随着人们生活水平的不断提高，传统的制造方式已经无法满足现阶段国家与社会的需求，需要通过引入新的技术来进行升级。2015年，由国务院印发的全面推进实施制造强国的战略性文件《中国制造2025》，是中国实施制造强国战略第一个十年行动纲领。在此之后，在各高校、科研院所以及企业的共同努力下，我国制造业不断地向智能制造过渡。

一、3D打印面临的挑战

增材制造（Additive Manufacturing，又称3D打印）作为智能制造的重要分支，在缩短产品研制周期的同时，大大提高了产品的生产效率、降低了对能源与资源的消耗。增材制造技术正在带动全球开始新一轮的产业革命。

虽然增材制造与传统制造业相比有独特的优势，但是目前它仍存在许多问题。众所周知，工业制造开始于一张图纸，而如何保证产品图纸的合法性与规范性，是最为关键的问题。

这一问题，究其源头，其实是整个制造流程无法被完全信任。特别是随着增材制造的大规模使用，各种各样的信任问题也纷至沓来，比如：假冒伪劣的零部件充斥市场，对知识产权的侵犯和滥用也日益猖獗，甚至黑客可以非法入侵计算机系统修改设计图样，从而造成严重的事故。

近年来就有研究小组研究黑客入侵3D打印机的可能性。在一次代号为Dr0wned的模拟行动中，研究人员并没有直接攻击无人机本身，而是利用修改3D打印数字文件的方式，摧毁了一台无人机。研究人员采用的方法是：在无人机螺旋桨的3D图纸中植入了一个肉眼无法观测到的缺陷，致使无人机在高速飞行状态下，螺旋桨无法满足受力要求，最后导致价值数千美元的无人机在短时间内坠毁。

事实上，增材制造零件图纸的真实性、可靠性、唯一性以及版权的相关权益在现阶段仍无法得到足够的保护。“只要有智能手机，任何人都可以扫描一个对象，并创建一个CAD文件呈现出完整的商标图案。”商标律师Lindsay Rothrock在接受Design News的采访时这样说。可见，如果连商标都不能得到有效的保护，更何况一个零件呢？

面对这个棘手的问题，在增材制造中使用防伪技术受到了广泛关注。国内外很多科研团队为此付出了很多努力，如InfraTrac公司开发的化学指纹技术、纽约大学开发的个性缺陷植入技术等。而区块链技术作为近年来出现的热门技术，更是备受期待，有望进一步营造可信的生产环境，更好地应对伪造和侵权等问题。

作为一项分布式账本技术，区块链中的每个节点提供了有效的共享信息方式和防篡改的数据储存空间。区块链中的块结构主要分为两大部分：区块头和区块体。区块体负责保护各种交易信息；区块头保存着上一区块的哈希值、本区块的哈希值和时间戳等。上一区块的哈希值成为串联每个区块的“链条”，保证区块的顺序不可篡改。

二、用区块链技术管理3D打印

为了探索如何使用区块链来提高增材制造过程的防伪能力，我们利用一个区块链网络来对3D打印过程进行管理。这个示范平台覆盖了产品的整个生命周期，包括四个部分：设计环节、制造环节、后处理环节和交付环节（如图1）。

图1. 基于区块链构架可信制造流程

（感兴趣的读者可以访问www.3dptrust.com进行体验）

（一）设计环节

首先在设计环节，经过系统认证的设计人员可以使用设计软件进行零件绘图，图纸经过设计者私钥签名后上传至整个区块链网络中，将时间戳、设计软件版本等信息同步保存至链上。在这个过程中，区块链作为一个分类账存储器将数据分发到多个组织和部门，利用这种方式记录所有状态，并且及时跟踪链上图纸文件和相关信息。上链后的图纸都拥有一枚独特的不可分割的通证（Non-Fungible Token，NFT，案例可参阅图2），当有人需要图纸文件时可以通过购买（或租赁）文件对应的通证来实现物权的转移。物权转移后就可以获得图纸文件的使用权并进行打印。

图2. 3D模型和链上的一枚NFT进行了绑定。

（二）制造环节在制造环节中，区块链以一种极其可靠、有效的防篡改方式，将分布于不同部门的各个制造节点多方互联起来。把整个3D打印过程都精确地记录上链，包括不同的打印方法、打印参数、机器型号和工艺参数等。整个打印过程中，所有数据都可以存储在区块中，这样就可以按阶段跟踪整个打印过程。在这个阶段中，区块链已经不止是一个文件储存器，而是提供了一种机制来捕获制造过程数据的数字指纹，保护这些数据集不被修改，同时允许传播部分信息，模糊处理隐私信息，让访问者从制造流程中获得开放的历史记录和数据并对其后续的使用进行监视。

（三）后处理环节

在后处理环节，为了保证产品质量，要对打印成型的产品进行测试。在这一阶段，区块链可以处理检测设备提交的测试数据，以维护目标产品的历史记录。打印好的产品必须经过检测以保证符合技术标准和客户需求。

（四）交付环节

在最后的交付阶段，已经包含了之前的所有信息，在这一阶段，区块链提供了一种可以追踪产品的设计、制造和分发的机制。

最后产品被交付到用户手中，用户可以利用智能手机等设备扫描产品上唯一的身份码追溯产品设计，制造和检测中的全部公开信息。每一个新打印的产品也会在链上生成一枚对应的通证，成为产品实体的唯一数字孪生。后续产品实物的所属权转移也会在链上进行确权。

区块链作为一项颠覆性技术，有望在增材制造领域大有作为。随着数字世界和现实世界的不断融合，增材制造的供应链信息将逐渐在多个参与方之间实现共享，并且能够实时监控制造中的所有变化。相信在不久的将来，与区块链结合的增材制造会以一种更加完善、更加可信的姿态呈现在我们眼前，也会为今后智能制造的发展提供新的动力。