浙江3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的思考與建議
——基于3D打印技術(shù)專利的分析

姜?jiǎng)俳?范理 徐飛兵 包海波 王鵬

專利競爭態(tài)勢(shì)

通過對(duì)3D打印技術(shù)全球?qū)＠膬?yōu)先權(quán)①申請(qǐng)人在《巴黎公約》一個(gè)締約國第一次提出申請(qǐng)后，可以在12個(gè)月或6個(gè)月的期限內(nèi)就同一主題向其他締約國申請(qǐng)保護(hù)，其在后申請(qǐng)?jiān)谝欢ǔ潭壬媳灰暈槭窃诘谝淮紊暾?qǐng)的申請(qǐng)日時(shí)提出的。國家/區(qū)域進(jìn)行分析（圖1），反映全球主要國家/地區(qū)3D打印技術(shù)的研發(fā)實(shí)力以及競爭態(tài)勢(shì)。

美國（占51.49%）憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在優(yōu)先權(quán)專利的數(shù)量和質(zhì)量兩方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家和地區(qū)，擁有數(shù)量最多的申請(qǐng)人，是多種3D打印技術(shù)專利的最早申請(qǐng)國；歐洲專利局（含德國，占15.58%）在3D打印的材料和設(shè)備兩大關(guān)鍵技術(shù)上擁有全球領(lǐng)先的優(yōu)先權(quán)專利部署；日本（占4.35%）利用傳統(tǒng)打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在打印機(jī)噴頭等方面具有一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在設(shè)備零部件等外圍進(jìn)行優(yōu)先權(quán)專利布局；中國（占9.36%）3D打印技術(shù)早期主要集中在大學(xué)，在工業(yè)模具、人體牙齒、骨骼等領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)先權(quán)專利較多。

中國3D打印技術(shù)專利申請(qǐng)自2003年起呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)，且國外優(yōu)先權(quán)進(jìn)入中國申請(qǐng)專利的增長率快于國內(nèi)申請(qǐng)人的首次申請(qǐng)。三種專利申請(qǐng)中發(fā)明、實(shí)用新型、外觀設(shè)計(jì)分別占77%、21%、2%，專利授權(quán)中分別占61%、35%、4%，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)合理、全面保護(hù)的態(tài)勢(shì)。這其中，國內(nèi)專利授權(quán)（502件）的57%為發(fā)明、39%為實(shí)用新型、4%為外觀設(shè)計(jì)；國外來華專利授權(quán)（83件）的88%為發(fā)明（另有實(shí)用新型8件、外觀設(shè)計(jì)2件），專利穩(wěn)定性及技術(shù)含量更高。

國內(nèi)3D打印專利申請(qǐng)人主要分布在北京、陜西、江蘇、廣東、湖北、上海、浙江、遼寧等省份，其中浙江專利申請(qǐng)量居全國第7位。

全球3D打印專利總體上呈現(xiàn)“美國主導(dǎo)、歐洲協(xié)同發(fā)展、日本追隨、中國后發(fā)”的基本格局，美、歐是全球3D打印主要研發(fā)力量，國外3D打印巨頭正加緊到中國布局專利。從整體上看，浙江具有一定專利實(shí)力，但專利質(zhì)量有差距，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與專利布局，把握新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)與定位

3D打印技術(shù)在上世紀(jì)90年代已開始在國外快速發(fā)展，早期LOM技術(shù)的專利申請(qǐng)占比較多，從2002年開始FDM、SLS、SLA技術(shù)的專利申請(qǐng)占比開始明顯增多，LOM技術(shù)專利申請(qǐng)占比迅速下降，表明LOM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，而FDM、SLS、SLA三種技術(shù)成為新的研究熱點(diǎn)。中國申請(qǐng)中，SLA、LOM、SLS、FDM、3DP五種技術(shù)占所有3D打印技術(shù)專利申請(qǐng)量的70.38%。

