3D打印技術(shù)專(zhuān)利布局現(xiàn)狀及中國(guó)企業(yè)發(fā)展建議

王濤 王科

3D打印又被稱(chēng)為“增材制造”，目前在汽車(chē)、航空航天、生物醫(yī)療、建筑等眾多領(lǐng)域有所應(yīng)用。2012年后，歐盟、美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)紛紛出臺(tái)國(guó)家戰(zhàn)略和規(guī)劃推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)技術(shù)的規(guī)?；褂脤?duì)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生顛覆性的效果。

本文以全球3D打印技術(shù)專(zhuān)利文獻(xiàn)為研究樣本，以期通過(guò)全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、中國(guó)專(zhuān)利布局現(xiàn)狀、全球領(lǐng)先企業(yè)（3D Systems）布局特點(diǎn)揭示3D打印領(lǐng)域布局現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及中國(guó)在該領(lǐng)域?qū)＠季址矫娲嬖诘膯?wèn)題，最終從專(zhuān)利分析的視角為中國(guó)企業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 專(zhuān)利申請(qǐng)揭示技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3D打印思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，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(shè)備（SLA）的專(zhuān)利申請(qǐng)（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(jī)SLA-1立體光固化成型（SLA）打印機(jī)成功推向市場(chǎng)。同年，Scott Crump發(fā)明了熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，并于1989年成立了Stratasys公司。2012年，3D Systems收購(gòu)了3D打印成型機(jī)的開(kāi)發(fā)企業(yè)Z Corporation。

從3D打印技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)（圖1）可知，1985年至今，全球在3D打印領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)超過(guò)12萬(wàn)件。1985—2011年期間專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)幱诜€(wěn)定狀態(tài)，在近30年的時(shí)間里年均申請(qǐng)量近2 000件，平均專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)率為3.6%。

在此期間，除3D Systems、Stratasys、Z Corporation等企業(yè)在該領(lǐng)域積極布局核心專(zhuān)利之外，美國(guó)高等學(xué)府也在該領(lǐng)域積極進(jìn)行研究，美國(guó)得克薩斯大學(xué)的Dechard發(fā)明了選擇性激光燒結(jié)工藝（SLS），美國(guó)麻省理工學(xué)院MIT的EmanualSachs教授發(fā)明了三維打印技術(shù)（ThreeDimensionPrinting，3DP）。除此之外，三菱集團(tuán)、日立集團(tuán)、豐田集團(tuán)、東芝集團(tuán)等日本企業(yè)也進(jìn)行了積極的專(zhuān)利布局。

2012年起，3D打印領(lǐng)域申請(qǐng)量出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，平均增長(zhǎng)率高達(dá)44.3%（由于2017、2018年專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)滯后，因此在計(jì)算增長(zhǎng)率和年均申請(qǐng)量時(shí)未計(jì)入內(nèi)），年均申請(qǐng)量高達(dá)9 000件。除惠普公司、通用電氣公司、西門(mén)子公司、Stratasys等跨國(guó)企業(yè)積極實(shí)施專(zhuān)利申請(qǐng)策略之外，中國(guó)在該階段進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，代表申請(qǐng)人以西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校為主。西安交通大學(xué)教授盧秉恒是我國(guó)3D打印領(lǐng)域最早研究者之一，也是中國(guó)3D打印領(lǐng)域重要的研發(fā)人員和領(lǐng)軍人物。

3D打印是一項(xiàng)不斷發(fā)展的新興技術(shù)，未來(lái)75%的制造企業(yè)將使用3D打印的工具，而3D打印技術(shù)的應(yīng)用將使新產(chǎn)品推出市場(chǎng)的時(shí)間縮短25%。在“工業(yè)4.0”階段，3D打印技術(shù)必將同人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)一同成為未來(lái)發(fā)展的核心。

2 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)現(xiàn)狀

我國(guó)在3D打印領(lǐng)域的起步較晚，20世紀(jì)90年代初華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校積極開(kāi)展研究。從中國(guó)3D打印技術(shù)專(zhuān)利來(lái)源（圖2）可知，10%的中國(guó)專(zhuān)利來(lái)自國(guó)外申請(qǐng)人，90%來(lái)自中國(guó)本土申請(qǐng)人。國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)人中，來(lái)自美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)的專(zhuān)利占比高達(dá)85%，其中來(lái)自美國(guó)的通用電氣、惠普、Stratasys、3D Systems等，來(lái)自日本的精工愛(ài)普生、佳能等，來(lái)自德國(guó)的EOS、CL產(chǎn)權(quán)管理、西門(mén)子等針對(duì)我國(guó)市場(chǎng)實(shí)施了不同程度的布局。

