3D打印技术专利布局现状及中国企业发展建议

2019-10-21王涛王科

新材料产业 2019年2期

王涛王科

3D打印又被称为“增材制造”，目前在汽车、航空航天、生物医疗、建筑等众多领域有所应用。2012年后，欧盟、美国、中国、日本、韩国等国家和地区纷纷出台国家战略和规划推动技术的发展，未来技术的规模化使用将对传统制造业产生颠覆性的效果。

本文以全球3D打印技术专利文献为研究样本，以期通过全球专利申请趋势、中国专利布局现状、全球领先企业（3D Systems）布局特点揭示3D打印领域布局现状、发展趋势以及中国在该领域专利布局方面存在的问题，最终从专利分析的视角为中国企业发展提供科学依据。

1 专利申请揭示技术发展趋势

3D打印思想起源于19世纪末的美国，1985年3D打印之父——Hull Charles W以“UVP INC”的名义提交立体光固化成型设备（SLA）的专利申请（US4575330B1），1986年成立世界首家3D打印公司“3D Systems”，1987年3D Systems将首款3D打印机SLA-1立体光固化成型（SLA）打印机成功推向市场。同年，Scott Crump发明了熔融沉积成型（FDM）技术，并于1989年成立了Stratasys公司。2012年，3D Systems收购了3D打印成型机的开发企业Z Corporation。

從3D打印技术专利申请态势（图1）可知，1985年至今，全球在3D打印领域的专利申请超过12万件。1985—2011年期间专利申请处于稳定状态，在近30年的时间里年均申请量近2 000件，平均专利申请增长率为3.6%。

在此期间，除3D Systems、Stratasys、Z Corporation等企业在该领域积极布局核心专利之外，美国高等学府也在该领域积极进行研究，美国得克萨斯大学的Dechard发明了选择性激光烧结工艺（SLS），美国麻省理工学院MIT的EmanualSachs教授发明了三维打印技术（ThreeDimensionPrinting，3DP）。除此之外，三菱集团、日立集团、丰田集团、东芝集团等日本企业也进行了积极的专利布局。

2012年起，3D打印领域申请量出现明显增长，平均增长率高达44.3%（由于2017、2018年专利申请公开滞后，因此在计算增长率和年均申请量时未计入内），年均申请量高达9 000件。除惠普公司、通用电气公司、西门子公司、Stratasys等跨国企业积极实施专利申请策略之外，中国在该阶段进入快速增长阶段，代表申请人以西安交通大学、华南理工大学等高校为主。西安交通大学教授卢秉恒是我国3D打印领域最早研究者之一，也是中国3D打印领域重要的研发人员和领军人物。

3D打印是一项不断发展的新兴技术，未来75%的制造企业将使用3D打印的工具，而3D打印技术的应用将使新产品推出市场的时间缩短25%。在“工业4.0”阶段，3D打印技术必将同人工智能、大数据、物联网一同成为未来发展的核心。

2 中国专利申请现状

我国在3D打印领域的起步较晚，20世纪90年代初华中科技大学、西安交通大学、华南理工大学等高校积极开展研究。从中国3D打印技术专利来源（图2）可知，10%的中国专利来自国外申请人，90%来自中国本土申请人。国外来华申请人中，来自美国、日本、德国、韩国、法国的专利占比高达85%，其中来自美国的通用电气、惠普、Stratasys、3D Systems等，来自日本的精工爱普生、佳能等，来自德国的EOS、CL产权管理、西门子等针对我国市场实施了不同程度的布局。

按照省份排名来看，广东、江苏、浙江位列前3，来自广东的华南理工大学、珠海天威飞马打印耗材有限公司、广东工业大学等，来自江苏的苏州大学、江苏大学、南京航空航天大学等，来自浙江的浙江大学、浙江工业大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所在3D打印领域积极探索并实施专利布局策略。

按照城市排名来看，北京、上海、广州位列TOP3，来自北京的北京工业大学、清华大学、北京化工大学等，来自上海的上海交通大学、东华大学、上海大学等，来自广州的华南理工大学、广东工业大学、广州市文搏智能科技有限公司在3D打印领域积极探索并实施专利布局策略。

通过本土申请分析看出，我国3D打印领域申请人以高校为主，企业在该领域表现不突出。进一步分析发现，企业申请人主要集中在深圳市、上海市、苏州市，表1列出了以上城市TOP 3 企业名单，可以发现虽然以上城市企业积极进行专利布局，但是专利储备实力和集中度仍存在较大上升空间。

