從專利角度詳解3D打印技術(shù)發(fā)展概況

　　3D打印又稱增材制造、快速成型技術(shù)，其特點(diǎn)是采用數(shù)字化手段快速制造不同材質(zhì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件或小批量制品，使制品的生產(chǎn)在人們的生活中即可實(shí)現(xiàn)，被譽(yù)為引領(lǐng)制造業(yè)未來發(fā)展的新興力量。據(jù)Wohlers協(xié)會(huì)報(bào)告顯示，全球增材制造市場規(guī)模從2009年的10.7億美元增長至2016年的60.63億美元，年增長率近30%，顯示了巨大的發(fā)展活力。

　　此外，我國也明確將增材制造產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展的重點(diǎn)，在國家政策支持與引導(dǎo)之下，眾多科研院所和企業(yè)紛紛投身3D打印領(lǐng)域，國內(nèi)的3D打印產(chǎn)業(yè)近年來得到了快速的發(fā)展。據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對23家規(guī)模以上企業(yè)的經(jīng)營數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年規(guī)模以上增材制造企業(yè)總產(chǎn)值20.3億元，比2015年的10.8億元增長87.5%。

　　隨著世界各國對知識產(chǎn)權(quán)的日益重視，專利技術(shù)的爭奪逐步成為高科技企業(yè)競爭的主要戰(zhàn)場，專利也成為反映技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)，在本文中，筆者將從專利角度對3D打印技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行探析。

　　國外企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢

　　商業(yè)3D打印技術(shù)最早始于1984年，美國3D Systems公司創(chuàng)始人Charles W. Hull提交了世界上第一件光固化制造三維立體物體的專利申請，隨后推出了第一臺(tái)商業(yè)化的3D打印機(jī)，正式宣告了3D打印時(shí)代的到來。

　　由于3D打印潛在的巨大商業(yè)價(jià)值，眾多國外企業(yè)紛紛投身到3D打印領(lǐng)域，分層實(shí)體制造、熔融沉積成型、激光燒結(jié)等新型3D打印技術(shù)不斷涌現(xiàn)，同時(shí)3D打印技術(shù)在航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用也得到廣泛研究，3D打印領(lǐng)域的專利申請量也隨之快速增長。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外企業(yè)通過自主研發(fā)、企業(yè)并購等方式，不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈布局，逐漸涌現(xiàn)出了一批行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，產(chǎn)業(yè)與技術(shù)集中度越來越高，并在世界多個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行了大量的專利布局。

　　以3D Systems公司為例，其專利申請量達(dá)358件，從歷年專利申請情況來看，大概每5年會(huì)出現(xiàn)一次專利申請高峰。筆者經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，3D Systems公司39%以上的專利申請分布在美國、歐洲、日本、中國等不同的國家和地區(qū)。此外，3D Systems公司非常重視對產(chǎn)業(yè)鏈的整體布局，通過自身研發(fā)、企業(yè)并購以及購買專利等方式，擴(kuò)大了專利技術(shù)領(lǐng)域覆蓋面，所提供的產(chǎn)品涉及設(shè)備、方法、材料、應(yīng)用、服務(wù)、軟件等各個(gè)方面。

　　與3D Systems公司不同的是，德國EOS公司更重視產(chǎn)業(yè)鏈的縱向發(fā)展，專注于激光燒結(jié)成型技術(shù)的研究，尤其在塑料與金屬粉末材料燒結(jié)成型技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。在其已公開的專利申請中，金屬粉末與塑料粉末的占比分別高達(dá)52%、22%。EOS公司圍繞該技術(shù)的上下游如燒結(jié)材料與應(yīng)用等也進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)合作與專利布局。其通過與贏創(chuàng)德固賽、威格斯、豐田、戴姆勒等上下游企業(yè)的合作，生產(chǎn)出各種經(jīng)過改進(jìn)的原材料，并不斷擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域，將原材料的改進(jìn)方向與終端市場的需求進(jìn)行了緊密結(jié)合。

　　國內(nèi)企業(yè)加快追趕

　　國內(nèi)從1988年就開始了3D打印技術(shù)方面的研究，與國外基本同步，但是發(fā)展速度較為緩慢，各創(chuàng)新主體的專利保護(hù)意識也稍顯欠缺。自2013年以來，國內(nèi)3D打印領(lǐng)域的專利申請量呈劇增態(tài)勢，但是主要集中在金屬材料及其打印設(shè)備上，并且基本上為國內(nèi)專利申請，近兩年才開始出現(xiàn)國際專利申請。產(chǎn)業(yè)化方面，國內(nèi)3D打印行業(yè)也處于跟隨階段，缺乏完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局，國內(nèi)企業(yè)多而不強(qiáng)，缺少具有國際影響力的龍頭企業(yè)。

　　西安交通大學(xué)作為國內(nèi)較早從事3D打印技術(shù)研究的高校，在1998年提交了第一件發(fā)明專利申請，隨后幾年該領(lǐng)域的專利申請量維持在個(gè)位數(shù)，直至2013年之后才出現(xiàn)爆發(fā)式增長。尤其是該校盧秉恒與李滌塵的研究團(tuán)隊(duì)在生物相容性材料、金屬、陶瓷及其復(fù)合材料的快速成型方面取得較多成果，提交了一系列專利申請。此外，其以陜西恒通智能機(jī)器有限公司、西安瑞特快速制造工程研究有限公司以及西安增材制造國家研究院有限公司等公司為載體，進(jìn)行了技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了快速成型設(shè)備與模具制造設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化。

　　從打印原料方面來看，目前國內(nèi)3D打印技術(shù)在金屬材料方面取得較多成果，例如由西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授創(chuàng)建的西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司，提交的126件專利申請基本覆蓋了金屬3D打印技術(shù)的重要領(lǐng)域，其自主研發(fā)的機(jī)型涵蓋激光熔融、激光修復(fù)、雙激光頭、四激光頭等多種成形工藝和成形技術(shù)，其承擔(dān)的“激光立體成形技術(shù)及國家C919飛機(jī)復(fù)合鈦合金構(gòu)建生產(chǎn)制造”項(xiàng)目獲得國家重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目資助。

　　在打印軟件方面，杭州先臨三維科技股份有限公司作為國內(nèi)三維數(shù)字化的代表，其已提交專利申請200余件，并且其三維數(shù)字化與3D打印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

　　在應(yīng)用方面，湖南華曙高科有限責(zé)任公司在打印義齒方面取得了較好的成果，并且通過與中國商飛、巴斯夫等企業(yè)的合作在民用飛機(jī)、汽車等方面也進(jìn)行了諸多嘗試。

　　3D打印作為一種新興的技術(shù)，誕生至今不過三十余年，雖然歐美等國家經(jīng)過一段時(shí)期的發(fā)展，技術(shù)上取得了一些成果，但是由于材料、成本、制品性能等方面的限制，距離大規(guī)模的推廣應(yīng)用還有較長的路要走，而這也恰好為國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的迎頭趕上提供了機(jī)遇。筆者建議，國內(nèi)企業(yè)一方面可以借鑒國外領(lǐng)先公司發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，聚焦自身核心技術(shù)，提前進(jìn)行專利布局，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展;另一方面國內(nèi)3D打印企業(yè)也可結(jié)合各自優(yōu)勢，加強(qiáng)企業(yè)間的合作，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)、互惠共贏，以期突破國外企業(yè)所構(gòu)建的專利技術(shù)壁壘。