激光增材制造技術專利概況

江超

（廣東省知識產(chǎn)權保護中心，廣東 廣州 510530）

0 引 言

《中國制造2025》從國家層面提出了建設制造強國的行動方案，其中增材制造技術是實現(xiàn)制造強國的重要技術，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色制造、高質(zhì)量、高精度制造，有效實現(xiàn)制造資源的循環(huán)利用。相比于傳統(tǒng)制造，增材制造技術能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化、復雜化、高性能的產(chǎn)品，在數(shù)字信息技術的加成下，能夠?qū)崿F(xiàn)制造產(chǎn)業(yè)的定制化、系統(tǒng)化、模塊化、信息化的產(chǎn)業(yè)鏈模式，最大化地利用全產(chǎn)業(yè)鏈的資源優(yōu)勢，實現(xiàn)智能制造，整合集群效益，使得制造產(chǎn)業(yè)有效地推動各行各業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展，放大整體經(jīng)濟規(guī)模效應。

增材制造技術工藝包括光固化成型、材料噴射、黏結劑噴射、材料擠出、粉末熔合、片層壓和定向能量沉積等。

按照能量源分，有激光、電子束、電弧，按原料分憂粉末和絲材。其中，激光增材制造技術以能量集中、熱影響小、有效避免開裂現(xiàn)象等特點占據(jù)市場主導。具有代表性激光增材技術有激光金屬直接成型（laser metal direct forming，LMDF）技術，其原理如圖1所示。

圖1 激光金屬直接成型技術

廣東省是國內(nèi)最大的激光增材制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和企業(yè)數(shù)量占全國的30%以上，相關企業(yè)營收超900億元，擁有10 余家上市企業(yè)，年營收超1 億元的企業(yè)超90余家，超1 000 萬元的企業(yè)1 000 余家。產(chǎn)業(yè)鏈涉及各個環(huán)節(jié)，包括激光增材制造的材料、掃描振鏡、激光器、整機裝備、應用開發(fā)等。但是其中部分領域高度依賴進口，特別是特種光纖、激光芯片、掃描振鏡、激光器、高端裝備等的關鍵材料和核心零部件，在逆全球化、中美經(jīng)貿(mào)摩擦等背景下，高端環(huán)節(jié)受限風險激增，產(chǎn)業(yè)向高端發(fā)展存在較大壓力。同時，精密激光智能裝備、增材制造裝備等自主研發(fā)的產(chǎn)品與國外先進水平存在較大差距，總體上處于全球產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈的中低端，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性有待提高。

1 激光增材制造技術專利分析

通過分析確定激光增材制造技術的國際分類領域為B33Y、G06F113/10、B29C64、B22F10、B22F12 及其它們的下位分類，它們的分類定義如下：

--- B33 增材制造技術

--- B33Y *增材制造，即三維物品制造，通過增材沉積、增材凝聚、增材分層進行3d 打印或立體照片或選擇性激光燒結

--- G06F 電數(shù)字數(shù)據(jù)處理

--- G06F113/00 *有關申請領域的詳細信息

--- G06F113/10 **附加制造，例如3D 打印

--- B29C 塑料的成型連接

--- B29C64 *增材制造，三維物體通過增材沉積、聚結或?qū)訅海ㄟ^光固化或選擇性激光燒結

--- B22F 金屬粉末的加工；由金屬粉末制造制品

--- B22F10 *金屬粉末的專門處理

--- B22F12 *專門適用增材制造的設備或裝置或其輔助裝置或其組合

在檢索環(huán)節(jié)，考慮到激光增材制造技術的國際分類在增材制造領域比較準確，因此在確定關鍵詞及其擴展主要在激光相關技術進行進一步的領域限定。結合關鍵詞和技術領域分類號進行檢索，并對檢索結果進行數(shù)據(jù)標引、篩選、去噪后，截至2022年3月9日，共檢索到相關專利申請22 961 件，經(jīng)過同族合并后18 641 件。

2 激光增材制造技術的全球?qū)＠暾堏厔?/h2>

將全球18 641 件相關專利按照申請年進行統(tǒng)計，得到年度申請量趨勢（如圖2所示），由于2021—2022年申請的專利尚未完全公開，該年度數(shù)據(jù)不準確。

圖2 2003—2022年激光增材專利申請趨勢

從圖2可以看到，激光增材的專利在2011年以前還處于萌芽階段，專利申請的年申請量平均維持在10 左右，該階段激光增材的技術還處于探索階段；在2011—2013年的兩年時間內(nèi)，激光增材的專利申請量才開始有明顯的提升，這個階段激光增材技術有了一些基礎性的突破，由此帶來了人們對3D 打印技術多種應用場景的前瞻性探討，這期間美國通用電氣公司率先進行了大量的激光增材制造的基礎性技術專利布局；從2013—2022年（2020—2022 因公開數(shù)據(jù)延遲導致數(shù)據(jù)不準確）期間，激光增材制造的專利申請量呈爆發(fā)式增長，可見人們對激光增材技術的應用前景的看好，中國也是從2014年開始大量布局激光增材的專利申請。

