国内外3D打印技术专利实证分析

作者 | 金淋 湖南省益阳市资阳区人民法院

一、技术背景

3D打印技术，也称3D立体打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3D打印技术方便快捷，与传统的制造业相比有着显著的优势，通过将众多二维平面有机组合成三维立体模型，外加精细分工，实现产品一体化生产。既节约了材料、减少了工序，又降低了制作成本和时间成本。且3D打印不需要太大的厂房、不需要过多的工人，生产潜力巨大。理论上，3D打印技术可以通过3D打印机制作任何产品，只要这个物品能立体的呈现出来，外加材料齐全，就有被打印出来的可能性，如打印各类玩具、生活用品，甚至是机器人、小汽车。自从印刷术发明以来，打印二字就被赋予神奇的色彩，打印机的名称虽然通俗，但承载着文化传承的重任，那为什么取名3D打印机，因其同普通打印机的工作原理相似，在分层加工上有异曲同工之妙。目前，3D打印技术正蓬勃发展、日臻成熟。

二、检索平台及策略

1、检索工具及时间：Innography专利检索分析平台：http://ap1.innography.com，检索日期：2013-07-01，共检索到专利7406件。

2、检索平台介绍：2009年，Dialog推出知识产权信息的分析利器-Innography，Innography的数据内容包括：专利信息--可以查询和获取90多个国家的同族专利、法律状态查询及专利原文；美国专利诉讼--包含PACER(美国联邦法院电子备案系统）全部专利诉讼部分；公司财务数据--来自D&B(邓白氏)以及美国证券交易委员会公司情况；美国商标--全美商标注册信息 Innography的平台特色：首创专利强度指标方便快速挖掘高强度专利；独一无二的专利无效检索与侵权检索；专利诉讼检索与分析；创新的专利气泡图、热力图分析等。

三、3D打印技术相关专利实证分析

（一）专利申请年度趋势

专利年度趋势分析：通过统计每一年的专利申请量，可以看出一个国家、产业或者企业专利申请的年度变化趋势，并可依此判断，该特定技术领域的年度发展趋势以及该主体的研发投入情况。

将申请量按照优先权年进行统计，得到以上的专利申请年度趋势图。3D打印技术的专利申请开始于1953年，由于专利申请涉及的年份过多，而且1953年到1994年的专利申请人相对而言比较少，所以将其体现在图上。1953-1994年可以说是3D打印技术的萌芽以及一个缓慢发展的阶段，从1953年的只有一件专利申请到1994年的104件专利中间经过了一个非常漫长的阶段，而在这近四十年的时间里，专利数量的增长是十分比较慢的。直到1995年开始，专利申请量突破了200件，而从1995年到2002年专利数量虽然增加了近300件，但是我们从图上可以看出增长的趋势是非常平缓的，没有一个急速增长的过程。从2003年的479件专利申请再到2010年的467件专利申请数量上几乎没什么大变化，中间的几年专利申请量也是有增有减，但是起伏都不大，2011年有一个稍微大幅度的降低，专利数量降为了261件，2012年只有55件，从图上以及我们之前 的分析也可以看出3D打印技术的发展过程算是比较特殊，没有一个快速发展的过程然后就进入了几个平稳期，那是不是在平稳期过后也就意味着技术走向了衰落期。我们还必须要考虑到专利文献时滞对分析数据的影响，专利申请到公开有时间间隔，且不同的国家和地区对此规定不一，因此这两年的申请的公开数量是不完全的，并不能完整地准确反映这两年3D技术的进展与发展趋势，有待对该技术进行后续的跟踪发现。

（二）专利技术应用国分析

对申请量进行应用国（source jurisdiction），得到一个专利应用国的世界地图，我们可以知道3D打印技术专利申请的一个大致的区域分布范围。上表对技术应用国的专利所占比例进行了一个具体统计。在美国的专利申请量是最多的，达到1883件，约占总专利数的25.43%。美国是3D打印技术研发领先、实力最雄厚的国家。排在第二位的是日本，在日本3D打印技术专利的申请量为1258件，占整个专利数的16.54%。在欧洲申请的专利为992件，排在第三位。欧洲、日本的实力也不容小觑其他3D打印技术各主要技术应用国为中国、德国、澳大利亚、加拿大、韩国、英国等。在这些国家的专利申请量多，说明本国或是地区比较重视3D打印技术的研发、研发能力比较强，而且比较注重对技术的保护、专利意识较强。另一方面很重要的是说明这些国家或地区是3D打印技术发展的大市场或是蕴藏的巨大的市场潜力，所以其他国家或地区纷纷在此申请专利、进行专利布局。

