國(guó)內(nèi)主要高校3D打印技術(shù)研發(fā)與專利情況綜述

莊麗麗國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心機(jī)械部

國(guó)內(nèi)主要高校3D打印技術(shù)研發(fā)與專利情況綜述

莊麗麗國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心機(jī)械部

本文介紹了3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程以及在未來(lái)制造業(yè)中的重要地位，并介紹了國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)領(lǐng)域的主要研發(fā)團(tuán)隊(duì)、其專利申請(qǐng)量情況以及產(chǎn)業(yè)化情況。

3D打印；快速成型；專利

1 、前言

3D打印技術(shù)，是通過(guò)“打印機(jī)”采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來(lái)生成3D實(shí)體。這項(xiàng)技術(shù)自20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)以來(lái)，逐漸成為科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司的研發(fā)熱點(diǎn)，該技術(shù)經(jīng)歷了由第一代的打印模型和開(kāi)發(fā)模具到第二代生產(chǎn)航空航天領(lǐng)域的高精度功能性產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入第三代發(fā)展階段，即將3D打印技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器人、智能材料等其他先進(jìn)技術(shù)結(jié)合，成為智能制造平臺(tái)的一部分。在《中國(guó)制造2025》規(guī)劃中，3D打印機(jī)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)重要方向。政策的鼓勵(lì)、產(chǎn)業(yè)空間的不斷擴(kuò)大都將有效推動(dòng)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)資源在世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中所占份額是十分巨大的，西方國(guó)家許多大型跨國(guó)公司都十分注重實(shí)施企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略。面對(duì)3D打印這一熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司在該領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)十分必要。本文將分析國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)領(lǐng)域主要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量情況、核心發(fā)明人以及產(chǎn)業(yè)化情況，為國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司未來(lái)進(jìn)行3D打印技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)提供參考。

2 、國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)

國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)的發(fā)展從高校，如清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)等開(kāi)始研發(fā)，并逐漸有產(chǎn)業(yè)化公司出現(xiàn)。

2.1 華中科技大學(xué)

華中科技大學(xué)從2001年開(kāi)始進(jìn)行3D打印領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，早期專利申請(qǐng)集中在快速制造設(shè)備和方法，如中國(guó)專利申請(qǐng)CN1283578A、CN1298780A、CN1476956A。自2005年開(kāi)始，主要研究領(lǐng)域集中在零件、模具、高分子材料的激光和離子束制造設(shè)備和制造方法，尤其側(cè)重于金屬零件、高分子復(fù)合材料、陶瓷材料、高溫塑料的3D打印制造以及設(shè)備中的軟件和控制。目前華中科技大學(xué)在3D打印領(lǐng)域申請(qǐng)量有70余件，其中的核心發(fā)明人包括史玉升、曾曉雁、王澤敏、魏青松等。

以史玉升為核心的快速制造中心利用基礎(chǔ)研究成果，通過(guò)武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司將3D打印技術(shù)進(jìn)一步向商業(yè)化推進(jìn)，該公司現(xiàn)已能夠生產(chǎn)LOM、SLS、SLA、SLM、3DP等不同成型原理的3D打印設(shè)備，已經(jīng)成長(zhǎng)為目前較為成熟的3D打印技術(shù)自主研發(fā)和生產(chǎn)單位。

2.2 清華大學(xué)

清華大學(xué)3D打印技術(shù)起步較早，被業(yè)界譽(yù)為“中國(guó)3D打印第一人”的清華大學(xué)教授顏永年，在1990年前后就成立了國(guó)內(nèi)首個(gè)快速成形實(shí)驗(yàn)室，并建立了清華大學(xué)激光快速成形中心。顏永年是清華大學(xué)申請(qǐng)的首個(gè)3D打印發(fā)明專利（公開(kāi)號(hào)：CN1163807A）的發(fā)明人之一。自1997年開(kāi)始，清華大學(xué)在3D打印領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要集中在通用制造設(shè)備、高精密制造設(shè)備、3D打印粉末材料制備技術(shù)、粉末噴頭/鋪平/供給設(shè)備、加工工藝改進(jìn)方面，共申請(qǐng)3D打印領(lǐng)域?qū)＠?0余件，其中的核心發(fā)明人包括林峰、顏永年、張婷、張磊等。

