20得到的顺序排序地布置。时间戳20对应于创建各自的元素2的时间点。具体地，在图2的图示中，元素2从左到右变得更年轻，从而与上面的描述一致，需求简档27形成了该顺序的第一元素2。因此，在图2的图示中，新创建并插入到数据链1中的元素2布置在元素2系列的右端。

现在将基于图2解释元素2的密码链接。首先，数据链1针对每个元素2具有相应的元素哈希值18，该元素哈希值18在此是通过将密钥相关的哈希函数应用于各自元素2而产生的。元素2的数字签名的创建还可以包括将用于数字签名的私有签名密钥应用于各自的元素哈希值18而不是要被数字签名的元素2本身。但是，由此同样可以实现对所涉及的元素2本身的数字签名。

除了元素哈希值18之外，数据链1还具有一系列元哈希值19，并且具体是针对数据链1的每个元素2具有一个元哈希值19，从而将每个元哈希值19分配给一个元素2。元哈希值19形成链接列表，所述链接列表的顺序与分别被分配了元哈希值19的元素2的上述顺序相对应。根据该顺序，向每个元哈希值19（所述链接列表的第一元哈希值19除外）分别分配在前元哈希值19。通过一方面对分配的元素2并且另一方面对所述在前元哈希值19应用密钥相关的哈希函数来产生每个元哈希值19。通过本身任意的方式向第一元哈希值19分配确定的初始值19a，从而与其他元哈希值19不同的是，通过一方面对分配的元素2（也就是第一元素2）和另一方面对初始值19a应用所述密钥相关的哈希函数来产生第一元哈希值19。以这种方式，不仅以密码方式保护了各个元素2的完整性，而且还以密码方式保护了元素2的整体及其顺序的完整性。

然后，将新元素2插入数据链1中例如通过以下方式进行，即将元素2排序到元素2的顺序末尾并且通过将所述哈希函数应用于元素2来为该新元素2产生元素哈希值18。该元素哈希值18也被添加到数据链1中。接着将所述哈希函数应用于该元素哈希值18以及先前最后一个或最年轻的元素2（也就是先前排序在顺序末尾的元素2）的元哈希值19，并以此方式获得元哈希值19以及添加到数据链1中。通过这种方式，元素2的密码链接也可以扩展到新元素2。

在任何情况下，首先可以基于每个元素2的数字签名对完整的数据链1检查所有元素2是否源自元素2的各自原创者6a-c或源自编辑者10。其次，例如根据上面的描述，基于所述密码链接也可以检查没有如上所述插入的元素2已经从数据链1中去除或者其顺序已经改变。

在每次响应于插入新元素2而将数据链1传输到参与者11之后，通过参与者11来检查所述密码链接和所述数字签名。如果通过参与者11确定了不规则性，则将警告消息发送给其余参与者11。

最后，编辑者10还包括检验设备24，在将对象4a，b从各自的用于增材制造的设备13a，b物理运输到检验设备24之后，检验设备24对所制造对象4a，b实行检验过程。该检验过程可以基于检验规范，所述检验规范（但是在此未显示）同样可以是数据链1的元素2的一部分。与图2的图示一致，在所述检验过程中测量的检验值在检验数据组25中作为元素2由检验设备24插入到数据链1中。

Claims (36)

1.一种用于以密码方式保护增材制造过程的方法，其中数据链（1）具有用于描述所述制造过程的密码链接的元素（2），其中所述元素（2）具有用于定义用于增材制造的对象（4a，b）的至少一个定义数据组（3a-c），其中所述至少一个定义数据组（3a-c）至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b），并针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b）的原材料（17），并且其中所述至少一个定义数据组（3a-c）由各自的原创者（6a-c）插入到所述数据链（1）中，并且将所述密码链接扩展到所述至少一个定义数据组（3a-c），其中所述数据链（1）经由计算机网络系统（12）传输到用于增材制造的设备（13a，b）以借助于所述增材制造来制造所述对象（4a，b），其中检查所述密码链接的完整性，并且其中所述用于增材制造的设备（13a，b）基于所述至少一个定义数据组（3a，b）借助于所述增材制造来制造所述对象（4a，b），

其中包括所述至少一个定义数据组（3a-c）的各自原创者（6a-c）在内的多个编辑者（10）将新元素插入所述数据链（1）中，并且将所述元素（2）的密码链接扩展到所述新元素，其中所述新元素能够基于已经在所述数据链中的元素创建，

其中所述多个编辑者（10）包括所述用于增材制造的设备（13a，b），以及所述用于增材制造的设备（13a，b）在制造了所述对象（4a，b）之后将具有关于制造所述对象（4a，b）的过程的信息作为新元素插入所述数据链（1）中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组（3a-c）至少针对所述对象（4a，b）的空间区域（8）定义所述对象（4a，b）的根据所述空间区域（8）中的空间位置而变化的特性（9a）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对象（4a，b）的所述特性（9a-c）是功能特性。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对象（4a，b）的所述特性（9a-c）是所述对象（4a，b）的材料组成。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对象（4a，b）的所述特性（9a-c）是针对所述空间区域（8）的每个体素定义的。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组为了定义所述原材料而定义了一种或多种热塑性材料（14）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组为了定义所述原材料而定义了具有粒度和/或熔融性质的一种或多种热塑性材料（14）。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组为了定义所述原材料还定义了所述原材料的至少一种溶剂（15）。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组（3a-c）定义了所述对象（4a，b）的制造过程。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组（3a-c）针对层构建的类型定义了所述对象（4a，b）的制造过程。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个定义数据组（3a-c）为了定义所述对象（4a，b）的所述制造过程而定义了用于熔层制造的方法作为所述对象（4a，b）的制造过程。

