激光增材制造技术专利概况

江超

（广东省知识产权保护中心，广东 广州 510530）

0 引 言

《中国制造2025》从国家层面提出了建设制造强国的行动方案，其中增材制造技术是实现制造强国的重要技术，能够实现绿色制造、高质量、高精度制造，有效实现制造资源的循环利用。相比于传统制造，增材制造技术能够实现轻量化、复杂化、高性能的产品，在数字信息技术的加成下，能够实现制造产业的定制化、系统化、模块化、信息化的产业链模式，最大化地利用全产业链的资源优势，实现智能制造，整合集群效益，使得制造产业有效地推动各行各业的经济发展，放大整体经济规模效应。

增材制造技术工艺包括光固化成型、材料喷射、黏结剂喷射、材料挤出、粉末熔合、片层压和定向能量沉积等。

按照能量源分，有激光、电子束、电弧，按原料分忧粉末和丝材。其中，激光增材制造技术以能量集中、热影响小、有效避免开裂现象等特点占据市场主导。具有代表性激光增材技术有激光金属直接成型（laser metal direct forming，LMDF）技术，其原理如图1所示。

图1 激光金属直接成型技术

广东省是国内最大的激光增材制造产业集聚区，产业规模和企业数量占全国的30%以上，相关企业营收超900亿元，拥有10 余家上市企业，年营收超1 亿元的企业超90余家，超1 000 万元的企业1 000 余家。产业链涉及各个环节，包括激光增材制造的材料、扫描振镜、激光器、整机装备、应用开发等。但是其中部分领域高度依赖进口，特别是特种光纤、激光芯片、扫描振镜、激光器、高端装备等的关键材料和核心零部件，在逆全球化、中美经贸摩擦等背景下，高端环节受限风险激增，产业向高端发展存在较大压力。同时，精密激光智能装备、增材制造装备等自主研发的产品与国外先进水平存在较大差距，总体上处于全球产业链、价值链的中低端，产品质量和可靠性有待提高。

1 激光增材制造技术专利分析

通过分析确定激光增材制造技术的国际分类领域为B33Y、G06F113/10、B29C64、B22F10、B22F12 及其它们的下位分类，它们的分类定义如下：

--- B33 增材制造技术

--- B33Y *增材制造，即三维物品制造，通过增材沉积、增材凝聚、增材分层进行3d 打印或立体照片或选择性激光烧结

--- G06F 电数字数据处理

--- G06F113/00 *有关申请领域的详细信息

--- G06F113/10 **附加制造，例如3D 打印

--- B29C 塑料的成型连接

--- B29C64 *增材制造，三维物体通过增材沉积、聚结或层压，通过光固化或选择性激光烧结

--- B22F 金属粉末的加工；由金属粉末制造制品

--- B22F10 *金属粉末的专门处理

--- B22F12 *专门适用增材制造的设备或装置或其辅助装置或其组合

在检索环节，考虑到激光增材制造技术的国际分类在增材制造领域比较准确，因此在确定关键词及其扩展主要在激光相关技术进行进一步的领域限定。结合关键词和技术领域分类号进行检索，并对检索结果进行数据标引、筛选、去噪后，截至2022年3月9日，共检索到相关专利申请22 961 件，经过同族合并后18 641 件。

2 激光增材制造技术的全球专利申请趋势

将全球18 641 件相关专利按照申请年进行统计，得到年度申请量趋势（如图2所示），由于2021—2022年申请的专利尚未完全公开，该年度数据不准确。

图2 2003—2022年激光增材专利申请趋势

从图2可以看到，激光增材的专利在2011年以前还处于萌芽阶段，专利申请的年申请量平均维持在10 左右，该阶段激光增材的技术还处于探索阶段；在2011—2013年的两年时间内，激光增材的专利申请量才开始有明显的提升，这个阶段激光增材技术有了一些基础性的突破，由此带来了人们对3D 打印技术多种应用场景的前瞻性探讨，这期间美国通用电气公司率先进行了大量的激光增材制造的基础性技术专利布局；从2013—2022年（2020—2022 因公开数据延迟导致数据不准确）期间，激光增材制造的专利申请量呈爆发式增长，可见人们对激光增材技术的应用前景的看好，中国也是从2014年开始大量布局激光增材的专利申请。