值得一提的是，以清華大學(xué)顏永年為核心的江蘇永年激光成形技術(shù)公司同清華大學(xué)達(dá)成合作，形成了產(chǎn)學(xué)研的研發(fā)體系，推動(dòng)了中國(guó)3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

2.3 西安交通大學(xué)

西安交通大學(xué)申請(qǐng)的第一件3D打印專利申請(qǐng)?jiān)?998年（公告號(hào)CN2293414Y，專利權(quán)已終止），現(xiàn)在已經(jīng)累計(jì)申請(qǐng)相關(guān)專利90余件，其核心發(fā)明人包括盧秉恒、李滌塵、曹毅、田小永，楊春成等。自2006年開(kāi)始，西安交通大學(xué)在3D打印領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要集中在塑料材料成形設(shè)備和方法、光固化裝置、陶瓷材料成形工藝、彩色三維打印設(shè)備、送絲頭/噴頭等方面。

西安交通大學(xué)于1994年成立先進(jìn)制造技術(shù)研究所，并以盧秉恒院士為學(xué)術(shù)帶頭人，同時(shí)作為陜西恒通智能機(jī)械有限公司的技術(shù)支持，該公司致力于研制和生產(chǎn)激光快速成型設(shè)備、快速模具設(shè)備及三維反求設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了將西安交通大學(xué)在3D打印領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果向商業(yè)化產(chǎn)品方面的轉(zhuǎn)化。

2.4 北京航空航天大學(xué)

北京航空航天大學(xué)王華明教授是激光增材制造領(lǐng)域?qū)＜?，尤其在鈦合金結(jié)構(gòu)激光快速成形工藝、設(shè)備方面具有多年的研究經(jīng)驗(yàn)，在大飛機(jī)等國(guó)家重大裝備制造業(yè)領(lǐng)域做出了較高的研究成果，為3D打印在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用做出了突破性貢獻(xiàn)。北京航空航天大學(xué)在3D打印領(lǐng)域公開(kāi)申請(qǐng)有8篇。

2.5 西北工業(yè)大學(xué)

西北工業(yè)大學(xué)在3D打印領(lǐng)域的專利申請(qǐng)自2003年開(kāi)始，目前已有30余件專利申請(qǐng)，其核心發(fā)明人包括黃衛(wèi)東、林鑫、于忠、于建政等。西北工業(yè)大學(xué)的研究方向包括非勻質(zhì)器件的制造設(shè)備和方法、生物陶瓷材料3D打印設(shè)備、噴頭結(jié)構(gòu)等方面。

西北工業(yè)大學(xué)教授黃衛(wèi)東在激光立體成形的專利方面已獲得10余項(xiàng)專利，并通過(guò)與中航飛機(jī)股份有限公司合作，將3D打印研究成果用于航空領(lǐng)域的零件制造，使國(guó)內(nèi)航空領(lǐng)域的制造裝備達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

3 、未來(lái)3D打印技術(shù)展望

經(jīng)過(guò)多年的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)3D打印行業(yè)在設(shè)備、材料、軟件等核心領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一定程度的自給，但距離歐美的裝備水平還有一定差距。尤其是自1997年開(kāi)始，3D Systems和Stratasys分別作為申請(qǐng)人在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)專利均在60件以上，說(shuō)明兩大行業(yè)巨頭已經(jīng)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了專利布局，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)、商業(yè)公司需要更加積極主動(dòng)地進(jìn)行3D打印技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)以及專利布局，這樣才能夠在未來(lái)的3D打印領(lǐng)域占據(jù)一席之地。未來(lái)，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司應(yīng)立足于突破增材制造專用材料和增材制造裝備及核心部件，如細(xì)粒徑球形鈦合金粉末、高溫合金、高性能陶瓷、光敏樹(shù)脂、生物活性陶瓷材料以及大型激光/電子束制造裝備、光固化成形裝備、高品質(zhì)電子槍及高速掃描系統(tǒng)、大功率激光掃描振鏡、陣列式高精度噴嘴/噴頭，促進(jìn)國(guó)內(nèi)的3D打印技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并逐步取得國(guó)際市場(chǎng)的市場(chǎng)份額。