3D打印技術專利布局現狀及中國企業發展建議

王濤 王科

3D打印又被稱為“增材制造”，目前在汽車、航空航天、生物醫療、建筑等眾多領域有所應用。2012年后，歐盟、美國、中國、日本、韓國等國家和地區紛紛出臺國家戰略和規劃推動技術的發展，未來技術的規模化使用將對傳統制造業產生顛覆性的效果。

本文以全球3D打印技術專利文獻為研究樣本，以期通過全球專利申請趨勢、中國專利布局現狀、全球領先企業（3D Systems）布局特點揭示3D打印領域布局現狀、發展趨勢以及中國在該領域專利布局方面存在的問題，最終從專利分析的視角為中國企業發展提供科學依據。

1 專利申請揭示技術發展趨勢

3D打印思想起源于19世紀末的美國，1985年3D打印之父——Hull Charles W以“UVP INC”的名義提交立體光固化成型設備（SLA）的專利申請（US4575330B1），1986年成立世界首家3D打印公司“3D Systems”，1987年3D Systems將首款3D打印機SLA-1立體光固化成型（SLA）打印機成功推向市場。同年，Scott Crump發明了熔融沉積成型（FDM）技術，并于1989年成立了Stratasys公司。2012年，3D Systems收購了3D打印成型機的開發企業Z Corporation。

從3D打印技術專利申請態勢（圖1）可知，1985年至今，全球在3D打印領域的專利申請超過12萬件。1985—2011年期間專利申請處于穩定狀態，在近30年的時間里年均申請量近2 000件，平均專利申請增長率為3.6%。

在此期間，除3D Systems、Stratasys、Z Corporation等企業在該領域積極布局核心專利之外，美國高等學府也在該領域積極進行研究，美國得克薩斯大學的Dechard發明了選擇性激光燒結工藝（SLS），美國麻省理工學院MIT的EmanualSachs教授發明了三維打印技術（ThreeDimensionPrinting，3DP）。除此之外，三菱集團、日立集團、豐田集團、東芝集團等日本企業也進行了積極的專利布局。

2012年起，3D打印領域申請量出現明顯增長，平均增長率高達44.3%（由于2017、2018年專利申請公開滯后，因此在計算增長率和年均申請量時未計入內），年均申請量高達9 000件。除惠普公司、通用電氣公司、西門子公司、Stratasys等跨國企業積極實施專利申請策略之外，中國在該階段進入快速增長階段，代表申請人以西安交通大學、華南理工大學等高校為主。西安交通大學教授盧秉恒是我國3D打印領域最早研究者之一，也是中國3D打印領域重要的研發人員和領軍人物。

3D打印是一項不斷發展的新興技術，未來75%的制造企業將使用3D打印的工具，而3D打印技術的應用將使新產品推出市場的時間縮短25%。在“工業4.0”階段，3D打印技術必將同人工智能、大數據、物聯網一同成為未來發展的核心。

2 中國專利申請現狀

我國在3D打印領域的起步較晚，20世紀90年代初華中科技大學、西安交通大學、華南理工大學等高校積極開展研究。從中國3D打印技術專利來源（圖2）可知，10%的中國專利來自國外申請人，90%來自中國本土申請人。國外來華申請人中，來自美國、日本、德國、韓國、法國的專利占比高達85%，其中來自美國的通用電氣、惠普、Stratasys、3D Systems等，來自日本的精工愛普生、佳能等，來自德國的EOS、CL產權管理、西門子等針對我國市場實施了不同程度的布局。

按照省份排名來看，廣東、江蘇、浙江位列前3，來自廣東的華南理工大學、珠海天威飛馬打印耗材有限公司、廣東工業大學等，來自江蘇的蘇州大學、江蘇大學、南京航空航天大學等，來自浙江的浙江大學、浙江工業大學、中國科學院寧波材料技術與工程研究所在3D打印領域積極探索并實施專利布局策略。

按照城市排名來看，北京、上海、廣州位列TOP3，來自北京的北京工業大學、清華大學、北京化工大學等，來自上海的上海交通大學、東華大學、上海大學等，來自廣州的華南理工大學、廣東工業大學、廣州市文搏智能科技有限公司在3D打印領域積極探索并實施專利布局策略。

通過本土申請分析看出，我國3D打印領域申請人以高校為主，企業在該領域表現不突出。進一步分析發現，企業申請人主要集中在深圳市、上海市、蘇州市，表1列出了以上城市TOP 3 企業名單，可以發現雖然以上城市企業積極進行專利布局，但是專利儲備實力和集中度仍存在較大上升空間。

3 全球領先企業專利布局啟示

3.1 全球布局趨勢

3D Systems公司全球范圍內布局專利共計600余件，自1984年首次遞交專利申請以來，始終處于“震蕩式”布局態勢，反映出企業在該領域不斷進行研發創新、并且不斷突破的過程（見圖3）。1989年、1999年、2015年、2017年是其專利布局的4次小高峰，結合市場情況來看，1989年選擇性激光燒結（SLS） 技術正式獲得專利認證，2000年發布首款 Simbionix虛擬現實外科模擬器，2013年在產品組合中新推出了直接金屬打印（DMP）系列，2014年通過虛擬手術計劃 （VSP）以及領先的 3D 醫療保健產品和服務擴展了產品組合，2016年Figure 4 SLA技術立體光固化成型的新一代成果，2018年將數字光印刷（DLP）添加到其3D打印產品組合中。從時間軸來看，3D Systems公司專利布局與市場發展高度契合。

