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3D打印又被稱(chēng)為“增材制造”，目前在汽車(chē)、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(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)紛紛出臺(tái)國(guó)家戰(zhàn)略和規(guī)劃推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)技術(shù)的規(guī)?；褂脤?duì)傳統(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(zhuān)利文獻(xiàn)為研究樣本，以期通過(guò)全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、中國(guó)專(zhuān)利布局現(xiàn)狀、全球領(lǐng)先企業(yè)（3D Systems）布局特點(diǎn)揭示3D打印領(lǐng)域布局現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及中國(guó)在該領(lǐng)域?qū)＠季址矫娲嬖诘膯?wèn)題，最終從專(zhuān)利分析的視角為中國(guó)企業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

 

1 、專(zhuān)利申請(qǐng)揭示技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

 

3D打印思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，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(zhuān)利申請(qǐng)（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(jī)SLA-1立體光固化成型(SLA)打印機(jī)成功推向市場(chǎng)。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(gòu)了3D 打印成型機(jī)的開(kāi)發(fā)企業(yè)Z Corporation。

 

從3D打印技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)（圖1）可知，1985年至今，全球在3D打印領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)超過(guò)12萬(wàn)件。1985—2011年期間專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)幱诜€(wěn)定狀態(tài)，在近30年的時(shí)間里年均申請(qǐng)量近2000件，平均專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)率為3.6%。

圖1 3D打印技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)

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(zhuān)利之外，美國(guó)高等學(xué)府也在該領(lǐng)域積極進(jìn)行研究，美國(guó)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(guó)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(tuán)、日立集團(tuán)、豐田集團(tuán)、東芝集團(tuán)等日本企業(yè)也進(jìn)行了積極的專(zhuān)利布局。

 

2012年起，3D打印領(lǐng)域申請(qǐng)量出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，平均增長(zhǎng)率高達(dá)44.3%（由于2017、2018年專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)滯后，因此在計(jì)算增長(zhǎng)率和年均申請(qǐng)量時(shí)未計(jì)入內(nèi)），年均申請(qǐng)量高達(dá)9000件。除惠普公司、通用電氣公司、西門(mén)子公司、Stratasys等跨國(guó)企業(yè)積極實(shí)施專(zhuān)利申請(qǐng)策略之外，中國(guó)在該階段進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，代表申請(qǐng)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(guó)3D打印領(lǐng)域最早研究者之一，也是中國(guó)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(xiàng)不斷發(fā)展的新興技術(shù)，未來(lái)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(chǎng)的時(shí)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(lái)發(fā)展的核心。

 

2、 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)現(xiàn)狀

圖2 中國(guó)3D打印技術(shù)專(zhuān)利來(lái)源

我國(guó)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(kāi)展研究。從中國(guó)3D打印技術(shù)專(zhuān)利來(lái)源（圖2）可知，10%的中國(guó)專(zhuān)利來(lái)自國(guó)外申請(qǐng)人，90%來(lái)自中國(guó)本土申請(qǐng)人。國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)人中，來(lái)自美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)的專(zhuān)利占比高達(dá)85%，其中來(lái)自美國(guó)的通用電氣、惠普、Stratasys、3D Systems等，來(lái)自日本的精工愛(ài)普生、佳能等，來(lái)自德國(guó)的EOS、CL產(chǎn)權(quán)管理、西門(mén)子等針對(duì)我國(guó)市場(chǎng)實(shí)施了不同程度的布局。

 

按照省份排名來(lái)看，廣東、江蘇、浙江位列前3，來(lái)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(lái)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(lái)自浙江的浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、中國(guó)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(shí)施專(zhuān)利布局策略。

 

按照城市排名來(lái)看，北京、上海、廣州位列 TOP 3，來(lái)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(lái)自上海的上海交通大學(xué)、東華大學(xué)、上海大學(xué)等，來(lái)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(shí)施專(zhuān)利布局策略。

 

通過(guò)本土申請(qǐng)分析看出，我國(guó)3D打印領(lǐng)域申請(qǐng)人以高校為主，企業(yè)在該領(lǐng)域表現(xiàn)不突出。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，企業(yè)申請(qǐng)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(jìn)行專(zhuān)利布局，但是專(zhuān)利儲(chǔ)備實(shí)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(qǐng)人TOP 3  件

