浙江3D打印产业发展状态的思考与建议——基于3D打印技术专利的分析

姜胜建 范理 徐飞兵 包海波 王鹏

专利竞争态势

通过对3D打印技术全球专利的优先权①申请人在《巴黎公约》一个缔约国第一次提出申请后，可以在12个月或6个月的期限内就同一主题向其他缔约国申请保护，其在后申请在一定程度上被视为是在第一次申请的申请日时提出的。国家/区域进行分析（图1），反映全球主要国家/地区3D打印技术的研发实力以及竞争态势。

美国（占51.49%）凭借先发优势，在优先权专利的数量和质量两方面均远远超过其他国家和地区，拥有数量最多的申请人，是多种3D打印技术专利的最早申请国；欧洲专利局（含德国，占15.58%）在3D打印的材料和设备两大关键技术上拥有全球领先的优先权专利部署；日本（占4.35%）利用传统打印技术的优势，在打印机喷头等方面具有一定技术优势，在设备零部件等外围进行优先权专利布局；中国（占9.36%）3D打印技术早期主要集中在大学，在工业模具、人体牙齿、骨骼等领域应用的优先权专利较多。

中国3D打印技术专利申请自2003年起呈现快速增长趋势，且国外优先权进入中国申请专利的增长率快于国内申请人的首次申请。三种专利申请中发明、实用新型、外观设计分别占77%、21%、2%，专利授权中分别占61%、35%、4%，表现出结构合理、全面保护的态势。这其中，国内专利授权（502件）的57%为发明、39%为实用新型、4%为外观设计；国外来华专利授权（83件）的88%为发明（另有实用新型8件、外观设计2件），专利稳定性及技术含量更高。

国内3D打印专利申请人主要分布在北京、陕西、江苏、广东、湖北、上海、浙江、辽宁等省份，其中浙江专利申请量居全国第7位。

全球3D打印专利总体上呈现“美国主导、欧洲协同发展、日本追随、中国后发”的基本格局，美、欧是全球3D打印主要研发力量，国外3D打印巨头正加紧到中国布局专利。从整体上看，浙江具有一定专利实力，但专利质量有差距，应当加强技术研发与专利布局，把握新兴产业发展的机遇。

产业发展状态与定位

3D打印技术在上世纪90年代已开始在国外快速发展，早期LOM技术的专利申请占比较多，从2002年开始FDM、SLS、SLA技术的专利申请占比开始明显增多，LOM技术专利申请占比迅速下降，表明LOM技术已经发展成熟，而FDM、SLS、SLA三种技术成为新的研究热点。中国申请中，SLA、LOM、SLS、FDM、3DP五种技术占所有3D打印技术专利申请量的70.38%。

考察浙江企业使用最为广泛的SLA技术和FDM技术，从设备、工艺、零部件、材料、应用领域这条产业链进行标引，前者成型精度较高，适合制作较大尺寸工业级的复杂产品模型和精密零件，成型工艺专利相对较多；而后者适合制作成型精度低、成本也较低的小尺寸桌面级产品，零部件专利较多，说明SLA技术的成型工艺还有研发空间，属于研究的热点，而FDM技术的成型工艺已较为成熟，研究热点在FDM成型设备的零部件，例如挤出喷头、传动机构等的改进，以提高产品成型质量。在成型材料方面，两种技术的中国专利都很少，SLA采用的光敏树脂技术掌握在国外大公司手中，我国主要依靠进口，而FDM主要采用ABS、尼龙丝等现有材料，国内SLA、FDM领域的成型材料属于技术空白点，是薄弱环节。应用领域专利申请中，SLA技术的工业应用专利最多、FDM技术的医学和消费品应用专利最多。

图1 全球3D打印技术专利最早优先权国别分布

图2 主要3D打印技术中国专利申请趋势

浙江3D打印专利申请始于2003年，在SLA（36.5%）和FDM（15.4%）技术领域相对具有优势。排名靠前的申请人中宁波快科在SLA领域、六维齿科在SLS领域、杭电在LOM领域、浙大在FDM领域、浙工大在SLM领域具有一定技术优势。浙江高校中，浙江大学偏重于基础研究，浙江工业大学在医学应用领域的SLA、SLS技术较多并已产业化；浙江企业多偏重于开源技术的FDM原理桌面级打印机生产，以及购自国外的工业级打印机的代销和三维扫描等打印服务，市场需求正逐步形成。