按照省份排名來(lái)看，廣東、江蘇、浙江位列前3，來(lái)自廣東的華南理工大學(xué)、珠海天威飛馬打印耗材有限公司、廣東工業(yè)大學(xué)等，來(lái)自江蘇的蘇州大學(xué)、江蘇大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等，來(lái)自浙江的浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所在3D打印領(lǐng)域積極探索并實(shí)施專(zhuān)利布局策略。

按照城市排名來(lái)看，北京、上海、廣州位列TOP3，來(lái)自北京的北京工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京化工大學(xué)等，來(lái)自上海的上海交通大學(xué)、東華大學(xué)、上海大學(xué)等，來(lái)自廣州的華南理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣州市文搏智能科技有限公司在3D打印領(lǐng)域積極探索并實(shí)施專(zhuān)利布局策略。

通過(guò)本土申請(qǐng)分析看出，我國(guó)3D打印領(lǐng)域申請(qǐng)人以高校為主，企業(yè)在該領(lǐng)域表現(xiàn)不突出。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，企業(yè)申請(qǐng)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(yè)名單，可以發(fā)現(xiàn)雖然以上城市企業(yè)積極進(jìn)行專(zhuān)利布局，但是專(zhuān)利儲(chǔ)備實(shí)力和集中度仍存在較大上升空間。

3 全球領(lǐng)先企業(yè)專(zhuān)利布局啟示

3.1 全球布局趨勢(shì)

3D Systems公司全球范圍內(nèi)布局專(zhuān)利共計(jì)600余件，自1984年首次遞交專(zhuān)利申請(qǐng)以來(lái)，始終處于“震蕩式”布局態(tài)勢(shì)，反映出企業(yè)在該領(lǐng)域不斷進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新、并且不斷突破的過(guò)程（見(jiàn)圖3）。1989年、1999年、2015年、2017年是其專(zhuān)利布局的4次小高峰，結(jié)合市場(chǎng)情況來(lái)看，1989年選擇性激光燒結(jié)（SLS） 技術(shù)正式獲得專(zhuān)利認(rèn)證，2000年發(fā)布首款 Simbionix虛擬現(xiàn)實(shí)外科模擬器，2013年在產(chǎn)品組合中新推出了直接金屬打印（DMP）系列，2014年通過(guò)虛擬手術(shù)計(jì)劃 （VSP）以及領(lǐng)先的 3D 醫(yī)療保健產(chǎn)品和服務(wù)擴(kuò)展了產(chǎn)品組合，2016年Figure 4 SLA技術(shù)立體光固化成型的新一代成果，2018年將數(shù)字光印刷（DLP）添加到其3D打印產(chǎn)品組合中。從時(shí)間軸來(lái)看，3D Systems公司專(zhuān)利布局與市場(chǎng)發(fā)展高度契合。

3.2 全球布局國(guó)家/地區(qū)

3D Systems公司全球布局策略以美國(guó)市場(chǎng)為主，兼顧歐洲和亞洲市場(chǎng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。從數(shù)據(jù)來(lái)看，其對(duì)美國(guó)市場(chǎng)的專(zhuān)利布局比例近50%，其次德國(guó)也是其非常重視的市場(chǎng)國(guó)。針對(duì)亞洲市場(chǎng)，其在日本、中國(guó)、韓國(guó)均實(shí)施了不同程度地布局策略。針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)，自1996年首次遞交申請(qǐng)以來(lái)，陸續(xù)遞交了30余件申請(qǐng)，2006年以后對(duì)中國(guó)市場(chǎng)保持少量穩(wěn)定的布局。

3.3 全球技術(shù)布局

國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)（IPC）提供了一種由獨(dú)立于語(yǔ)言的符號(hào)構(gòu)成的等級(jí)體系，以IPC的視角分析企業(yè)技術(shù)布局特點(diǎn)最為客觀、準(zhǔn)確。

從數(shù)據(jù)來(lái)看，3D Systems公司3/4的專(zhuān)利申請(qǐng)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(shù)）、B28（加工水泥、黏土或石料）。除B部之外，9.5%的專(zhuān)利分布在G部，具體包括G03（攝影術(shù)）、G06（計(jì)算）。除以上分類(lèi)號(hào)之外，進(jìn)一步還涉及C部、A部、H部、F部。

總體來(lái)看，3D Systems專(zhuān)利布局非常全面，具體到各項(xiàng)技術(shù)來(lái)看，成型技術(shù)是其重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，占比32.4%；其次是加熱、冷卻或凝固技術(shù)，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(guān)節(jié)非外科處理的矯形方法/器具等技術(shù)。

3.4 中國(guó)專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)

