3D 打印產業(yè)中國專利申請現狀分析*

李春燕 黃斌

(江蘇省科學技術情報研究所，江蘇 南京 210042)

3D 打印(即三維打印、增材制造)，也稱作快速成型技術(Rapid Prototype)，誕生于20 世紀80 年代后期，是基于材料累加原理的快速成型操作過程，將計算機中的三維模型通過向物品分層添加材料來創(chuàng)造出實物的一種疊層制造技術，具有不受零件復雜程度限制，完全數字化控制等特點，目前已經應用于家電、汽車、工程機械、航天航空和船舶等領域。

3D 打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D 打印機是3D 打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D 打印技術體系的重要組成部分。

對我國3D 打印產業(yè)進行專利分析，有助于明確我國3D 打印產業(yè)的發(fā)展現狀及其趨勢，揭示目前國內3D 打印產業(yè)的專利技術布局及技術發(fā)展特點，為提高產業(yè)競爭力和制定產業(yè)專利戰(zhàn)略提供決策參考。

1 中國專利概況

截至2013 年4 月2 日，關于3D 打印技術，共有1617件公開專利申請，其中發(fā)明專利1393 件，實用新型專利220 件，外觀設計專利4 件。專利類型以發(fā)明專利為主，反映了3D 打印技術含量較高，目前處于產業(yè)發(fā)展階段，產業(yè)化程度不高。

目前，3D 打印的中國專利申請狀況呈現以下特點:(1)2000 年以來，專利申請量增長迅猛，特別是近年來呈爆發(fā)式增長;(2)美國和德國加速在中國的技術布局，部分行業(yè)巨頭已開展專利布局;(3)專利申請區(qū)域分布以北京、陜西為第一梯隊;(4)國內研發(fā)重工藝輕材料，成型材料等關鍵技術研究薄弱;(5)國內研發(fā)高校占主導地位，企業(yè)研發(fā)投入不足。

2 總體趨勢分析

如圖1，專利申請量和公開量變化趨勢大致相同，專利公開量比申請量滯后1 年，這是由于發(fā)明專利從申請到公開一般需要18 個月。2011 和2012 年的專利未完全公開，故這兩年的實際申請量可能比圖1 顯示的多，近2～3 年專利技術的發(fā)展可由公開量反映。

1989 -1999 年可看作3D 打印技術的萌芽期;2000 年后步入快速發(fā)展階段，直到目前，無論專利申請量還是公開量都呈上升趨勢，這也反映了3D 打印技術仍處于發(fā)展階段，發(fā)展前景可期。

3 區(qū)域分布

3.1 國內專利申請占2/3，國外申請主要來自美德日

由圖2 看出，在國家知識產權局申請的3D 打印技術專利有2/3 來自國內申請，剩余1/3 的專利申請來自國外22 個國家。這其中來自美國和德國的專利申請最多，均超過了100 件(美國209 件，德國107件)。有超六成的國外申請來源于這兩個國家，這反映了美國和德國在3D 打印的技術實力之強以及對中國市場的重視。

3.2 國內申請北京獨占鰲頭

3D 打印技術的國內專利申請來自全國28 個省市自治區(qū)，其中包括臺灣、香港。圖3 為各地的專利分布。北京的專利申請量為219 件，遙遙領先于其他地區(qū)。陜西的專利申請量也超過了150 件。從專利申請量上看，北京和陜西可視為3D 打印技術研發(fā)的第一梯隊。上海、廣東、江蘇、湖北為第二梯隊。

3.3 國內外技術側重點對比，國內研究重工藝輕材料

圖4 是3D 打印技術領域專利申請量最多的10 個地域來源的技術分布圖。其中有3 個屬于國外申請，即美國、德國、日本，這3 個國家均側重于塑料成型、金屬粉末成型等方向的中國專利布局。美國在生物體制造、電數字數據處理、成型材料等方向也有專利布局，而忽視激光燒結成型方法和金屬材料鍍覆等方向的中國專利申請。德國在成型材料的研究表現優(yōu)秀。除塑料成型外，日本還側重于電數字數據處理和圖像數據處理的研究。

北京、陜西、上海3 個省市都側重于3D 打印在生物體制造領域的應用研究，即用3D 打印技術來完成生命體的制造，如假體、支架等。京陜滬三地是國內3D 打印專利申請量最多的省市，三地在3D 打印其他領域的側重點也較為相似，特別是北京和上海，技術側重點極為相似，京滬在3D 打印的研究上均側重于在生物體制造、塑料成型、圖像數據處理、電數字數據處理。另外，北京在圖像數據處理，上海在電數字數據處理，陜西在金屬粉末成型、激光燒結成型方法、金屬材料鍍覆等方面均具有優(yōu)勢。廣東省側重于生物體制造、塑料成型。在國內3D 打印專利申請量最多的7個省市中，只有江蘇省和美德日的技術側重點相似，如圖4 所示，均側重于塑料成型、生物制造領域的研究，但江蘇省在成型材料、圖像數據處理的研究較為薄弱。湖北省在金屬粉末成型、生物體制造、塑料成型等方向的研究較為突出。遼寧省在3D 打印技術的研究相對單一，側重于金屬粉末成型、金屬材料鍍覆、激光燒結成型方法，而在生物體制造、成型材料、圖像數據處理方面則并沒有涉及專利申請。