从图3可以看出，中国申请量几乎占到了全球总申请量的一半，而国外的激光增材技术专利主要集中在美国、日本、韩国、德国申请人中，其中美国的申请量排在第二，且相比其他三国申请量较多。

图3 激光增材专利申请国分布

3 激光增材制造技术的全球专利重要申请人

全球激光增材制造的国外申请人全球申请量排名和国内申请人的国内申请量排名如图4、图5所示。

图4 激光增材制造专利国外前10 申请人

图5 激光增材制造专利国内前10 申请人

从图4可以看出，激光增材制造的国外申请人中通用电气遥遥领先，第二名西门子也遥遥领先后面的申请人，可以说通用电气和西门子在激光增材制造方面是主要的申请人。而在国内，结合图5可知。国内主要申请人主要是高校申请人，其中华中科技大学和华南理工大学分列前两名，但也没有拉开3 ～5 名很大差距。对比图4、图5可知国内的激光增材制造技术主要是高校参与，涉及的企业不多，而高校的专利技术在向商用转化的过程中可能会遇到一些困难，因此对于高校的技术能力真正转化为现实的产品还还需要一个过程。

4 激光增材制造技术的主要发明人

激光增材制造技术国外的主要发明人是Frank HERZOG，申请量有92 件之多，他曾经任职多家公司并作为公司申请激光增材技术专利的发明人，其中主要的申请量均在一家德国公司CL 产权管理公。排名二、三位的分别是HJustin Mamrak、Florian Bechmann，申请量相比Frank Herzog 少了一倍多，分别为36 和33 件。

激光增材制造技术国内的主要发明人如图6所示。从图6可以看出，杨永强、史玉升分别排名1-2 位，处于第一档。其中杨永强也是作为多个申请人的激光增材技术专利的发明人，其中主要申请人均为华南理工大学，公开资料显示杨永强为华南理工大学教授、博士生导师，主要从事激光快速成型制造、激光材料加工、焊接装备工艺方面的研究。

图6 激光增材制造专利国内主要发明人

5 激光增材制造技术的全球专利诉讼统计

全球激光增材制造技术发生专利侵权诉讼的共有221件，其中地域分布和相关申请人排名如图7、图8所示。

图7 激光增材制造专利侵权诉讼分布

从图7可知，激光增材制造技术的专利侵权诉讼主要发生在日本、印度、美国、欧洲等地，相关专利的转让许可也比较频繁，而我国目前并没有相关侵权诉讼的发生，主要是一些转让和少量许可。这可能与国内专利诉讼案件的整体环境和技术发展程度以及国外申请人的国内布局数量不多有关。从图8中可以看到，涉及诉讼的申请人的案件也并不多，基本都在几件左右，但可以想象，未来激光增材制造技术的大量应用，对制造业的影响力增大，各国申请人为抢占市场低位，相关侵权纠纷也会逐渐增多。

图8 激光增材制造专利侵权诉讼主要申请人

6 结 论

通过对激光增材制造的全球专利的整体情况进行分析可知，激光增材制造产业国内外专利布局已经有一定的规模，国外申请人主要是企业申请人，而国内主要是高校申请人，这也是我国激光增材制造产业处于全球产业链的中低端的一种体现，如何将国内高校的激光增材制造专利技术应用到实际产业中去，是当前国内产业需要急需解决的问题。

对于国内激光增材制造产业发展应加强高校和企业的合作，积极推动产学研等相关项目的落地，同时，重点关注高校重点发明人的技术成果转化以及人才引进工作。另外考虑到国内还没有相关专利的侵权诉讼案件，虽然国外有一些专利侵权诉讼案件，但数量也并不多，考虑到激光增材技术作为一个新技术，其在将来的应用场景的多元化特点，应做好准备，把控好专利文件质量，做好风险排查，在竞争中寻求合作，以更好应对将来可能发生的侵权诉讼风险。