3D Systems在中國(guó)市場(chǎng)通過(guò)從外部權(quán)利人手中轉(zhuǎn)讓獲得了20件專(zhuān)利（見(jiàn)圖4），尚未向外實(shí)施專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓、許可、質(zhì)押等運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。

2012年，3D Systems公司收購(gòu)Z Corporntion、定制創(chuàng)新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）2家企業(yè)，同年即從Z Corporntion手中實(shí)施專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑑?nèi)容涉及材料體系、測(cè)試圖案和校正方法。2013年從定制創(chuàng)新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）手中實(shí)施專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑑?nèi)容涉及假肢，定制創(chuàng)新股份有限公司（BESPOKE INNOVATIONS INC）是一家醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)業(yè)公司。

亨斯邁（HUNTSMAN）是特殊化學(xué)品的全球制造商及營(yíng)銷(xiāo)商，為多種全球性產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)產(chǎn)品。3D Systems從其手中轉(zhuǎn)讓的專(zhuān)利內(nèi)容主要涉及液態(tài)樹(shù)脂組合物和由其生產(chǎn)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(chǎn)銷(xiāo)售企業(yè)，2015年3D Systems公司從其手中通過(guò)專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓獲得了4件專(zhuān)利，內(nèi)容涉及激光燒結(jié)及粉末組合物。

從專(zhuān)利法律狀態(tài)的角度來(lái)看，以上20件專(zhuān)利中除1件專(zhuān)利由于專(zhuān)利權(quán)屆滿失效之外，其余均處于有效狀態(tài)。

總體來(lái)看，3D Systems是一家專(zhuān)業(yè)的3D打印企業(yè)，其不僅實(shí)施了較為全面的專(zhuān)利布局策略，同時(shí)根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要從市場(chǎng)并購(gòu)、專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓等方面入手不斷完善產(chǎn)品體系和布局維度。

4 建議

3D打印作為一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)，目前尚處于產(chǎn)業(yè)化階段前期，世界各國(guó)積極通過(guò)制定戰(zhàn)略和規(guī)劃推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，無(wú)論是3D Systems、Stratasys、惠普等專(zhuān)業(yè)企業(yè)，還是三菱、日立、通用電氣、西門(mén)子等綜合型企業(yè)均積極通過(guò)技術(shù)研發(fā)、專(zhuān)利布局搶占市場(chǎng)。在這樣的市場(chǎng)環(huán)境下，中國(guó)企業(yè)在市場(chǎng)規(guī)模、專(zhuān)利布局方面均未表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，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(zé)任公司等在中國(guó)企業(yè)專(zhuān)利布局方面表現(xiàn)突出，但與國(guó)際企業(yè)相比差距明顯。

目前，中國(guó)專(zhuān)利市場(chǎng)高校表現(xiàn)較為活躍，國(guó)際企業(yè)尚未在中國(guó)市場(chǎng)實(shí)施全面布局?；诖?，中國(guó)企業(yè)一方面應(yīng)抓住當(dāng)下發(fā)展契機(jī)，以高校技術(shù)實(shí)力為依托，評(píng)估高校專(zhuān)利市場(chǎng)前景，通過(guò)專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)等方式將高校專(zhuān)利產(chǎn)業(yè)化。另一方面需建立國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)跟蹤機(jī)制，提高技術(shù)研發(fā)起點(diǎn)的同時(shí)防范潛在侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

以下通過(guò)對(duì)中國(guó)高校專(zhuān)利進(jìn)行高價(jià)值專(zhuān)利評(píng)價(jià)，篩選出目前處于有效/在審狀態(tài)（截至2018年12月31日），并且尚未實(shí)施任何形式的專(zhuān)利運(yùn)營(yíng)，希望相關(guān)企業(yè)可以進(jìn)一步針對(duì)以下專(zhuān)利進(jìn)行可行性評(píng)估，對(duì)于價(jià)值度較高、市場(chǎng)前景較好的技術(shù)實(shí)施專(zhuān)利成果轉(zhuǎn)化。篩選出的潛在高價(jià)值專(zhuān)利集中在黃文東、盧秉恒、史玉升研發(fā)團(tuán)隊(duì)（表2）。

西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東、國(guó)家科技部3D打印專(zhuān)家組首席專(zhuān)家，主要開(kāi)發(fā)“激光立體成形”的3D打印技術(shù)，與中航飛機(jī)合作解決了C919飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問(wèn)題。

西安交通大學(xué)盧秉恒，中國(guó)工程院院士，快速制造國(guó)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(jī)床等方面的研究。

華中科技大學(xué)史玉升，材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)、湖北省先進(jìn)成型技術(shù)及裝備工程技術(shù)研究中心副主任，研究重點(diǎn)集中于粉末成形技術(shù)。