Capítulo 8: Otros
factores
Veremos ahora otros factores que de forma
directa o indirecta pueden afectar la implantación de soluciones de impresión
3D.
“Nunca se alcanza la verdad total, ni nunca se está
totalmente alejado de ella.”.
Aristóteles
Si hablamos de seguridad junto con la impresión 3D, podemos considerar de dos áreas generales: una es cómo la fabricación aditiva afecta a la seguridad, otra es el conjunto de los problemas de seguridad que puede tener la fabricación aditiva en sí misma.
En este apartado hablaremos de cómo la impresión 3D puede tener consecuencias en la seguridad a nuestro alrededor.
Como ya hemos visto, la fabricación aditiva “democratiza” el acceso a la fabricación de muchos elementos; entre ellos, por supuesto, están aquellos que tradicionalmente los gobiernos han querido que estén sólo al alcance de unos pocos, por motivos de seguridad.
Así, en 2013 se hizo viral la noticia de la primera pistola impresa en 3D, the Liberator. Esta pistola estaba hecha prácticamente en su totalidad en plástico (ABS); el único elemento que no era de este material era una punta de metal (de las que encontramos fácilmente en cualquier ferretería) que hacía las veces de percutor. Esta pistola se hizo precisamente con la intención de demostrar que estamos ahora en una nueva era y cualquiera en cualquier lugar del mundo puede ya fabricar sus propias armas. Con el detalle adicional de que una pistola así es prácticamente indetectable en un control de metales estándar, o camuflarse en piezas aparentemente inofensivas.
Hacer algo así es, por supuesto, ilegal en casi todos los países del mundo; pero eso no quita que sea un futuro quebradero de cabeza para las fuerzas de seguridad.
Esta primera pistola era muy limitada y acabó explotando a los pocos disparos; pero eso no impide que se puedan hacer diseños mucho mejores, y no sólo de pistolas. Conforme la tecnología de impresión en metales se abarata (acaba de salir una de las primeras impresoras de sobremesa capaz de imprimir en metal de forma relativamente económica) las opciones de fabricar armas en casa aumentan día a día. Y eso, desgraciadamente, no sólo incluye pistolas o rifles, sino todo tipo de objetos armamentísticos de más calibre.
Pero no sólo hablamos de armas. Tradicionalmente determinadas naciones consideradas “peligrosas” han tenido un embargo comercial que limitaba el tipo de productos de alta tecnología que se les podía vender legalmente. Con la impresión 3D es mucho más sencillo terminar con cualquier tipo de embargo, bien porque se adquieran los productos como modelos 3D en software de difícil control, bien porque estos países copien los productos originales sin más que escanear uno de ellos a los que consigan acceso.
Además de todo ello, tenemos el problema de que la copia de objetos puede también utilizarse para fines indeseables.
En primer lugar, resulta obvio que el mercado de falsificaciones de marca se verá relanzado por la opción de poder hacer copias muy perfectas y de forma accesible casi a cualquiera.
La copia puede ser también de objetos que en sí mismos no son un problema pero sí cuando se les da un mal uso. Por ejemplo, en 2014 un hombre francés fue detenido acusado de robar cientos de miles de euros. El procedimiento para ello fue usar una impresora 3D para hacer unas réplicas perfectas del frontal de cajeros automáticos que ponía encima de los auténticos cajeros; los clientes eran incapaces de detectar la diferencia e introducían su tarjeta que era copiada sin problemas por el criminal.
Otro ejemplo: en el año 2012 durante la conferencia Hackers On Planet Earth (HOPE) en Nueva York, un hacker alemán demostró que podía abrir sin problemas esposas de alta seguridad de las empleadas por la policía. ¿Cómo lo hizo? Las esposas, para asegurar que un sospechoso detenido por un policía puede ser liberado posteriormente por otro, tienen una cerradura estándar conocida; pues bien, nuestro hacker en primer lugar fue capaz de localizar una de esas llaves de seguridad en eBay; midió con precisión todas sus características y con la ayuda de una impresora 3D y una cortadora láser de precisión fue capaz de hacer una réplica perfecta de la llave. Historias parecidas aplicadas a cerraduras de puertas y demás aparecen periódicamente en Internet. En el momento en que escribo estas líneas hay tres modelos de llaves de cerraduras de esposas de alta seguridad disponibles en Thingiverse.
