3D 打印產業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，主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。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 打印產業進行專利分析，有助于明確我國3D 打印產業的發展現狀及其趨勢，揭示目前國內3D 打印產業的專利技術布局及技術發展特點，為提高產業競爭力和制定產業專利戰略提供決策參考。

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。專利類型以發明專利為主，反映了3D 打印技術含量較高，目前處于產業發展階段，產業化程度不高。

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式增長;(2)美國和德國加速在中國的技術布局，部分行業巨頭已開展專利布局;(3)專利申請區域分布以北京、陜西為第一梯隊;(4)國內研發重工藝輕材料，成型材料等關鍵技術研究薄弱;(5)國內研發高校占主導地位，企業研發投入不足。

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 打印技術仍處于發展階段，發展前景可期。

3 區域分布

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，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。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。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，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，2 家為國外企業。大陸企業沒有擠入前十強，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，但尚未大規模產業化。

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，西北工業大學的黃衛東等，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的注意，3D 打印技術含量較高，目前產業尚未成熟，還處于上升發展期，我國如不能把握時機，一旦等國外行業巨頭全面涌入占領市場后，企業更無立足之地。因此，我國應趁國外行業巨頭還未全面進入我國的發展機遇期，加大技術攻關，開展產學研合作，培育企業做大做強。

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，產業化程度不高，處于產業發展階段，發展前景可期。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。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。“牽牛要牽牛鼻子”，不能僅滿足于工藝的五花八門，關鍵材料的研發亟須加強。

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

(4)國內企業在發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掌握的核心技術，自詡“中國3D 產業與國外差距不大”，而要更多的走自己的專利之路，努力發展創新技術，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，才能走好未來企業發展之路。

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

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