3 全球领先企业专利布局启示

3.1 全球布局趋势

3D Systems公司全球范围内布局专利共计600余件，自1984年首次递交专利申请以来，始终处于“震荡式”布局态势，反映出企业在该领域不断进行研发创新、并且不断突破的过程（见图3）。1989年、1999年、2015年、2017年是其专利布局的4次小高峰，结合市场情况来看，1989年选择性激光烧结（SLS）技术正式获得专利认证，2000年发布首款 Simbionix虚拟现实外科模拟器，2013年在产品组合中新推出了直接金属打印（DMP）系列，2014年通过虚拟手术计划（VSP）以及领先的 3D 医疗保健产品和服务扩展了产品组合，2016年Figure 4 SLA技术立体光固化成型的新一代成果，2018年将数字光印刷（DLP）添加到其3D打印产品组合中。从时间轴来看，3D Systems公司专利布局与市场发展高度契合。

3.2 全球布局国家/地区

3D Systems公司全球布局策略以美国市场为主，兼顾欧洲和亚洲市场的知识产权保护。从数据来看，其对美国市场的专利布局比例近50%，其次德国也是其非常重视的市场国。针对亚洲市场，其在日本、中国、韩国均实施了不同程度地布局策略。针对中国市场，自1996年首次递交申请以来，陆续递交了30余件申请，2006年以后对中国市场保持少量稳定的布局。

3.3 全球技术布局

国际专利分类（IPC）提供了一种由独立于语言的符号构成的等级体系，以IPC的视角分析企业技术布局特点最为客观、准确。

从数据来看，3D Systems公司3/4的专利申请集中在B部，其中85.7%集中在B29（塑料的加工），其次还包括B22（铸造；粉末冶金）、B33（附加制造技术）、B28（加工水泥、黏土或石料）。除B部之外，9.5%的专利分布在G部，具体包括G03（摄影术）、G06（计算）。除以上分类号之外，进一步还涉及C部、A部、H部、F部。

总体来看，3D Systems专利布局非常全面，具体到各项技术来看，成型技术是其重点关注的内容，占比32.4%；其次是加熱、冷却或凝固技术，占比20.6%；另外，还包括涂覆模型、型芯或其他基底成型、油墨、由金属粉末制造工件或制品、图纹面、骨骼或关节非外科处理的矫形方法/器具等技术。

3.4 中国专利运营

3D Systems在中国市场通过从外部权利人手中转让获得了20件专利（见图4），尚未向外实施专利转让、许可、质押等运营活动。

2012年，3D Systems公司收购Z Corporntion、定制创新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）2家企业，同年即从Z Corporntion手中实施专利转让，内容涉及材料体系、测试图案和校正方法。2013年从定制创新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）手中实施专利转让，内容涉及假肢，定制创新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）是一家医疗设备的创业公司。

亨斯迈（HUNTSMAN）是特殊化学品的全球制造商及营销商，为多种全球性产业提供基础产品。3D Systems从其手中转让的专利内容主要涉及液态树脂组合物和由其生产固化制品或三维成型制品方法。

威士伯公司（VALSPAR SOURCING INC）是一家涂料生产销售企业，2015年3D Systems公司从其手中通过专利转让获得了4件专利，内容涉及激光烧结及粉末组合物。

从专利法律状态的角度来看，以上20件专利中除1件专利由于专利权届满失效之外，其余均处于有效状态。

总体来看，3D Systems是一家专业的3D打印企业，其不仅实施了较为全面的专利布局策略，同时根据企业发展需要从市场并购、专利转让等方面入手不断完善产品体系和布局维度。

4 建议

3D打印作为一项颠覆性的技术，目前尚处于产业化阶段前期，世界各国积极通过制定战略和规划推动技术发展，无论是3D Systems、Stratasys、惠普等专业企业，还是三菱、日立、通用电气、西门子等综合型企业均积极通过技术研发、专利布局抢占市场。在这样的市场环境下，中国企业在市场规模、专利布局方面均未表现出优势，珠海天威飞马打印耗材有限公司、宁夏共享模具有限公司、湖南华曙高科技有限责任公司等在中国企业专利布局方面表现突出，但与国际企业相比差距明显。

目前，中国专利市场高校表现较为活跃，国际企业尚未在中国市场实施全面布局。基于此，中国企业一方面应抓住当下发展契机，以高校技术实力为依托，评估高校专利市场前景，通过专利运营等方式将高校专利产业化。另一方面需建立国际领先企业技术跟踪机制，提高技术研发起点的同时防范潜在侵权风险。

以下通过对中国高校专利进行高价值专利评价，筛选出目前处于有效/在审状态（截至2018年12月31日），并且尚未实施任何形式的专利运营，希望相关企业可以进一步针对以下专利进行可行性评估，对于价值度较高、市场前景较好的技术实施专利成果转化。筛选出的潜在高价值专利集中在黄文东、卢秉恒、史玉升研发团队（表2）。