 

3 、全球領(lǐng)先企業(yè)專(zhuān)利布局啟示

 

3.1 全球布局趨勢(shì)

3D Systems公司全球范圍內(nèi)布局專(zhuān)利共計(jì)600余件，自1984年首次遞交專(zhuān)利申請(qǐng)以來(lái)，始終處于“震蕩式”布局態(tài)勢(shì)，反映出企業(yè)在該領(lǐng)域不斷進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新、并且不斷突破的過(guò)程（見(jiàn)圖3）。1989、1999、2015、2017年是其專(zhuān)利布局的4次小高峰，結(jié)合市場(chǎng)情況來(lái)看，1989年選擇性激光燒結(jié) (SLS) 技術(shù)正式獲得專(zhuān)利認(rèn)證，2000年發(fā)布首款 Simbionix 虛擬現(xiàn)實(shí)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(guò)虛擬手術(shù)計(jì)劃 (VSP) 以及領(lǐng)先的 3D 醫(yī)療保健產(chǎn)品和服務(wù)擴(kuò)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(shí)間軸來(lái)看，3D Systems公司專(zhuān)利布局與市場(chǎng)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(guó)家/地區(qū)

 

3D Systems公司全球布局策略以美國(guó)市場(chǎng)為主，兼顧歐洲和亞洲市場(chǎng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。從數(shù)據(jù)來(lái)看，其對(duì)美國(guó)市場(chǎng)的專(zhuān)利布局比例近50%，其次德國(guó)也是其非常重視的市場(chǎng)國(guó)。針對(duì)亞洲市場(chǎng)，其在日本、中國(guó)、韓國(guó)均實(shí)施了不同程度地布局策略。針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)，自1996年首次遞交申請(qǐng)以來(lái)，陸續(xù)遞交了30余件申請(qǐng)，2006年以后對(duì)中國(guó)市場(chǎng)保持少量穩(wěn)定的布局。

 

3.3 全球技術(shù)布局

 

國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)（IPC）提供了一種由獨(dú)立于語(yǔ)言的符號(hào)構(gòu)成的等級(jí)體系，以IPC的視角分析企業(yè)技術(shù)布局特點(diǎn)最為客觀(guān)、準(zhǔn)確。

 

從數(shù)據(jù)來(lái)看，3D Systems公司3/4的專(zhuān)利申請(qǐng)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(zhuān)利分布在G部，具體包括G03（攝影術(shù)）、G06（計(jì)算）。除以上分類(lèi)號(hào)之外，進(jìn)一步還涉及C部、A部、H部、F部。

 

總體來(lái)看，3D Systems 專(zhuān)利布局非常全面，具體到各項(xiàng)技術(shù)來(lái)看，成型技術(shù)是其重點(diǎn)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(guó)專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)

 

3D Systems 在中國(guó)市場(chǎng)通過(guò)從外部權(quán)利人手中轉(zhuǎn)讓獲得了20件專(zhuān)利（見(jiàn)圖4），尚未向外實(shí)施專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓、許可、質(zhì)押等運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。

圖4 3D Systems中國(guó)專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)

 

2012年，3D Systems公司收購(gòu)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(shí)施專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑑?nèi)容涉及材料體系、測(cè)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(shí)施專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑑?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(yíng)銷(xiāo)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(zhuān)利內(nèi)容主要涉及液態(tài)樹(shù)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(xiāo)售企業(yè)，2015年3D Systems公司從其手中通過(guò)專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓獲得了4件專(zhuān)利，內(nèi)容涉及激光燒結(jié)及粉末組合物。

 

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

 

總體來(lái)看，3D Systems 是一家專(zhuān)業(yè)的3D打印企業(yè)，其不僅實(shí)施了較為全面的專(zhuān)利布局策略，同時(shí)根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要從市場(chǎng)并購(gòu)、專(zhuān)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(xiàng)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(guó)積極通過(guò)制定戰(zhàn)略和規(guī)劃推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，無(wú)論是3D Systems、Stratasys 、惠普等專(zhuān)業(yè)企業(yè)，還是三菱、日立、通用電氣、西門(mén)子等綜合型企業(yè)均積極通過(guò)技術(shù)研發(fā)、專(zhuān)利布局搶占市場(chǎng)。在這樣的市場(chǎng)環(huán)境下，中國(guó)企業(yè)在市場(chǎng)規(guī)模、專(zhuān)利布局方面均未表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，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(guó)企業(yè)專(zhuān)利布局方面表現(xiàn)突出，但與國(guó)際企業(yè)相比差距明顯。