Figura 73: Modelo de una llave Bonowi de alta seguridad descargada de Thingiverse
Como es conocido, los criminales probablemente ya encontraban formas de comprometer la seguridad de una cerradura antes de la invención de la fabricación aditiva. La diferencia ahora es que la impresión 3D les ha facilitado mucho el trabajo; y es de esperar que esta tendencia continúe.
Hablemos ahora de qué posibles problemas de seguridad puede tener la propia impresión 3D.
Recordemos por un momento las fases por las que está compuesta una fabricación aditiva de forma genérica y que vimos en el capítulo 2:
Podemos ver cómo los 3 primeros pasos ocurren únicamente en el mundo digital, mientras que a partir del 4º paso realizamos actividades en el mundo real. Las amenazas en uno u otro caso no son las mismas, pero conviene enumerarlas para ver a qué nuevas amenazas puede enfrentarse una empresa que adopta una estrategia de fabricación por impresión 3D.
Comencemos por el mundo digital:
En primer lugar, como se ha comentado ya varias veces a lo largo de este libro tenemos el problema de la facilidad de copia; eso es bueno cuando queremos reutilizar información pública, pero es malo cuando lo que queremos es mantener privado un diseño propietario. Antes las propias tecnologías de fabricación, moldes y demás eran una cierta barrera de entrada ante posibles competidores y falsificadores; con la impresión 3D eso ya no es así.
Tendremos por tanto -si es que nuestra empresa no lo ha hecho ya- que establecer los mecanismos de ciberseguridad que sean necesarios para mantener nuestros diseños 3D seguros. El problema es que tradicionalmente las fábricas tenían el foco puesto en la seguridad física (el acceso de instalaciones, evitar el robo de material sensible, etc...) mientras que la seguridad informática se limitaba a las oficinas de diseño. La fabricación aditiva convierte en digital todo lo que toca, y como tal habrá que gestionarlo.
De forma similar, será necesario mantener y gestionar una política de propiedad intelectual. Política que deberá incluir, principalmente, nuestros propios diseños, pero también deberá contemplar cómo asegurar que inadvertidamente no incurrimos en algún problema legal con la propiedad intelectual de otros. Con miles de diseños accesibles en Internet, muchos serán gratis, otros podrán usarse pero no ser modificados y otros muchos no deberían ser usados sin pagar algún tipo de canon; y no siempre será fácil distinguir entre acceso y licencia de uso.
Un punto muy importante a destacar aquí es el hecho de que la fabricación aditiva, siendo mucho más sensible a la seguridad informática que la fabricación tradicional, lo es también a una posible denegación de servicio: esto es, que un posible ataque informático literalmente “nos pare la fábrica” al hacernos imposible enviar órdenes de impresión a nuestras máquinas de fabricación. De igual modo que la web pública de la empresa, la infraestructura de comunicaciones dentro de la fábrica se convierte en un elemento crítico que hay que proteger.
Otro aspecto controvertido es el posible sabotaje. Está claro que si alguien entra en nuestros sistemas puede sabotear la producción; lo que es interesante destacar aquí no es tanto la posibilidad de ataque como la de hacerlo sin ser detectado hasta que el producto está en manos del cliente. Hasta ahora para que un saboteador hiciera cambios en el producto final tenía que acceder físicamente y además cambiar, romper o modificar moldes o algo físico en la cadena de fabricación. Ahora puede simplemente cambiar las órdenes (típicamente g-code) de impresión para generar algo defectuoso.
Como vimos al hablar de los problemas de la fabricación aditiva, la anisotropía (el hecho de que el objeto fabricado no tiene las mismas propiedades en todas las direcciones) es algo inherente a muchas tecnologías de impresión 3D. Pues bien, investigadores han determinado que cambios tan sutiles como giros de 3-4º a la hora de imprimir un objeto pueden tener grandes diferencias en las propiedades mecánicas del producto final. Un cambio así resultaría totalmente imperceptible a simple vista y pasaría desapercibido por los operarios, hasta que el producto estuviera en funcionamiento y se rompiera.
