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3D打印又被稱為“增材制造”，目前在汽車、航空航天、生物醫(yī)療、建筑等眾多領(lǐng)域有所應(yīng)用。2012年后，歐盟、美國、中國、日本、韓國等國家和地區(qū)紛紛出臺國家戰(zhàn)略和規(guī)劃推動技術(shù)的發(fā)展，未來技術(shù)的規(guī)?；褂脤鹘y(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生顛覆性的效果。

 

本文以全球3D打印技術(shù)專利文獻為研究樣本，以期通過全球?qū)＠暾堏厔荨⒅袊鴮＠季脂F(xiàn)狀、全球領(lǐng)先企業(yè)（3D Systems）布局特點揭示3D打印領(lǐng)域布局現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及中國在該領(lǐng)域?qū)＠季址矫娲嬖诘膯栴}，最終從專利分析的視角為中國企業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

 

1 、專利申請揭示技術(shù)發(fā)展趨勢

 

3D打印思想起源于19世紀(jì)末的美國，1985年3D打印之父——Hull Charles W以“UVP INC”的名義提交立體光固化成型設(shè)備(SLA)的專利申請（US4575330B1），1986年成立世界首家3D打印公司“3D Systems”,1987年3D Systems將首款 3D 打印機SLA-1立體光固化成型(SLA)打印機成功推向市場。同年，ScottCrump發(fā)明了熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，并于1989年成立了Stratasys公司。2012年，3D Systems收購了3D 打印成型機的開發(fā)企業(yè)Z Corporation。

 

從3D打印技術(shù)專利申請態(tài)勢（圖1）可知，1985年至今，全球在3D打印領(lǐng)域的專利申請超過12萬件。1985—2011年期間專利申請?zhí)幱诜€(wěn)定狀態(tài)，在近30年的時間里年均申請量近2000件，平均專利申請增長率為3.6%。

圖1 3D打印技術(shù)專利申請態(tài)勢

在此期間，除3D Systems、Stratasys、Z Corporation等企業(yè)在該領(lǐng)域積極布局核心專利之外，美國高等學(xué)府也在該領(lǐng)域積極進行研究，美國得克薩斯大學(xué)的Dechard發(fā)明了選擇性激光燒結(jié)工藝（SLS），美國麻省理工學(xué)院MIT的EmanualSachs教授發(fā)明了三維打印技術(shù)（Three-DimensionPrinting，3DP）。除此之外，三菱集團、日立集團、豐田集團、東芝集團等日本企業(yè)也進行了積極的專利布局。

 

2012年起，3D打印領(lǐng)域申請量出現(xiàn)明顯增長，平均增長率高達44.3%（由于2017、2018年專利申請公開滯后，因此在計算增長率和年均申請量時未計入內(nèi)），年均申請量高達9000件。除惠普公司、通用電氣公司、西門子公司、Stratasys等跨國企業(yè)積極實施專利申請策略之外，中國在該階段進入快速增長階段，代表申請人以西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校為主。西安交通大學(xué)教授盧秉恒是我國3D打印領(lǐng)域最早研究者之一，也是中國3D打印領(lǐng)域重要的研發(fā)人員和領(lǐng)軍人物。

 

3D打印是一項不斷發(fā)展的新興技術(shù)，未來75%的制造企業(yè)將使用3D打印的工具，而3D打印技術(shù)的應(yīng)用將使新產(chǎn)品推出市場的時間縮短25%。在“工業(yè)4.0”階段，3D打印技術(shù)必將同人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)一同成為未來發(fā)展的核心。

 

2、 中國專利申請現(xiàn)狀

圖2 中國3D打印技術(shù)專利來源

我國在3D打印領(lǐng)域的起步較晚，20世紀(jì)90年代初華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校積極開展研究。從中國3D打印技術(shù)專利來源（圖2）可知，10%的中國專利來自國外申請人，90%來自中國本土申請人。國外來華申請人中，來自美國、日本、德國、韓國、法國的專利占比高達85%，其中來自美國的通用電氣、惠普、Stratasys、3D Systems等，來自日本的精工愛普生、佳能等，來自德國的EOS、CL產(chǎn)權(quán)管理、西門子等針對我國市場實施了不同程度的布局。