 

目前，中國(guó)專(zhuān)利市場(chǎng)高校表現(xiàn)較為活躍，國(guó)際企業(yè)尚未在中國(guó)市場(chǎng)實(shí)施全面布局?；诖?，中國(guó)企業(yè)一方面應(yīng)抓住當(dāng)下發(fā)展契機(jī)，以高校技術(shù)實(shí)力為依托，評(píng)估高校專(zhuān)利市場(chǎng)前景，通過(guò)專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)等方式將高校專(zhuān)利產(chǎn)業(yè)化。另一方面需建立國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)跟蹤機(jī)制，提高技術(shù)研發(fā)起點(diǎn)的同時(shí)防范潛在侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

 

以下通過(guò)對(duì)中國(guó)高校專(zhuān)利進(jìn)行高價(jià)值專(zhuān)利評(píng)價(jià)，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(shí)施任何形式的專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)，希望相關(guān)企業(yè)可以進(jìn)一步針對(duì)以下專(zhuān)利進(jìn)行可行性評(píng)估，對(duì)于價(jià)值度較高、市場(chǎng)前景較好的技術(shù)實(shí)施專(zhuān)利成果轉(zhuǎn)化。篩選出的潛在高價(jià)值專(zhuān)利集中在黃文東、盧秉恒、史玉升研發(fā)團(tuán)隊(duì)（表2）。

 

西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東、國(guó)家科技部3D打印專(zhuān)家組首席專(zhuān)家，主要開(kāi)發(fā)“激光立體成形”的3D打印技術(shù)，與中航飛機(jī)合作解決了C919飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問(wèn)題。

 

西安交通大學(xué)盧秉恒，中國(guó)工程院院士，快速制造國(guó)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(jī)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(zhǎng)、湖北省先進(jìn)成型技術(shù)及裝備工程技術(shù)研究中心副主任，研究重點(diǎn)集中于粉末成形技術(shù)。

 

表2 潛在高價(jià)值專(zhuān)利列表

公開(kāi)（公告）號(hào)	發(fā)明人團(tuán)隊(duì)	專(zhuān)利權(quán)人	最終法律狀態(tài)	名稱(chēng)
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(guān)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(dòng)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(shí)提高增材制造鈦合金強(qiáng)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(guò)程中成形件變形的實(shí)時(shí)測(cè)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(dòng)機(jī)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(jī)齒輪傳動(dòng)換向的雙打印頭聯(lián)動(dòng)升降機(jī)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(pán)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
CN106626363A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	在審	一種FDM機(jī)齒輪齒條傳動(dòng)的雙打印頭聯(lián)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)
CN104116578A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	一種4D打印成型人工血管支架的方法
CN104496508A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	有效	基于光固化3D打印的SiC陶瓷基渦輪葉片的制造方法
CN106927847A	盧秉恒	西安交通大學(xué)	在審	一種基于3D打印技術(shù)的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料成形方法及裝置
CN105903084A	史玉升	華中科技大學(xué)	在審	一種具有抗菌功能涂層的3D打印多孔支架及其制備方法
CN105112708A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種激光重熔掃描碳化物彌散增強(qiáng)鋁合金的快速制造方法
CN106211622A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種埋入式電路板復(fù)合3D打印方法
CN106671416A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種SLS用尼龍粉末的蒸餾冷卻裝置及降溫方法
CN106270517A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種具有成分與孔隙雙梯度過(guò)渡層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)件制備方法
CN105196549A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種并行多工位式3D打印機(jī)
CN105057601A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種三維噴印成形鑄造型芯的方法
CN104647760A	史玉升	華中科技大學(xué)	有效	一種短纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合產(chǎn)品的3D打印制造方法
CN105562691A	史玉升	華中科技大學(xué)	在審	一種注塑模具的3D打印制備方法
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(duì)激光選區(qū)熔化成形缺陷的在線(xiàn)檢測(cè)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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