從圖3可以看出，中國申請量幾乎占到了全球總申請量的一半，而國外的激光增材技術專利主要集中在美國、日本、韓國、德國申請人中，其中美國的申請量排在第二，且相比其他三國申請量較多。

圖3 激光增材專利申請國分布

3 激光增材制造技術的全球?qū)＠匾暾埲?/h2>

全球激光增材制造的國外申請人全球申請量排名和國內(nèi)申請人的國內(nèi)申請量排名如圖4、圖5所示。

圖4 激光增材制造專利國外前10 申請人

圖5 激光增材制造專利國內(nèi)前10 申請人

從圖4可以看出，激光增材制造的國外申請人中通用電氣遙遙領先，第二名西門子也遙遙領先后面的申請人，可以說通用電氣和西門子在激光增材制造方面是主要的申請人。而在國內(nèi)，結合圖5可知。國內(nèi)主要申請人主要是高校申請人，其中華中科技大學和華南理工大學分列前兩名，但也沒有拉開3 ～5 名很大差距。對比圖4、圖5可知國內(nèi)的激光增材制造技術主要是高校參與，涉及的企業(yè)不多，而高校的專利技術在向商用轉(zhuǎn)化的過程中可能會遇到一些困難，因此對于高校的技術能力真正轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的產(chǎn)品還還需要一個過程。

4 激光增材制造技術的主要發(fā)明人

激光增材制造技術國外的主要發(fā)明人是Frank HERZOG，申請量有92 件之多，他曾經(jīng)任職多家公司并作為公司申請激光增材技術專利的發(fā)明人，其中主要的申請量均在一家德國公司CL 產(chǎn)權管理公。排名二、三位的分別是HJustin Mamrak、Florian Bechmann，申請量相比Frank Herzog 少了一倍多，分別為36 和33 件。

激光增材制造技術國內(nèi)的主要發(fā)明人如圖6所示。從圖6可以看出，楊永強、史玉升分別排名1-2 位，處于第一檔。其中楊永強也是作為多個申請人的激光增材技術專利的發(fā)明人，其中主要申請人均為華南理工大學，公開資料顯示楊永強為華南理工大學教授、博士生導師，主要從事激光快速成型制造、激光材料加工、焊接裝備工藝方面的研究。

圖6 激光增材制造專利國內(nèi)主要發(fā)明人

5 激光增材制造技術的全球?qū)＠V訟統(tǒng)計

全球激光增材制造技術發(fā)生專利侵權訴訟的共有221件，其中地域分布和相關申請人排名如圖7、圖8所示。

圖7 激光增材制造專利侵權訴訟分布

從圖7可知，激光增材制造技術的專利侵權訴訟主要發(fā)生在日本、印度、美國、歐洲等地，相關專利的轉(zhuǎn)讓許可也比較頻繁，而我國目前并沒有相關侵權訴訟的發(fā)生，主要是一些轉(zhuǎn)讓和少量許可。這可能與國內(nèi)專利訴訟案件的整體環(huán)境和技術發(fā)展程度以及國外申請人的國內(nèi)布局數(shù)量不多有關。從圖8中可以看到，涉及訴訟的申請人的案件也并不多，基本都在幾件左右，但可以想象，未來激光增材制造技術的大量應用，對制造業(yè)的影響力增大，各國申請人為搶占市場低位，相關侵權糾紛也會逐漸增多。

圖8 激光增材制造專利侵權訴訟主要申請人

6 結 論

通過對激光增材制造的全球?qū)＠恼w情況進行分析可知，激光增材制造產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外專利布局已經(jīng)有一定的規(guī)模，國外申請人主要是企業(yè)申請人，而國內(nèi)主要是高校申請人，這也是我國激光增材制造產(chǎn)業(yè)處于全球產(chǎn)業(yè)鏈的中低端的一種體現(xiàn)，如何將國內(nèi)高校的激光增材制造專利技術應用到實際產(chǎn)業(yè)中去，是當前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)需要急需解決的問題。

對于國內(nèi)激光增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展應加強高校和企業(yè)的合作，積極推動產(chǎn)學研等相關項目的落地，同時，重點關注高校重點發(fā)明人的技術成果轉(zhuǎn)化以及人才引進工作。另外考慮到國內(nèi)還沒有相關專利的侵權訴訟案件，雖然國外有一些專利侵權訴訟案件，但數(shù)量也并不多，考慮到激光增材技術作為一個新技術，其在將來的應用場景的多元化特點，應做好準備，把控好專利文件質(zhì)量，做好風險排查，在競爭中尋求合作，以更好應對將來可能發(fā)生的侵權訴訟風險。