浙江企业产业化能力较为突出、市场占有率较高，在光固化成形（SLA）和熔融沉积成形（FDM）技术实力排名较为靠前。从产业链看，前者研究热点在成形工艺、后者在零部件；成型材料是技术薄弱点。浙江应在这两个技术领域和其他新兴前沿技术领域加紧研究开发和专利布局，并在材料等领域与国内外创新团队展开合作。

若干政策建议

通过对3D打印产业的专利分析，可以为浙江制定产业技术路线图、研发核心技术、部署企业专利战略，以及进一步规避专利侵权风险、寻找技术合作者、评估专利价值提供专业化方法与分析工具，充分发挥专利分析在产业发展中的定位指引功能。

加强专利布局，规避产业发展的知识产权风险。目前，浙江3D打印产业存在产业化发展快、专利布局滞后的情况。通过专利竞争态势可见国外公司来华专利布局还不多，浙江企业知识产权风险可控，有时间和空间来布局占有优势技术领域的3D打印专利。浙江在3D打印的科技项目立项、中期评估、验收、产业化等环节，应引导企业加强核心技术研发与专利布局，特别是要从政策、资金、服务上支持企业在国外目标市场布局专利。布局重点：一是在成型工艺、零部件方面；二是针对SLA、FDM等国外成熟的主流3D打印技术开展外围专利布局；三是在设备、材料方面研究规避国外专利侵权风险的方法。

明确技术发展路径，加快核心技术研发。根据技术发展路径分析，在FDM技术领域，应加强打印材料、工艺与应用的后继技术开发；SLA技术应是浙江重点攻关点，要加快对工艺、设备、材料的研究，比较急迫的是对材料的研究。对于这些重点技术领域，还要通过专利挖掘分析国外大公司垄断的技术点。其次，除上述两种技术以外，应加强跟踪与研发，创造性地对新打印原理技术进行研究。国内清华大学下属的北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司在业内已自主研发出一些新技术分支，如无木模铸造成型（PCM）技术。目前，浙江一些企业具备类似的想法和能力，应在科研经费、产业基金等方面支持和鼓励企业发展具有一定原创性的新技术、新工艺。

图/新华社

建设产业合作创新网络，着力突破关键技术。借助对专利布局中申请人、发明人的分析，可以较为准确地定位掌握重点领域关键技术的专利发明人及相关企业、机构。一是研究被引用次数较多的专利，二是研究引发专利无效、专利诉讼等较多的专利。由此可以根据浙江产业发展的优势与发展需要，相应地加强与国内外领先企业、研究机构、主要发明人的合作，建立人才引进数据库，有针对性地开展高水平技术合作。例如，根据国内专利申请人分析，浙江在SLA领域应重点加强与西安交通大学、华中科技大学、南昌大学合作；在FDM领域应重点加强与清华大学、华中科技大学、华南理工大学合作。

开展产业战略专利积累与评估，促进专利联盟形成与高效运行。目前，浙江已经成立3D打印产业联盟，包括打印设备研发制造企业、打印材料研发生产企业、提供打印服务的企业、主要科研院所等40家单位。应在3D打印产业联盟基础上，鼓励和引导3D打印产业“政、产、学、研、金、介、用”紧密协作的产业协同发展模式，特别是支持产业联盟加强知识产权合作。一是研究现有专利、明晰企业市场定位；二是可建立有效的战略专利收储、组合和运用机制，为将来形成专利联盟探索基础；第三还可运用相关专利的相互技术关系分析及其价值评估，为专利联盟的知识产权第三方评估提供依据，促进专利联盟的有效运行。

建设3D打印服务平台，带动传统产业集群升级。针对我国3D打印技术还相对落后，产业层次较低的市场现状，结合浙江各地传统特色产业集群的不同需求，从现状实际出发，应鼓励建立3D打印服务平台作为先导，来培育3D打印的市场需求，促进3D打印发展与传统特色产业集群转型升级的有机结合。如杭州先临三维已在省内温州工业设计基地等地设立了3D打印公共服务平台。