Não há como tornar uma unidade flash comum somente leitura. Pelo menos não de tal maneira que não possa ser desfeito.
Alguns fabricantes trabalham em torno disso criando um dispositivo 3 em 1 no qual o hardware aparentemente único contém um hub USB, o dispositivo original (pode ser armazenamento flash, 3G etc) e uma unidade de CD-ROM emulada. Mas isso usa hardware dedicado, não fora das coisas de consumo da shell.
Para usuários domésticos, você provavelmente poderia emular isso com um rPi ou mini-computador semelhante, embora, até onde eu saiba, esses não implementem USB3, mas USB2. O dispositivo resultante é provavelmente volumoso ou caro.