3.2 全球布局國家/地區

3D Systems公司全球布局策略以美國市場為主，兼顧歐洲和亞洲市場的知識產權保護。從數據來看，其對美國市場的專利布局比例近50%，其次德國也是其非常重視的市場國。針對亞洲市場，其在日本、中國、韓國均實施了不同程度地布局策略。針對中國市場，自1996年首次遞交申請以來，陸續遞交了30余件申請，2006年以后對中國市場保持少量穩定的布局。

3.3 全球技術布局

國際專利分類（IPC）提供了一種由獨立于語言的符號構成的等級體系，以IPC的視角分析企業技術布局特點最為客觀、準確。

從數據來看，3D Systems公司3/4的專利申請集中在B部，其中85.7%集中在B29（塑料的加工），其次還包括B22（鑄造；粉末冶金）、B33（附加制造技術）、B28（加工水泥、黏土或石料）。除B部之外，9.5%的專利分布在G部，具體包括G03（攝影術）、G06（計算）。除以上分類號之外，進一步還涉及C部、A部、H部、F部。

總體來看，3D Systems專利布局非常全面，具體到各項技術來看，成型技術是其重點關注的內容，占比32.4%；其次是加熱、冷卻或凝固技術，占比20.6%；另外，還包括涂覆模型、型芯或其他基底成型、油墨、由金屬粉末制造工件或制品、圖紋面、骨骼或關節非外科處理的矯形方法/器具等技術。

3.4 中國專利運營

3D Systems在中國市場通過從外部權利人手中轉讓獲得了20件專利（見圖4），尚未向外實施專利轉讓、許可、質押等運營活動。

2012年，3D Systems公司收購Z Corporntion、定制創新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）2家企業，同年即從Z Corporntion手中實施專利轉讓，內容涉及材料體系、測試圖案和校正方法。2013年從定制創新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）手中實施專利轉讓，內容涉及假肢，定制創新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）是一家醫療設備的創業公司。

亨斯邁（HUNTSMAN）是特殊化學品的全球制造商及營銷商，為多種全球性產業提供基礎產品。3D Systems從其手中轉讓的專利內容主要涉及液態樹脂組合物和由其生產固化制品或三維成型制品方法。

威士伯公司（VALSPAR SOURCING INC）是一家涂料生產銷售企業，2015年3D Systems公司從其手中通過專利轉讓獲得了4件專利，內容涉及激光燒結及粉末組合物。

從專利法律狀態的角度來看，以上20件專利中除1件專利由于專利權屆滿失效之外，其余均處于有效狀態。

總體來看，3D Systems是一家專業的3D打印企業，其不僅實施了較為全面的專利布局策略，同時根據企業發展需要從市場并購、專利轉讓等方面入手不斷完善產品體系和布局維度。

4 建議

3D打印作為一項顛覆性的技術，目前尚處于產業化階段前期，世界各國積極通過制定戰略和規劃推動技術發展，無論是3D Systems、Stratasys、惠普等專業企業，還是三菱、日立、通用電氣、西門子等綜合型企業均積極通過技術研發、專利布局搶占市場。在這樣的市場環境下，中國企業在市場規模、專利布局方面均未表現出優勢，珠海天威飛馬打印耗材有限公司、寧夏共享模具有限公司、湖南華曙高科技有限責任公司等在中國企業專利布局方面表現突出，但與國際企業相比差距明顯。

目前，中國專利市場高校表現較為活躍，國際企業尚未在中國市場實施全面布局。基于此，中國企業一方面應抓住當下發展契機，以高校技術實力為依托，評估高校專利市場前景，通過專利運營等方式將高校專利產業化。另一方面需建立國際領先企業技術跟蹤機制，提高技術研發起點的同時防范潛在侵權風險。

以下通過對中國高校專利進行高價值專利評價，篩選出目前處于有效/在審狀態（截至2018年12月31日），并且尚未實施任何形式的專利運營，希望相關企業可以進一步針對以下專利進行可行性評估，對于價值度較高、市場前景較好的技術實施專利成果轉化。篩選出的潛在高價值專利集中在黃文東、盧秉恒、史玉升研發團隊（表2）。

西北工業大學黃衛東、國家科技部3D打印專家組首席專家，主要開發“激光立體成形”的3D打印技術，與中航飛機合作解決了C919飛機鈦合金結構件的制造問題。

西安交通大學盧秉恒，中國工程院院士，快速制造國家工程研究中心主任，主要從事快速成形制造、微納制造、生物制造、高速切削機床等方面的研究。

華中科技大學史玉升，材料科學與工程學院副院長、湖北省先進成型技術及裝備工程技術研究中心副主任，研究重點集中于粉末成形技術。