En un experimento hecho público, un grupo de investigadores entraron en la red de fabricación y modificaron la fabricación de un dron, introduciendo pequeños defectos de tan sólo 1mm de espesor en la zona de las hélices sin que nadie lo notara, y pasando sin problemas los controles de calidad establecidos. El dron se estrelló tras su puesta en marcha.
Por este tipo de problemas, en el año
2017, un grupo de investigadores del Georgia Institute of Technology y de la
Rutgers University presentaron en una ponencia del USENIX Security Symposium
un modelo para la detección de actividad maliciosa en la impresión 3D (“See
No Evil, Hear No Evil, Feel No Evil, Print No Evil?. Malicious Fill Pattern Detection in Additive
Manufacturing”. Christian
Bayens & others. Accesible en https://www.usenix.org/system/files/conference/usenixsecurity17/sec17-bayens.pdf).
En su modelo, asumiendo que un atacante tiene acceso al ordenador que controla la impresión (o a la propia impresora, en su firmware), el objetivo es determinar si el objeto una vez fabricado ha sido alterado o no. Proponen para ello los siguientes controles al finalizar la impresión:
- Chequeos físicos de fabricación tradicionales, como fortaleza mecánica, inspección visual y similares.
- Análisis de imagen, por espectroscopía o por tomografía.
- Verificación giroscópica: esto es, proponen añadir un giróscopo al cabezal de impresión para verificar que los movimientos son los que deberían haber sido si la impresión es correcta.
- Verificación acústica, esto es, chequear que los sonidos producidos por la impresora son aquellos que debería haber hecho.
Este último control es sorprendente, porque nos indica que los sonidos generados son únicos por cada modelo impreso. Esto a su vez nos genera un nuevo problema, y es la posibilidad de que alguien copie nuestro diseño sin más que escuchar a nuestra impresora. En un artículo de la Universidad de Búfalo (“My Smartphone Knows What You Print: Exploring Smartphone-based Side-channel Attacks Against 3D Printers”. Chen Song, Feng Lin, Zongjie Ba. University of Buffalo. Disponible en https://www.cse.buffalo.edu/~wenyaoxu/papers/conference/xu-ccs2016.pdf) los investigadores demuestran que ¡es posible replicar un diseño sin más que haber dejado un teléfono grabando sonidos cercano a la impresora mientras trabaja!.
Por tanto, tenemos en el mundo físico, más allá de los ataques tradicionales (acceso a las máquinas, sabotaje físico, alteraciones de material, robo de componentes, etc...) dos nuevas posibles amenazas: por un lado, el acceso a la impresora que puede modificar el firmware (y por tanto, como la impresora reacciona a las órdenes de trabajo, un ataque similar de modificación del producto impreso, e incluso el robo remoto de esas órdenes si la impresora está conectada a la red) y por otro, el robo de diseños por la mera visualización o escucha de la actividad de nuestra impresora en el momento de fabricación.
En definitiva, como consecuencia de todo lo anteriormente expuesto, tendremos que acostumbrarnos a un mundo en el que será mucho más sencillo copiar un diseño novedoso o sabotear a la competencia, y no será una opción mirar hacia otro lado: tendremos que emplear los medios necesarios para protegernos.
Figura 74: Resumen de amenazas contra la fabricación aditiva
Además de los problemas derivados de la fabricación de objetos prohibidos (tales como armas, llaves y demás) que vimos en el apartado anterior, al adoptar una fabricación mediante impresión 3D nos vemos abocados a un mundo fundamentalmente digital, con los problemas de piratería y copia ilegal que lleva aparejados y desgraciadamente conocemos.
La diferencia fundamental es que hasta ahora la piratería digital estaba centrada en problemas de copyright (copia de música, libros, etc.) por uso sin autorización. En cambio, al copiar ilegalmente diseños en 3D y replicar sin permisos objetos estaremos hablando también de potenciales violaciones de derechos de propiedad industrial, los referidos a patentes y diseños industriales.