（三）主要专利权人及其竞争力分析

1、对世界范围3D打印技术领域的专利权人进行分析

上图是对世界范围内排名前15的专利权人按照专利数量形成的一个分布图。专利数量最多的是美国的3D系统公司，其专利申请量为661件，约占总专利量的8.92%，紧随其后的是德国的EOS电子光学系统股份有限公司，其专利申请量为436件，所占比例为5.89%。来自美国的斯特拉塔西斯公司以355件的专利量排在第五位，占比4.76。而世界排名前15的专利权人中有7个来自美国，4个来自德国，3个来自日本，一个来自瑞典，说明这个国家在3D打印领域的研发能力是比较强的，其研发创新能力比较活跃。

(注：innography自带的气泡图，用于竞争者差距分析。颜色区别专利权人、气泡大小代表专利数量、横坐标代表技术综合指标、纵坐标代表企业实力指标) 

上图是对世界范围内排名前15的专利权人的竞争力进行统计分析的气泡图。从图上我们可以看出来，3D系统公司不仅是专利数量最多的，而且其技术的专利性即其专利的质量也是最高的，企业的实力也非常强，从图上可以看出来3D系统公司在3D打印技术领域无疑是竞争力最强的。其次专利数量排在第二位的EOS电子光学系统股份有限公司其企业的综合实力几乎是排在倒数几位了。专利申请量排在第三位的斯特拉塔西斯公司其专利的质量排在第二位，但是与排在第一位的3D系统公司公司差距比较大。单从企业的综合实力来看，索尼无疑是最强的，但是其专利数量不多，像索尼这种大公司如果想在3D打印技术领域寻求更大的发展，可收购EOS电子光学系统股份有限公司这种专利数量很多但是企业综合实力比较弱的公司亦或与其进行合作。

2、国内3D打印技术领域的专利权人进行分析

从上图可知，国内3D打印技术领域的专利权人专利数量排在第一位的是浙江大学，其专利申请量为14件，华中科技大学以12件专利排在第二，排在第三的是深圳市泛彩溢实业有限公司。南京师范大学、华南理工大学、浙江科技学院、TCL集团、鸿海精密工业股份有限公司、黑龙江科技学院和湖南美纳科技有限公司分别排在第四到第十位。从图中我们可以看出来国内3D打印技术领域的专利权人的专利数量是非常少的，专利量最多的浙江大学也就占整个专利数量的0.19%，而世界范围内排名前15的专利权人中，排在第一的3DSystems公司专利数量为661件，而排在第15位的想象科技有限公司专利数量也达到了76件。所以说国内3D打印技术领域的创新活动还不是很活跃。从专利权人的构成来看，国内3D打印技术领域的专利权人中有6个是高校，说明国内3D打印技术产业化的基础比较薄弱。

国内的3D打印技术专利权人主要是高校，所以浙江大学、华中科技大学等在气泡图上显示出来的“企业实力”这一样指标的指都差不多，都不高。从技术的综合指标来看，排在第一位的是华中科技大学，第二的是浙江大学，排在第三位的是南京师范大学，这几所高校不仅专利的数量排在最前面，而且专利的质量也非常的高。在这些专利权人中企业实力最强的就是鸿海精密工业股份有限公司和亚洲光学股份有限公司。

（四）主要发明人分析

上图是按专利申请量进行统计排名前20的发明人专利数分布图。前20的主要发明人专利总和为976件。专利量排名第一的是来自德国想象科技公司的Maik Grebe，其专利申请为126件，约占主要发明人专利总和的12.91%。排在第二的同样是德国想象科技公司的Sylvia Monsheimer，专利申请量为77件，占主要发明人专利总和的7.89%。Franz-Erich Baumann以64件的专利申请排在第三，他同样是来自德国想象科技公司，所以说德国想象科技公司在专利权人的竞争中有非常大的人才优势。排名前20的发明人中没有中国发明人，说明中国3D打印技术研发能力比较强的技术人员很少，创新能力有待提高。在下面对3D打印技术中国发明人专利申请量排名前10的发明人进行一个简单的统计分析。

从上图中可以知道，在3D打印技术国内发明人中专利申请量中排名并列第一的是浙江大学的刘旭和李海峰，但他们的专利量非常少，只有9件。排在第三位的是湖南美纳科技有限公司的徐小曙，拥有8件专利。范诚、蔡志森、江朝川、岳东孙磊等人在3D打印领域也有少量的专利申请。总的来说，在3D打印领域国内发明人的研发创新能力与国外发明人相比存在一定的差距。