考察浙江企業(yè)使用最為廣泛的SLA技術(shù)和FDM技術(shù)，從設(shè)備、工藝、零部件、材料、應(yīng)用領(lǐng)域這條產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行標(biāo)引，前者成型精度較高，適合制作較大尺寸工業(yè)級(jí)的復(fù)雜產(chǎn)品模型和精密零件，成型工藝專利相對(duì)較多；而后者適合制作成型精度低、成本也較低的小尺寸桌面級(jí)產(chǎn)品，零部件專利較多，說明SLA技術(shù)的成型工藝還有研發(fā)空間，屬于研究的熱點(diǎn)，而FDM技術(shù)的成型工藝已較為成熟，研究熱點(diǎn)在FDM成型設(shè)備的零部件，例如擠出噴頭、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等的改進(jìn)，以提高產(chǎn)品成型質(zhì)量。在成型材料方面，兩種技術(shù)的中國專利都很少，SLA采用的光敏樹脂技術(shù)掌握在國外大公司手中，我國主要依靠進(jìn)口，而FDM主要采用ABS、尼龍絲等現(xiàn)有材料，國內(nèi)SLA、FDM領(lǐng)域的成型材料屬于技術(shù)空白點(diǎn)，是薄弱環(huán)節(jié)。應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)中，SLA技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用專利最多、FDM技術(shù)的醫(yī)學(xué)和消費(fèi)品應(yīng)用專利最多。

圖1 全球3D打印技術(shù)專利最早優(yōu)先權(quán)國別分布

圖2 主要3D打印技術(shù)中國專利申請(qǐng)趨勢(shì)

浙江3D打印專利申請(qǐng)始于2003年，在SLA（36.5%）和FDM（15.4%）技術(shù)領(lǐng)域相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)。排名靠前的申請(qǐng)人中寧波快科在SLA領(lǐng)域、六維齒科在SLS領(lǐng)域、杭電在LOM領(lǐng)域、浙大在FDM領(lǐng)域、浙工大在SLM領(lǐng)域具有一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)。浙江高校中，浙江大學(xué)偏重于基礎(chǔ)研究，浙江工業(yè)大學(xué)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的SLA、SLS技術(shù)較多并已產(chǎn)業(yè)化；浙江企業(yè)多偏重于開源技術(shù)的FDM原理桌面級(jí)打印機(jī)生產(chǎn)，以及購自國外的工業(yè)級(jí)打印機(jī)的代銷和三維掃描等打印服務(wù)，市場需求正逐步形成。

浙江企業(yè)產(chǎn)業(yè)化能力較為突出、市場占有率較高，在光固化成形（SLA）和熔融沉積成形（FDM）技術(shù)實(shí)力排名較為靠前。從產(chǎn)業(yè)鏈看，前者研究熱點(diǎn)在成形工藝、后者在零部件；成型材料是技術(shù)薄弱點(diǎn)。浙江應(yīng)在這兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和其他新興前沿技術(shù)領(lǐng)域加緊研究開發(fā)和專利布局，并在材料等領(lǐng)域與國內(nèi)外創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)展開合作。

若干政策建議

通過對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)的專利分析，可以為浙江制定產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖、研發(fā)核心技術(shù)、部署企業(yè)專利戰(zhàn)略，以及進(jìn)一步規(guī)避專利侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)、尋找技術(shù)合作者、評(píng)估專利價(jià)值提供專業(yè)化方法與分析工具，充分發(fā)揮專利分析在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的定位指引功能。

加強(qiáng)專利布局，規(guī)避產(chǎn)業(yè)發(fā)展的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。目前，浙江3D打印產(chǎn)業(yè)存在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展快、專利布局滯后的情況。通過專利競爭態(tài)勢(shì)可見國外公司來華專利布局還不多，浙江企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)可控，有時(shí)間和空間來布局占有優(yōu)勢(shì)技術(shù)領(lǐng)域的3D打印專利。浙江在3D打印的科技項(xiàng)目立項(xiàng)、中期評(píng)估、驗(yàn)收、產(chǎn)業(yè)化等環(huán)節(jié)，應(yīng)引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)核心技術(shù)研發(fā)與專利布局，特別是要從政策、資金、服務(wù)上支持企業(yè)在國外目標(biāo)市場布局專利。布局重點(diǎn)：一是在成型工藝、零部件方面；二是針對(duì)SLA、FDM等國外成熟的主流3D打印技術(shù)開展外圍專利布局；三是在設(shè)備、材料方面研究規(guī)避國外專利侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的方法。