 

按照省份排名來看，廣東、江蘇、浙江位列前3，來自廣東的華南理工大學(xué)、珠海天威飛馬打印耗材有限公司、廣東工業(yè)大學(xué)等，來自江蘇的蘇州大學(xué)、江蘇大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等，來自浙江的浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所在3D打印領(lǐng)域積極探索并實施專利布局策略。

 

按照城市排名來看，北京、上海、廣州位列 TOP 3，來自北京的北京工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京化工大學(xué)等，來自上海的上海交通大學(xué)、東華大學(xué)、上海大學(xué)等，來自廣州的華南理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣州市文搏智能科技有限公司在3D打印領(lǐng)域積極探索并實施專利布局策略。

 

通過本土申請分析看出，我國3D打印領(lǐng)域申請人以高校為主，企業(yè)在該領(lǐng)域表現(xiàn)不突出。進一步分析發(fā)現(xiàn)，企業(yè)申請人主要集中在深圳市、上海市、蘇州市，表1列出了以上城市TOP 3 企業(yè)名單，可以發(fā)現(xiàn)雖然以上城市企業(yè)積極進行專利布局，但是專利儲備實力和集中度仍存在較大上升空間。

 

表1 總體及主要城市企業(yè)申請人TOP 3  件

 

3 、全球領(lǐng)先企業(yè)專利布局啟示

 

3.1 全球布局趨勢

3D Systems公司全球范圍內(nèi)布局專利共計600余件，自1984年首次遞交專利申請以來，始終處于“震蕩式”布局態(tài)勢，反映出企業(yè)在該領(lǐng)域不斷進行研發(fā)創(chuàng)新、并且不斷突破的過程（見圖3）。1989、1999、2015、2017年是其專利布局的4次小高峰，結(jié)合市場情況來看，1989年選擇性激光燒結(jié) (SLS) 技術(shù)正式獲得專利認(rèn)證，2000年發(fā)布首款 Simbionix 虛擬現(xiàn)實外科模擬器，2013年在產(chǎn)品組合中新推出了直接金屬打印 (DMP) 系列，2014年通過虛擬手術(shù)計劃 (VSP) 以及領(lǐng)先的 3D 醫(yī)療保健產(chǎn)品和服務(wù)擴展了產(chǎn)品組合，2016年Figure 4 SLA 技術(shù)立體光固化成型的新一代成果，2018年將數(shù)字光印刷（DLP）添加到其3D打印產(chǎn)品組合中。從時間軸來看，3D Systems公司專利布局與市場發(fā)展高度契合。

圖3 3D Systems全球?qū)＠季植呗?/span>

 

3.2 全球布局國家/地區(qū)

 

3D Systems公司全球布局策略以美國市場為主，兼顧歐洲和亞洲市場的知識產(chǎn)權(quán)保護。從數(shù)據(jù)來看，其對美國市場的專利布局比例近50%，其次德國也是其非常重視的市場國。針對亞洲市場，其在日本、中國、韓國均實施了不同程度地布局策略。針對中國市場，自1996年首次遞交申請以來，陸續(xù)遞交了30余件申請，2006年以后對中國市場保持少量穩(wěn)定的布局。

 

3.3 全球技術(shù)布局

 

國際專利分類（IPC）提供了一種由獨立于語言的符號構(gòu)成的等級體系，以IPC的視角分析企業(yè)技術(shù)布局特點最為客觀、準(zhǔn)確。

 

從數(shù)據(jù)來看，3D Systems公司3/4的專利申請集中在B部，其中85.7%集中在B29（塑料的加工），其次還包括B22（鑄造；粉末冶金）、B33（附加制造技術(shù)）、B28（加工水泥、黏土或石料）。除B部之外，9.5%的專利分布在G部，具體包括G03（攝影術(shù)）、G06（計算）。除以上分類號之外，進一步還涉及C部、A部、H部、F部。