（五）3D打印技术IPC分析

对IPC 分类号进行统计分析，可得知该领域各个时期研发能力的分布，以及各类专利申请在技术领域中所占的比重，了解各类技术研发成熟度，进而明确技术的发展趋势。

从图一可以看出，国外的3D打印技术的侧重点主要集中在B29C 67/000、B29C 35/000、B22F 03/000、G02B 27/000、G03F07/000等大组中。其中B29 C67/000 技术领域占有量最多，占有率高达34.6%，主要是关于3D打印的特定技术的研究。此外，沉积材料或剥离成型的方法及设备、金属粉末制造工艺方法及设备、3D打印机的制造及生产、三维立体图形的数据处理设备或方法等都是国外的研究重点。这说明国外3D打印除了关注成型技术的开发外，主要侧重点在设打印备，比如打印机、成像设备、数据处理设备及工艺流程的优化。其技术主题是通过研发新的成型材料、成型工艺及打印设备，扩大技术的应用范围、简化工艺、降低成本，使打印设备实用化，提高打印制品的精准度。

国内3D打印技术的技术构成与国外相比，排在第一位的都是B29 C67/000，3D打印的特定技术，不同的是国内研究第二集中技术领域是B22F 03/000，关于金属粉末制造工艺方法及设备。B29C 67/000、B29C 35/000、B22F 03/000、G02B 27/000、G03F07/000这几个技术领域在国内外的研究中都是重合的，说明国内外在3D打印技术中研究的侧重点或是说创新活动比较活跃的技术领域都是差不多的。

四、结论及建议

通过以上对3D打印技术的信息统计分析，可得出如下结论，供国内相关企业及研发人员参考：

（一）3D打印技术引发深刻变革

技术引领未来，3D打印技术的崛起也将引发多方面的深刻变革：第一是制造工艺深刻变革，这是对原有制造工艺及生产方式的历史性改变；第二是制造技术质的飞跃，3D打印技术是多项高科技的完美结合，它是多方学科融合的产物，此项技术的成熟将推动制造产品巨大的腾飞；第三制造模式彻底颠覆，3D打印技术在未来可能会颠覆第二次工业革命的生产方式和运营模式，将制造模式变更为社会化制造（即专产专销、个性定制、没有库存）。

（二）3D打印技术面临巨大挑战

挑战与机遇并存，一项技术的成熟需要时间，成熟的技术投入生产进军市场也需一个周期。目前，3D打印技术仍面临着众多挑战：一是投入成本过高，3D打印设备较为昂贵，且材料价格不菲；二是打印材料受到局限，材料受现有技术的影响，适用范围较小；三是打印效果不甚理想，生产效率偏低、生产速度偏慢、生产精度偏差；四是知产保护难以到位，产品易被复制和模仿，3D打印技术推广后可能对产品的知产保护将更加困难；五是主流市场尚不成熟，3D打印技术本身尚未成熟，也未有一个稳定的市场基础，现阶段仍处于概念炒作。从技术成熟到市场成熟可能需5到10年，甚至更长的时间。

（三）3D打印技术前景依旧光明

随着科学技术的发展，智能家居、智慧城市的兴起，智能制造的逐步成熟，3D打印技术也愈加成熟，其市场和潜力也将越来越大，其优势地位也将更加明显。一是品质升级，方便快捷；二是形式翻新，材料多样；三是降低成本，操作便捷；四是融入网络，软件服务；五是拓展领域，创新引领。

随着3D打印技术的兴起，随之是一系类的商业及服务产业应用而生，将衍生出新产业和创造出新的商业模式，3D打印技术的广泛运用将促进企业和市场趋向合理化发展，客户对产品个性化的需求将得到最大程度的满足，互联网+打印的应用将进一步拉近客户与企业的距离，生产销售渠道将进一步畅通，互联网、物联网的更新升级将是大势所趋。3D打印技术的到来将使生产和商业模式发生翻天覆地的变化。

一言以蔽之，前途是光明的，道路是曲折的。从长远来看，3D打印技术前景广阔、潜力无限。从当下来说，3D打印技术尚未成熟，国内3D打印技术基础较薄弱，市场亦不成熟，短期内难以有跨越性的发展，既不能高估也不可低看。现阶段国内3D产业应以创新研发、技术储备为主，坚持引进来和走出去相结合，注重知识产权保护，力争在未来守住国内市场的同时，在国际市场上也能占有一席之地。切勿受概念炒作影响，大手笔投资、大规模生产，如此将会产生资金难以回笼、资金回报率低等风险，需牢记“投资有风险，出手需谨慎”的十字箴言。

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