明確技術(shù)發(fā)展路徑，加快核心技術(shù)研發(fā)。根據(jù)技術(shù)發(fā)展路徑分析，在FDM技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)加強(qiáng)打印材料、工藝與應(yīng)用的后繼技術(shù)開發(fā)；SLA技術(shù)應(yīng)是浙江重點(diǎn)攻關(guān)點(diǎn)，要加快對(duì)工藝、設(shè)備、材料的研究，比較急迫的是對(duì)材料的研究。對(duì)于這些重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，還要通過專利挖掘分析國外大公司壟斷的技術(shù)點(diǎn)。其次，除上述兩種技術(shù)以外，應(yīng)加強(qiáng)跟蹤與研發(fā)，創(chuàng)造性地對(duì)新打印原理技術(shù)進(jìn)行研究。國內(nèi)清華大學(xué)下屬的北京殷華激光快速成型與模具技術(shù)有限公司在業(yè)內(nèi)已自主研發(fā)出一些新技術(shù)分支，如無木模鑄造成型（PCM）技術(shù)。目前，浙江一些企業(yè)具備類似的想法和能力，應(yīng)在科研經(jīng)費(fèi)、產(chǎn)業(yè)基金等方面支持和鼓勵(lì)企業(yè)發(fā)展具有一定原創(chuàng)性的新技術(shù)、新工藝。

圖/新華社

建設(shè)產(chǎn)業(yè)合作創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，著力突破關(guān)鍵技術(shù)。借助對(duì)專利布局中申請(qǐng)人、發(fā)明人的分析，可以較為準(zhǔn)確地定位掌握重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的專利發(fā)明人及相關(guān)企業(yè)、機(jī)構(gòu)。一是研究被引用次數(shù)較多的專利，二是研究引發(fā)專利無效、專利訴訟等較多的專利。由此可以根據(jù)浙江產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展需要，相應(yīng)地加強(qiáng)與國內(nèi)外領(lǐng)先企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、主要發(fā)明人的合作，建立人才引進(jìn)數(shù)據(jù)庫，有針對(duì)性地開展高水平技術(shù)合作。例如，根據(jù)國內(nèi)專利申請(qǐng)人分析，浙江在SLA領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)與西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、南昌大學(xué)合作；在FDM領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)與清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、華南理工大學(xué)合作。

開展產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略專利積累與評(píng)估，促進(jìn)專利聯(lián)盟形成與高效運(yùn)行。目前，浙江已經(jīng)成立3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，包括打印設(shè)備研發(fā)制造企業(yè)、打印材料研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)、提供打印服務(wù)的企業(yè)、主要科研院所等40家單位。應(yīng)在3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)和引導(dǎo)3D打印產(chǎn)業(yè)“政、產(chǎn)、學(xué)、研、金、介、用”緊密協(xié)作的產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展模式，特別是支持產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)合作。一是研究現(xiàn)有專利、明晰企業(yè)市場定位；二是可建立有效的戰(zhàn)略專利收儲(chǔ)、組合和運(yùn)用機(jī)制，為將來形成專利聯(lián)盟探索基礎(chǔ)；第三還可運(yùn)用相關(guān)專利的相互技術(shù)關(guān)系分析及其價(jià)值評(píng)估，為專利聯(lián)盟的知識(shí)產(chǎn)權(quán)第三方評(píng)估提供依據(jù)，促進(jìn)專利聯(lián)盟的有效運(yùn)行。

建設(shè)3D打印服務(wù)平臺(tái)，帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群升級(jí)。針對(duì)我國3D打印技術(shù)還相對(duì)落后，產(chǎn)業(yè)層次較低的市場現(xiàn)狀，結(jié)合浙江各地傳統(tǒng)特色產(chǎn)業(yè)集群的不同需求，從現(xiàn)狀實(shí)際出發(fā)，應(yīng)鼓勵(lì)建立3D打印服務(wù)平臺(tái)作為先導(dǎo)，來培育3D打印的市場需求，促進(jìn)3D打印發(fā)展與傳統(tǒng)特色產(chǎn)業(yè)集群轉(zhuǎn)型升級(jí)的有機(jī)結(jié)合。如杭州先臨三維已在省內(nèi)溫州工業(yè)設(shè)計(jì)基地等地設(shè)立了3D打印公共服務(wù)平臺(tái)。