 

總體來看，3D Systems 專利布局非常全面，具體到各項技術(shù)來看，成型技術(shù)是其重點關(guān)注的內(nèi)容，占比32.4%；其次是加熱、冷卻或凝固技術(shù)，占比20.6%；另外，還包括涂覆模型、型芯或其他基底成型、油墨、由金屬粉末制造工件或制品、圖紋面、骨骼或關(guān)節(jié)非外科處理的矯形方法/器具等技術(shù)。

 

3.4 中國專利運營

 

3D Systems 在中國市場通過從外部權(quán)利人手中轉(zhuǎn)讓獲得了20件專利（見圖4），尚未向外實施專利轉(zhuǎn)讓、許可、質(zhì)押等運營活動。

圖4 3D Systems中國專利運營

 

2012年，3D Systems公司收購Z CORP、定制創(chuàng)新股份有限公司(BESPOKE INNOVATIONS INC)2家企業(yè)，同年即從Z CORP手中實施專利轉(zhuǎn)讓，內(nèi)容涉及材料體系、測試圖案和校正方法。2013年從定制創(chuàng)新股份有限公司(BESPOKE INNOVATIONS INC)手中實施專利轉(zhuǎn)讓，內(nèi)容涉及假肢，定制創(chuàng)新股份有限公司(BESPOKE INNOVATIONS INC)是一家醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)業(yè)公司。

 

亨斯邁（HUNTSMAN）是特殊化學(xué)品的全球制造商及營銷商，為多種全球性產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)產(chǎn)品。3D Systems從其手中轉(zhuǎn)讓的專利內(nèi)容主要涉及液態(tài)樹脂組合物和由其生產(chǎn)固化制品或三維成型制品方法。

 

威士伯公司（VALSPAR SOURCING INC）是一家涂料生產(chǎn)銷售企業(yè)，2015年3D Systems公司從其手中通過專利轉(zhuǎn)讓獲得了4件專利，內(nèi)容涉及激光燒結(jié)及粉末組合物。

 

從專利法律狀態(tài)的角度來看，以上20件專利中除1件專利由于專利權(quán)屆滿失效之外，其余均處于有效狀態(tài)。

 

總體來看，3D Systems 是一家專業(yè)的3D打印企業(yè)，其不僅實施了較為全面的專利布局策略，同時根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要從市場并購、專利轉(zhuǎn)讓等方面入手不斷完善產(chǎn)品體系和布局維度。

 

4 、建議

 

3D打印作為一項顛覆性的技術(shù)，目前尚處于產(chǎn)業(yè)化階段前期，世界各國積極通過制定戰(zhàn)略和規(guī)劃推動技術(shù)發(fā)展，無論是3D Systems、Stratasys 、惠普等專業(yè)企業(yè)，還是三菱、日立、通用電氣、西門子等綜合型企業(yè)均積極通過技術(shù)研發(fā)、專利布局搶占市場。在這樣的市場環(huán)境下，中國企業(yè)在市場規(guī)模、專利布局方面均未表現(xiàn)出優(yōu)勢，珠海天威飛馬打印耗材有限公司、寧夏共享模具有限公司、湖南華曙高科技有限責(zé)任公司等在中國企業(yè)專利布局方面表現(xiàn)突出，但與國際企業(yè)相比差距明顯。

 

目前，中國專利市場高校表現(xiàn)較為活躍，國際企業(yè)尚未在中國市場實施全面布局?；诖耍袊髽I(yè)一方面應(yīng)抓住當(dāng)下發(fā)展契機，以高校技術(shù)實力為依托，評估高校專利市場前景，通過專利運營等方式將高校專利產(chǎn)業(yè)化。另一方面需建立國際領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)跟蹤機制，提高技術(shù)研發(fā)起點的同時防范潛在侵權(quán)風(fēng)險。

 