Por tanto, en este ámbito de la propiedad industrial, nos podemos encontrar con los siguientes problemas:
- Mala gestión de patentes y diseños industriales: el que una impresora sea capaz de imprimir un objeto no significa que sea legal: piezas, herramientas, etc., registrados bajo una patente sólo pueden ser legalmente fabricados por el propietario de dicha patente. Fabricar por tanto en casa un diseño patentado será ilegal.
- Derechos de imagen: mediante un escáner o copiando modelos ya existente es posible imprimir modelos de personas reales (o ficticias registradas). En este caso, sin el consentimiento de la persona correspondiente, será también ilegal la creación de figuras de personas famosas, artistas, jugadores de fútbol o personas existentes en general.
- Uso indebido de marcas: al igual que en el caso anterior, para imprimir marcas en 3D necesitaremos permiso para ello; la impresión en casa de objetos con la forma de una marca registrada será también algo ilegal.
Y, por supuesto, al igual que otros contenidos digitales con copyright, la propiedad intelectual protegerá los correspondientes derechos y por tanto será ilegal:
- La descarga y almacenamiento de modelos 3D que no estén en el dominio público (y por extensión, su impresión, claro).
- La modificación de un modelo 3D con copyright. El propietario de la propiedad intelectual de un modelo tiene también el derecho de prohibir que se hagan modificaciones al mismo.
- Hacer copias ilimitadas de un modelo, aun cuando se haya pagado por él, a no ser que explícitamente se haya autorizado.
Finalmente, comentar que -al igual que ocurre con las imágenes- está prohibido representar determinados contenidos (por ejemplo, modelos de pornografía infantil) en tres dimensiones.
Por todo lo anterior, es de esperar que la legislación vaya también evolucionando para adaptarse a las nuevas realidades. En paralelo, también la tecnología de gestión digital de modelos lo hará para facilitar la gestión de la propiedad intelectual, por ejemplo con la aparición de sistemas de gestión de derechos digitales (DRM - Digital Right Management) específicos para ficheros de modelos 3D a imprimir, que permitan su impresión un número limitado de veces, en la máquina con número de serie X o únicamente sobre ciertos materiales. Ya hay compañías como Identify 3D que tienen una plataforma con soluciones para ello. En una iniciativa paralela, se trabaja también en conseguir cómo imprimir objetos que lleven algún tipo de “marca de agua” química que permita identificar que fabricante produjo un objeto, con idea de luchar contra las falsificaciones.
Cuando se hacen encuestas en la industria sobre los factores que más dudas suscitan a la hora de adoptar una solución de fabricación aditiva siempre aparece entre los más destacados la falta de conocimiento en la empresa sobre este tipo de tecnologías.
Además del problema habitual de falta de conocimiento en toda área recién aparecida, en este caso hay un problema generacional, que afecta a la composición actual de la fuerza de trabajo. Por un lado, los hijos del baby-boom comienzan a retirarse, pero las generaciones posteriores en general no han tenido interés en encontrar trabajos en la industria de fabricación, sino que se han orientado más hacia los servicios; por otro lado, este tipo de industria no se ha caracterizado en general por una gran inversión en el desarrollo de sus empleados en áreas de nuevas tecnologías como Internet, diseño 3D, etc. En consecuencia, nos encontramos con que hay pocos trabajadores actualmente que tengan un perfil adecuado para que -tras una formación mínima- puedan ocuparse de trabajar con este tipo de maquinaria.
En USA, los expertos (ver por ejemplo, el estudio de Deloitte “The Skills Gap in U.S. Manufacturing”) han calculado que la fabricación aditiva requerirá en los próximos 10 años unos 3,5 millones de trabajos, y, sin embargo, esos mismos expertos hablan de que aproximadamente la mitad de esos puestos de trabajo quedarán sin cubrirse por falta de personal adecuado.
Hay que tener en cuenta que, si realmente estamos avanzando hacia la fabricación digital (y deberíamos, si queremos obtener todos los beneficios de la fabricación aditiva), el mero conocimiento de cómo operar una impresora 3D de alta gama no será suficiente. Los trabajadores deberán comprender el proceso completo de fabricación desde el diseño y necesitan controlar detalles con respecto al material a usar, ángulos de impresión, relleno, etc. que serán críticos para una óptima calidad de producto.