12.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述元素（2）分别被数字签名。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述插入时，各自的原创者（6a-c）对所述至少一个定义数据组（3a-c）进行数字签名。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在检查所述密码链接的完整性时检查所述数字签名。

15.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据链（1）的元素（2）根据顺序排序。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述数据链（1）的元素（2）具有在创建各自元素（2）的时间点的各自的时间戳（20），并且对所述数据链（1）的元素（2）进行排序的顺序与根据所述各自的时间戳（20）的时间顺序相对应。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行插入的编辑者（10）在插入时对所述新元素进行数字签名。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所插入的新元素作为按顺序的最后一个元素（2）插入。

19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在插入新元素之后经由所述计算机网络系统向多个参与者（11）传输所述数据链并且分别存储所述数据链。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个参与者包括所述编辑者（10）。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，由所述多个参与者（11）检查所述密码链接的完整性。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，由所述多个参与者（11）还检查所述数字签名的完整性。

23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，如果确定完整性缺失，则进行确定的参与者（11）向所述多个参与者（11）发送警告消息。

24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个参与者（11）形成分布式数据库，所述数据库将所述数据链（1）作为区块链进行管理。

25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于增材制造的设备（13a，b）在制造了所述对象（4a，b）之后将具有所制造对象（4a，b）的唯一标志（23a，b）的制造数据组（22a，b）作为新元素插入所述数据链（1）中。

26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个编辑者（10）包括多个用于增材制造的设备（13a，b），每个用于增材制造的设备彼此有间距地并且通过所述计算机网络系统（12）相互连接地布置，并且每个用于增材制造的设备借助于增材制造基于所述定义数据组（3a-c）制造各自的对象（4a，b）。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述多个用于增材制造的设备（13a，b）在制造了各自对象（4a，b）之后将具有关于制造所述各自对象（4a，b）的过程的信息作为各自的新元素插入所述数据链（1）中。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述多个用于增材制造的设备（13a，b）在制造了各自对象（4a，b）之后将具有各自所制造对象（4a，b）的唯一标志（23a，b）的各自的制造数据组（23a，b）作为各自的新元素插入所述数据链（1）中。

29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在通过所述用于增材制造的设备（13a，b）制造所述对象（4a，b）时将所制造对象（4a，b）的唯一标志（23a，b）引入所制造对象（4a，b）中，从而能够从所制造对象（4a，b）读取所述标志（23a，b）。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，关于制造所述对象（4a，b）的过程的信息包括在制造所述对象（4a，b）期间测量的过程测量信息和/或在制造了所述对象（4a，b）之后在所制造对象（4a，b）上测量的对象测量信息。

31.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个编辑者（10）具有用于检验所制造对象（4a，b）的检验设备（24），所述检验设备（24）对所制造对象（4a，b）执行检验过程以测量检验值，并且所述检验设备（24）在执行所述检验过程之后将具有测量的检验值的检验数据组（25）作为新元素插入所述数据链（1）中。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，基于检验规范执行所述检验过程，所述检验规范作为元素（2）被所述数据链（1）包括。

33.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述数据链（1）包括具有批处理数据组（28）的元素（2），其中所述批处理数据组定义要基于所述至少一个定义数据组（3a-c）制造的对象（4a-b）的最大数量。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，如果根据所述数据链中的制造数据组制造的对象（4a，b）的数量小于定义的最大数量，则所述用于增材制造的设备（13a，b）或所述多个用于增材制造的设备（13a，b）仅制造各自的对象（4a，b）。

35.一种用于以密码方式保护增材制造过程的数据链（1），其中所述数据链（1）具有用于描述所述制造过程的密码链接的元素（2），其中所述元素（2）具有用于定义用于增材制造的对象（4a，b）的至少一个定义数据组（3a-c），其中所述至少一个定义数据组（3a-c）至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b），并针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b）的原材料（17），并且其中所述至少一个定义数据组（3a-c）被设置为使得用于增材制造的设备（13a，b）基于所述至少一个定义数据组（3a-c）借助于所述增材制造来制造所述对象（4a，b），

其中新元素能够被插入所述数据链（1）中，并且所述元素（2）的密码链接扩展到所述新元素，其中所述新元素能够基于已经在所述数据链中的元素创建，

其中在制造了所述对象（4a，b）之后将具有关于制造所述对象（4a，b）的过程的信息作为新元素插入所述数据链（1）中。

36.一种用于以密码方式保护增材制造过程的系统，具有各自的原创者（6a-c）用于在数据链（1）中插入用于定义用于增材制造的对象（4a，b）的至少一个定义数据组（3a-c），所述数据链具有用于描述所述制造过程的密码链接的元素（2），其中所述至少一个定义数据组（3a-c）至少部分空间地针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b）并且针对所述增材制造来定义所述对象（4a，b）的原材料（17），所述系统还具有基于所述至少一个定义数据组（3a-c）借助于所述增材制造来制造所述对象（4a，b）的用于增材制造的设备（13a，b），具有用于将所述数据链（1）传输到所述用于增材制造的设备（13a，b）的计算机网络系统（12），其中所述用于增材制造的设备（13a，b）被设置为检验所述密码链接的完整性，

其中包括所述至少一个定义数据组（3a-c）的各自原创者（6a-c）在内的多个编辑者（10）将新元素插入所述数据链（1）中，并且将所述元素（2）的密码链接扩展到所述新元素，其中所述新元素能够基于已经在所述数据链中的元素创建，

其中所述多个编辑者（10）包括所述用于增材制造的设备（13a，b），以及所述用于增材制造的设备（13a，b）在制造了所述对象（4a，b）之后将具有关于制造所述对象（4a，b）的过程的信息作为新元素插入所述数据链（1）中。

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