从专利角度详解3D打印技术发展概况

3D打印又称增材制造、快速成型技术，其特点是采用数字化手段快速制造不同材质具有复杂结构的单件或小批量制品，使制品的生产在人们的生活中即可实现，被誉为引领制造业未来发展的新兴力量。据Wohlers协会报告显示，全球增材制造市场规模从2009年的10.7亿美元增长至2016年的60.63亿美元，年增长率近30%，显示了巨大的发展活力。

此外，我国也明确将增材制造产业作为发展的重点，在国家政策支持与引导之下，众多科研院所和企业纷纷投身3D打印领域，国内的3D打印产业近年来得到了快速的发展。据中国增材制造产业联盟对23家规模以上企业的经营数据统计，2016年规模以上增材制造企业总产值20.3亿元，比2015年的10.8亿元增长87.5%。

随着世界各国对知识产权的日益重视，专利技术的争夺逐步成为高科技企业竞争的主要战场，专利也成为反映技术发展状况的重要指标，在本文中，笔者将从专利角度对3D打印技术的发展脉络进行探析。

国外企业占据优势

商业3D打印技术最早始于1984年，美国3D Systems公司创始人Charles W. Hull提交了世界上第一件光固化制造三维立体物体的专利申请，随后推出了第一台商业化的3D打印机，正式宣告了3D打印时代的到来。

由于3D打印潜在的巨大商业价值，众多国外企业纷纷投身到3D打印领域，分层实体制造、熔融沉积成型、激光烧结等新型3D打印技术不断涌现，同时3D打印技术在航天、医疗、汽车等领域的应用也得到广泛研究，3D打印领域的专利申请量也随之快速增长。经过多年的发展，国外企业通过自主研发、企业并购等方式，不断完善产业链布局，逐渐涌现出了一批行业领先企业，产业与技术集中度越来越高，并在世界多个国家和地区进行了大量的专利布局。

以3D Systems公司为例，其专利申请量达358件，从历年专利申请情况来看，大概每5年会出现一次专利申请高峰。笔者经统计发现，3D Systems公司39%以上的专利申请分布在美国、欧洲、日本、中国等不同的国家和地区。此外，3D Systems公司非常重视对产业链的整体布局，通过自身研发、企业并购以及购买专利等方式，扩大了专利技术领域覆盖面，所提供的产品涉及设备、方法、材料、应用、服务、软件等各个方面。

与3D Systems公司不同的是，德国EOS公司更重视产业链的纵向发展，专注于激光烧结成型技术的研究，尤其在塑料与金属粉末材料烧结成型技术方面处于世界领先地位。在其已公开的专利申请中，金属粉末与塑料粉末的占比分别高达52%、22%。EOS公司围绕该技术的上下游如烧结材料与应用等也进行了产业合作与专利布局。其通过与赢创德固赛、威格斯、丰田、戴姆勒等上下游企业的合作，生产出各种经过改进的原材料，并不断扩展其应用领域，将原材料的改进方向与终端市场的需求进行了紧密结合。

国内企业加快追赶

国内从1988年就开始了3D打印技术方面的研究，与国外基本同步，但是发展速度较为缓慢，各创新主体的专利保护意识也稍显欠缺。自2013年以来，国内3D打印领域的专利申请量呈剧增态势，但是主要集中在金属材料及其打印设备上，并且基本上为国内专利申请，近两年才开始出现国际专利申请。产业化方面，国内3D打印行业也处于跟随阶段，缺乏完整的产业链布局，国内企业多而不强，缺少具有国际影响力的龙头企业。

西安交通大学作为国内较早从事3D打印技术研究的高校，在1998年提交了第一件发明专利申请，随后几年该领域的专利申请量维持在个位数，直至2013年之后才出现爆发式增长。尤其是该校卢秉恒与李涤尘的研究团队在生物相容性材料、金属、陶瓷及其复合材料的快速成型方面取得较多成果，提交了一系列专利申请。此外，其以陕西恒通智能机器有限公司、西安瑞特快速制造工程研究有限公司以及西安增材制造国家研究院有限公司等公司为载体，进行了技术成果转化，实现了快速成型设备与模具制造设备的产业化。

从打印原料方面来看，目前国内3D打印技术在金属材料方面取得较多成果，例如由西北工业大学黄卫东教授创建的西安铂力特增材技术股份有限公司，提交的126件专利申请基本覆盖了金属3D打印技术的重要领域，其自主研发的机型涵盖激光熔融、激光修复、双激光头、四激光头等多种成形工艺和成形技术，其承担的“激光立体成形技术及国家C919飞机复合钛合金构建生产制造”项目获得国家重大科技成果转化项目资助。

在打印软件方面，杭州先临三维科技股份有限公司作为国内三维数字化的代表，其已提交专利申请200余件，并且其三维数字化与3D打印技术已经进入产业化阶段。

在应用方面，湖南华曙高科有限责任公司在打印义齿方面取得了较好的成果，并且通过与中国商飞、巴斯夫等企业的合作在民用飞机、汽车等方面也进行了诸多尝试。

3D打印作为一种新兴的技术，诞生至今不过三十余年，虽然欧美等国家经过一段时期的发展，技术上取得了一些成果，但是由于材料、成本、制品性能等方面的限制，距离大规模的推广应用还有较长的路要走，而这也恰好为国内相关企业的迎头赶上提供了机遇。笔者建议，国内企业一方面可以借鉴国外领先公司发展的经验，聚焦自身核心技术，提前进行专利布局，促进产业化发展;另一方面国内3D打印企业也可结合各自优势，加强企业间的合作，实现优势互补、互惠共赢，以期突破国外企业所构建的专利技术壁垒。