總體而言，國內外在3D 打印技術領域的技術側重點形成了明顯對比:美國、日本、德國側重于塑料成型、金屬粉末成型，國內3D 打印研究的發(fā)達省份更青睞于3D 打印在生物體制造領域的應用研究，而普遍在成型材料的研究上很薄弱，在該方向的研究上德國、美國則明顯強于中國。3D 打印的核心是材料研發(fā)。用于3D 打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、絲化、粉末化，打印后又能重新結合起來，材料工藝要求極高。如果我國不能掌握打印材料的核心技術，那么在3D 打印上仍然不能實現完全自主研發(fā)，關鍵材料還須進口，支付高額使用費。這一點應引起國內相關部門的重視，工藝再五花八門，離開材料也只能是“巧婦難為無米之炊”。

國內在3D 打印較為突出的省市多有其境內的高校支撐，如北京的清華大學，陜西的西安交通大學、西北工業(yè)大學，湖北的華中科技大學，上海的上海大學、東華大學等高校。這些高校匯集了3D 打印技術領域的領軍人才，并帶出了一批研究團隊，也帶動了其所在省市3D 打印技術的研究。

4 競爭機構

如圖5 所示，3D 打印中國專利申請量最多的10家機構有7 家來自中國大陸本土且均為高校，1 家為臺資企業(yè)，2 家為國外企業(yè)。大陸企業(yè)沒有擠入前十強，高校占研究主力，反映了目前我國3D 打印技術的高校研究氛圍濃厚，但尚未大規(guī)模產業(yè)化。

如前面所述，7 所高校在3D 打印技術的研究支撐了其所在省份陜西、北京、湖北等省的科研力量。而各高校在3D 打印的研究又有賴于領軍人才的引領作用，如清華大學的顏永年，西安交通大學的盧秉恒、李滌塵，華中科技大學的黃樹槐、史玉升，西北工業(yè)大學的黃衛(wèi)東等，這些人各自帶出了一批研究團隊，推動了國內3D 打印技術的研究。

研能科技股份公司總部位于臺灣新竹，為專營打印機的制造商，目前也涉入3D 打印技術領域，推出了CometrueJet 快速成型3D 打印機。

美國3D 系統(tǒng)公司、德國EOS 公司均為國際上在3D 打印研究最為領先的公司之一。在3D 打印產業(yè)的初級階段，它們能擠入中國專利前十名，表明其技術實力及對中國3D 打印制造市場的重視。這應引起國內政府和企業(yè)的注意，3D 打印技術含量較高，目前產業(yè)尚未成熟，還處于上升發(fā)展期，我國如不能把握時機，一旦等國外行業(yè)巨頭全面涌入占領市場后，企業(yè)更無立足之地。因此，我國應趁國外行業(yè)巨頭還未全面進入我國的發(fā)展機遇期，加大技術攻關，開展產學研合作，培育企業(yè)做大做強。

5 總結與建議

(1)3D 打印技術的技術含量較高，應用領域廣泛，目前主要是高校參與研發(fā)，產業(yè)化程度不高，處于產業(yè)發(fā)展階段，發(fā)展前景可期。國內專利申請北京獨占鰲頭。高校以清華大學、西安交通大學、華中科技大學、西北工業(yè)大學等研究實力較強。

(2)國內研究重工藝輕材料。3D 打印的核心是材料研發(fā)。只有掌握了打印材料的核心技術，才有可能實現3D 打印技術的完全自主研發(fā)?！盃颗Ｒ獱颗１亲印保荒軆H滿足于工藝的五花八門，關鍵材料的研發(fā)亟須加強。

(3)國外大牌公司如美國3D 系統(tǒng)公司、德國EOS公司已在中國開展專利布局。我國應趁3D 打印產業(yè)尚未成熟的發(fā)展機遇期，加大技術攻關，開展產學研合作，培育本土企業(yè)做大做強。

(4)國內企業(yè)在發(fā)展初期應要將目光放長遠，不能滿足于現有已經被國外企業(yè)掌握的核心技術，自詡“中國3D 產業(yè)與國外差距不大”，而要更多的走自己的專利之路，努力發(fā)展創(chuàng)新技術，同時擺脫對國外3D打印耗材的依賴，避免陷入不必要的專利泥潭，才能走好未來企業(yè)發(fā)展之路。

［1］3D 打印技術現狀及發(fā)展趨勢［EB/OL］.http://cn.world3 dassociation.com/lian/2012 -12 -25/20143.html.

［2］王雪瑩.3D 打印技術與產業(yè)的發(fā)展及前景分析［J］.中國高新技術企業(yè)，2012(26):3 -5.