以下通過對中國高校專利進行高價值專利評價，篩選出目前處于有效/在審狀態(tài)（截至2018年12月31日），并且尚未實施任何形式的專利運營，希望相關(guān)企業(yè)可以進一步針對以下專利進行可行性評估，對于價值度較高、市場前景較好的技術(shù)實施專利成果轉(zhuǎn)化。篩選出的潛在高價值專利集中在黃文東、盧秉恒、史玉升研發(fā)團隊（表2）。

 

西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東、國家科技部3D打印專家組首席專家，主要開發(fā)“激光立體成形”的3D打印技術(shù)，與中航飛機合作解決了C919飛機鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問題。

 

西安交通大學(xué)盧秉恒，中國工程院院士，快速制造國家工程研究中心主任，主要從事快速成形制造、微納制造、生物制造、高速切削機床等方面的研究。

 

華中科技大學(xué)史玉升，材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長、湖北省先進成型技術(shù)及裝備工程技術(shù)研究中心副主任，研究重點集中于粉末成形技術(shù)。

 

表2 潛在高價值專利列表

公開（公告）號	發(fā)明人團隊	專利權(quán)人	最終法律狀態(tài)	名稱
CN105543747A	黃衛(wèi)東	西北工業(yè)大學(xué)	有效	一種保留有Laves相的增材制造鎳基高溫合金的制備方法
CN105689710A	黃衛(wèi)東	西北工業(yè)大學(xué)	有效	一種高能束金屬增材制造的微觀組織調(diào)控方法
CN106513676A	黃衛(wèi)東	西北工業(yè)大學(xué)	在審	一種光斑與粉斑自動協(xié)同可控的激光金屬增材制造裝置及方法
CN106583719A	黃衛(wèi)東	西北工業(yè)大學(xué)	有效	一種能同時提高增材制造鈦合金強度和塑性的制備方法
CN105571505A	黃衛(wèi)東	西北工業(yè)大學(xué)	有效	一種增材制造過程中成形件變形的實時測量方法及裝置
CN106041075A	黃衛(wèi)東	西北工業(yè)大學(xué)	有效	一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法
CN105772725A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種支持多打印材料的高效高溫噴頭
CN104690969A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	基于3D噴射打印技術(shù)的仿生異型微納復(fù)合結(jié)構(gòu)制造工藝
CN106011839A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	在審	一種金屬材料熔融涂覆成形裝置及方法
CN104529458A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	高性能SiC陶瓷基復(fù)合材料航空發(fā)動機葉片的制造方法
CN105817626A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種金屬材料梯度構(gòu)件熔融涂覆成形裝置及方法
CN106476273A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	在審	一種FDM機齒輪傳動換向的雙打印頭聯(lián)動升降機構(gòu)
CN104690517A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種基于3D打印與電火花精整的整體葉盤制備方法
CN106426939A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種大型FDM裝備的自驅(qū)式空間加熱裝置
CN106001576A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種熔融涂覆增材制造的熔體流量控制方法與裝置
CN105039970A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種可更換粉缸雙光束激光選區(qū)熔化成形設(shè)備
CN105817625A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	在審	一種熔融涂覆增減材復(fù)合成形裝置
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CN105154701A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種采用選擇性激光熔化快速成形技術(shù)制備高溫鈦合金的方法
CN105583401A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種制備用于3D打印的復(fù)合粉末的方法、產(chǎn)品以及應(yīng)用
CN106881462A	史玉升	華中科技大學(xué)	在審	一種針對激光選區(qū)熔化成形缺陷的在線檢測與優(yōu)化系統(tǒng)
CN105256215A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種鐵基非晶及納米晶合金的成型方法
CN106799493A	史玉升	華中科技大學(xué)	在審	一種用于激光選區(qū)熔化送粉的粉末預(yù)熱裝置及其應(yīng)用
CN106975749A	史玉升	華中科技大學(xué)	在審	一種基于増材制造的粉床自適應(yīng)鋪粉方法
CN104190931A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種高效高精度復(fù)合増材制造方法及裝置

 

王濤 王科

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