數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)專利分析

王 浩 田佳陽(yáng)（等同第一作者）

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津300300）

數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)，屬于“液態(tài)樹脂光固化成型”中的重要一類，DLP3D 技術(shù)由SLA 技術(shù)發(fā)展而來(lái)，它采用高分辨率的數(shù)字處理器投影儀替代SLA 激光來(lái)逐層光固化液態(tài)聚合。[1]由于采用數(shù)字處理投影儀來(lái)引入光源，該種成型方法可以實(shí)現(xiàn)每層成型給一個(gè)面，因此，該種成型方法比同類SLA 技術(shù)要快。[2]同時(shí)，該種技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細(xì)節(jié)和表面粗糙度等方面可達(dá)到注塑成型的精度。基于DLP 技術(shù)發(fā)展出的3D 打印系統(tǒng)由以下幾部分組成：DLP 投影系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及具有控制和運(yùn)算能力的主控系統(tǒng)。DLP 投影技術(shù)中使用的數(shù)字微鏡器件(digital micro-mirror device，DMD)芯片為該類型3D 打印的提供光源，在選擇芯片型號(hào)時(shí)要根據(jù)打印尺寸、打印精度、打印速度以及光源波長(zhǎng)選擇適合的芯片。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

為了研究數(shù)字光處理3D 打印相關(guān)專利技術(shù)的發(fā)展情況，結(jié)合專利審查工作經(jīng)驗(yàn)，筆者通過(guò)比較準(zhǔn)確的關(guān)鍵詞，在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局S 系統(tǒng)中的CNABS、DWPI 和SIPOABS 數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索。在國(guó)際專利分類表（IPC）中，數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的分類號(hào)比較集中，主要集中在為B29C64、B29C67、B33Y 中，以上分類號(hào)涵蓋了數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的所有專利。在以上分類號(hào)的基礎(chǔ)上，以數(shù)字光處理、數(shù)字光、digital light、digital light processing、DLP 等關(guān)鍵詞進(jìn)行限定，得到相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)。獲得檢索結(jié)果后進(jìn)行降噪處理，采用不同的檢索方式以及各種算符命令確保檢索的全面性以及準(zhǔn)確性，并利用S 系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)命令和Excel 對(duì)該領(lǐng)域的全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)據(jù)和中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。截止到2019 年5 月16 日，全球關(guān)于數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的專利數(shù)量擁有1071 件。

2 全球?qū)＠暾?qǐng)概況

圖1 全球申請(qǐng)量趨勢(shì)

圖2 國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人

在國(guó)際專利分類表（IPC）中，數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的分類號(hào)比較集中，主要集中在為B29C64、B29C67、B33Y 中，以上分類號(hào)涵蓋了數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的所有專利。在以上分類號(hào)的基礎(chǔ)上，以數(shù)字光處理、數(shù)字光、digital light、digital light processing、DLP 等關(guān)鍵詞進(jìn)行限定，得到相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，截止到2019 年5 月16 日，全球關(guān)于數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的專利數(shù)量擁有1071 件。

圖1 給出了20 世紀(jì)1996 年至今的數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)全球申請(qǐng)趨勢(shì)。參見圖1，不難看出，2000 年至2019 年數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，2013 年以前申請(qǐng)量較少，在此期間對(duì)數(shù)字光處理（DLP）3D打印技術(shù)的研究正處于起步階段。數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)發(fā)展晚于立體光固化（SLA）3D 打印技術(shù)，這是因?yàn)閿?shù)字光處理硬件尚未不成熟，無(wú)法形成優(yōu)于SLA3D 打印的精度及速度。隨著數(shù)字光投影硬件技術(shù)的不斷成熟，數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)得到了一定的硬件技術(shù)支撐，在2007-2013 年期間完成了充分理論和技術(shù)積累。從2014 年起，隨著增材制造技術(shù)在航空航天、特種工程材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，全球申請(qǐng)量開始出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，并在2017 年達(dá)到最大申請(qǐng)量，隨后出現(xiàn)一定程度回落。這可能是該技術(shù)在全球范圍在制造精度、生產(chǎn)效率等方面出現(xiàn)了技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致專利申請(qǐng)數(shù)量下降。

2014 之后中國(guó)的申請(qǐng)量尤為突出，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量占到了全球申請(qǐng)量的一半以上。雖然中國(guó)在增材制造領(lǐng)域起步較晚，但隨著國(guó)家對(duì)高端制造業(yè)的逐步重視，我國(guó)在數(shù)字光處理（DLP）3D打印技術(shù)上取得了長(zhǎng)足進(jìn)步和發(fā)展。

3 國(guó)內(nèi)重要申請(qǐng)人分析

圖2 給出了國(guó)內(nèi)數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的專利申請(qǐng)人類型分布。從圖中可以看出，與數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的專利申請(qǐng)主要來(lái)自企業(yè)申請(qǐng)，占國(guó)內(nèi)總申請(qǐng)量的61%。目前，由于特種材料的廣闊市場(chǎng)需求，企業(yè)參與、投入數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)研發(fā)的熱情較高。國(guó)內(nèi)申請(qǐng)中，來(lái)自大專院校的申請(qǐng)占國(guó)內(nèi)申請(qǐng)總量的26%。隨著高校科研隊(duì)伍的發(fā)展，各種大專院校承擔(dān)的國(guó)家或企業(yè)科研項(xiàng)目的數(shù)量也在逐年增長(zhǎng)，特別是高端裝備制造業(yè)領(lǐng)域，企業(yè)也廣泛的開展與大專院校相關(guān)專業(yè)的橫向合作項(xiàng)目，這種項(xiàng)目合作為該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展儲(chǔ)備了人才。數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的基本原理簡(jiǎn)單，但在此基礎(chǔ)上進(jìn)行具有突破性的技術(shù)改進(jìn)需要設(shè)計(jì)較多交叉學(xué)科（光學(xué)、控制、圖像處理等）的專業(yè)知識(shí)的積累和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因而個(gè)人申請(qǐng)往往價(jià)值不高。

值得注意的是，3D 系統(tǒng)公司在我國(guó)也保有一定申請(qǐng)日較早的專利申請(qǐng)量，其專利價(jià)值較為突出，價(jià)值度9-10 的專利比重達(dá)到約75%，遠(yuǎn)優(yōu)于一般國(guó)內(nèi)企業(yè)。這也在一定程度上反映了國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人與國(guó)外申請(qǐng)人相比在DLP3D 打印技術(shù)領(lǐng)域儲(chǔ)備及專利布局上還存在一定差距，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求在關(guān)鍵技術(shù)手段上進(jìn)一步加大力度。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)高端制造業(yè)、特種加工技術(shù)等方面存在巨大市場(chǎng)。而數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)具有單層固化速度快、打印精度高、裝置結(jié)果簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在制作高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高的特種制件方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)的方向主要集中在：擴(kuò)展DLP 打印原料、優(yōu)化切片圖層處理方法、脫模方法、提高打印精度和效率、擴(kuò)大用途、優(yōu)化曝光方法等方面。同時(shí)，對(duì)于這種特種加工技術(shù)，我國(guó)應(yīng)加大研發(fā)投資力度，促進(jìn)與高校、研究院所與企業(yè)合作，以市場(chǎng)為導(dǎo)向引導(dǎo)高校等優(yōu)質(zhì)科研力量的研發(fā)方向，以優(yōu)質(zhì)科研力量促進(jìn)市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，數(shù)字光處理（DLP）3D 打印技術(shù)這種特種加工技術(shù)必然會(huì)進(jìn)一步完善并廣泛應(yīng)用，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中體現(xiàn)高度價(jià)值。