Otro problema es la falta de oportunidades de formación adecuada en el área, y la incompatibilidad entre los equipos de los distintos fabricantes. Hay poca oferta, y además la formación adquirida en un fabricante es poco útil para otro, sin contar las múltiples tecnologías existentes. Si a eso le añadimos la percepción negativa que las nuevas generaciones tienen del trabajo en una fábrica, como algo sucio, peligroso y poco atractivo, podemos hacernos una idea del problema.
Sin embargo, a largo plazo, resulta ahora una buena inversión para las empresas que establezcan, desarrollen y conserven una fuerza de trabajo bien formada en fabricación aditiva. Conforme los costes de la tecnología disminuyan y la impresión 3D se expanda, tener esos trabajadores acabará siendo una ventaja competitiva importante.
Por otro lado, afortunadamente, las
impresoras 3D forman parte de los planes de formación en muchos colegios y
universidades, por lo que a medio plazo la llegada de una nueva generación con los
conocimientos adecuados parece
garantizada.
Estándares en la Fabricación Aditiva
Como comentábamos al hablar de los problemas de la fabricación aditiva, en un entorno de plena expansión, abierto y cambiante, de múltiples materiales y tecnologías, evolucionando de forma acelerada, y en las que además la repetibilidad es complicada y con productos que sufren de anisotropía resulta muy complicado la existencia de un consenso de estándares.
Sin embargo, al mismo tiempo, los estándares son algo muy necesario, pues permiten asegurar niveles de calidad en la interacción de unas empresas con otras. Evidentemente es un tema muy complejo, en el que las principales áreas dónde se necesitan estándares más urgentemente son:
- Validación y certificación de modelos para su fabricación.
- Estandarización de materiales y tolerancias.
- Estándares de partes producidas con fabricación aditiva.
- Estandarización de testeo de materiales y partes.
Las entidades internacionales que están trabajando en el área son el International Committee F42 for Additive Manufacturing Technologies de ASTM (American Society for Testing and Materials), establecido en 2009, y el comité ISO TC 261 Additive manufacturing, junto con su homólogo europeo CEN/TC 438 Additive Manufacturing; entidades éstas que colaboran en elaborar los estándares fundamentales que permitan un rápido desarrollo de la fabricación aditiva. Estos comités están a cargo de la estandarización de todos los procesos de fabricación y prueba, calidad y acuerdos de suministro.
En 2011, ISO y ATSM firmaron un acuerdo de colaboración en el Partner Standards Developing Organization (PSDO), ligando sus comités TC 261 y F42 para trabajar conjuntamente, y en 2016 establecieron un marco de colaboración que garantiza la cohesión entre los estándares de Fabricación Aditiva, evitando la duplicación o superposición de normas, y priorizando las diferentes áreas.
Este marco establece tres niveles de trabajo:
a) Estándares generales, comunes a todas las tecnologías de fabricación, que cubre elementos como definiciones globales, procedimientos globales, seguridad, etc.
b) Estándares para grandes categorías de materiales, equipos y productos terminados. Por ejemplo, normas aplicables a trabajos con polvos metálicos.
c) Estándares para materiales, equipos, procesos y sectores específicos. Por ejemplo, extrusión de materiales con PLA, o aplicaciones aeroespaciales.
De entre los estándares ya disponibles, destaca por ejemplo el ISO / ASTM52900-15 Standard Terminology for Additive Manufacturing, que establece y define los términos más comúnmente usados en la fabricación aditiva.
Otro tema que ya se comentó anteriormente es la necesidad de establecer un formato mejorado para los modelos en 3D. El tradicional formato .STL es ya insuficiente puesto que no permite incluir información de aspectos necesarios como colores o materiales. Así, el estándar ISO / ASTM52915-16 Standard Specification for Additive Manufacturing File Format (AMF) proporciona un marco para un formato de intercambio que solucione los problemas actuales y futuros. El detalle del formato AMF (su schema definition en XML) está disponible en http://standards.iso.org/iso/52915.
Finalmente, otro estándar destacable es el ISO / ASTM52910-17, Standard Guidelines for Design for Additive Manufacturing, que proporciona guías y mejores prácticas para el diseño de productos que vayan a ser fabricacods por metodologías de fabricación aditiva.
