中国增材制造产业专利技术分析

中国增材制造产业专利技术分析

秦媛媛,王贺

1国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心；

2天津市城市道路桥梁管理事务中心

摘  要：随着工业化进程的不断加快，增材制造的应用范围日渐广泛，被业界称为将引领“第三次工业革命”的关键技术之一。近年来，我国各创新主体在增材制造关键核心技术不断突破，设备性能显著提升。本文从整体上分析增材制造中国专利申请的趋势、区域布局、技术构成以及主要申请人，同时分析国外来华专利申请，揭示增材制造产业产业结构变化趋势和技术发展趋势，为创新主体研发提供专利信息。

关键词:增材制造；申请数量；区域布局

一  专利申请态势

图1所示为中国专利申请趋势分布情况，从年申请量来看，中国增材制造技术发展分为三个发展阶段，分别为萌芽期（2005年以前）、稳步增长期（2006-2012年）、快速发展期（2013-2020年）。2005年以前，申请及申请人数量均较少，我国刚兴起对增材制造技术的研究，处于基础研究阶段；2006-2012年，我国申请数量逐步增长，增材制造技术进入稳步增长期，处于技术研究积累阶段，2013年起，申请数量成倍增长，并于2016年高达千件以上，得益于这一阶段，国家和各地政府持续关注增材制造产业发展，2017年以来，国家及部委层面发布涉及增材制造的政策超过20项，各地涉及增材制造产业政策也有近百项，“1+N”创新体系初步完成国家及各省地方政府累计出台增材制造政策70余篇。

图1  中国专利申请趋势

虽然中国在增材制造技术起步较晚，然而随着中国政府、高校、科研院所及企业高度重视增材制造技术，有多个高校、科研院所及企业同时研究不同技术分支，中国增材制造技术厚积薄发，具有充足的专利储备和良好的发展趋势，其技术研发和专利申请在未来的几年内仍将维持上升态势。

二创新区域分布

图2所示为中国重点地区申请趋势。2005年以前，北京的申请量为各地区申请量榜首，该地区清华大学颜永年团队较早开始研究增材制造技术；2006年以后，随着增材制造技术在全球范围内迅速兴起，各地区陆续开始涉足该领域，申请量保持平稳增长，江苏在该领域发力，持续加大对增材制造技术的研究及产业布局，超越北京，申请量跃居第一。

2016-2020年期间比2011-2015年期间，陕西省增材制造申请数量增速最快，增长超过10倍， 2016年国家增材制造创新中心在陕西成立，同年西安增材制造国家研究院有限公司成立，汇聚国内外高端人才及相关国家重点实验室、工程中心和工程实验室等前沿科研资源，为国内制造业的转型和快速发展提供重要平台，国家增材制造创新中心与西安交通大学协同培养“增材制造（3D打印）技术”方向专业学位硕士研究生，陕西形成“校+企”结合模式，加快增材制造成果转化，助力经济发展，申请数量未来增速仍较快。

图2  中国重点地区专利申请态势

三 重要申请人分析

图3  在华申请人排名

图4  在华主要申请人不同时期申请占比

图3和图4分别示出在华主要申请人申请趋势及不同时期申请占比，由图可知，在华申请数量排名前十的均为中国申请人，表明近些年中国在增材制造领域的蓬勃发展，仅一家创新主体为企业，其余均为高校，各高校仍是增材制造技术创新密集地，储备了大量增材制造人才。同时相关高校所属地区集中在北京、上海、江苏、广东、陕西等增材制造政策密集及产业优势地区，这也为高校在增材制造技术的进一步研发提供相关政策支撑，助力增材制造纵深发展。湖南华曙高科技有限责任公司作为唯一一家挤进前十的申请人，其主要研究方向为工业级3D打印技术，服务于多个行业，处于行业领先地位。中南大学帅词俊和李瑞迪团队2016年以前处于基础研究阶段，2016年以后在激光增材制造技术和粉末材料研制取得突破进展，申请数量增长较快。

四 技术构成

图5  中国申请技术分布情况

图5所示为国内申请各技术分支发展情况，由图中可知，增材制造数量中发明占比远高于实用新型，从侧面说明增材制造设备的专利申请门槛相对较高，质量也相对较高。发明专利申请中，直接能量沉积成型和粉末床熔融成型两种技术的申请量占比远高于其他类型，光聚合型、材料挤出成型、粘结剂喷射成型三种技术的发明专利申请量基本相当，等离子/电弧等技术的专利申请量较少，可能是技术刚起步，或者被淘汰。实用新型专利中，直接能量沉积成型申请量最高，其次是粉末床熔融成型、光聚合型和材料挤出成型三种技术，其余技术的申请量普遍较少，特别是电子束型、超声波成型、材料喷射成型，申请量近乎为零，这说明这几种技术可能比较新，技术门槛比较高。粉末床熔融成型技术的发明和实用新型申请量的数量比高于其他类型，原因可能是由于该分支的技术难度较高，需要由一定技术积累才能掌握。

五 重点技术专利申请动态

图6  各分支技术申请趋势

图6所示国内各分支技术发展趋势。从各个技术分支的发展来看，直接能量沉积成型和粉末床熔融成型、光聚合成型、材料挤出成型四种是在国内出现时间相对较早的技术，并且是目前作为主要发展方向的技术，不论是申请量绝对值还是申请量的增长趋势，都占绝对优势。薄片迭片成型技术虽然很早出现，但是申请量一致没有明显增长，可能是由于这一技术难度较高，没有出现突破性进展，或者该技术的市场应用前景不高，市场需求不足。其他新技术也相继发展起来，其中材料挤出成型、粘接剂喷射成型和等离子/电弧技术发展较为迅速，材料喷射成型是近年刚开始出现的新技术，值得特别关注。

总结

本文重点分析了中国专利申请趋势、创新区域分布、重点申请人、重要技术分支以及各技术分支发展趋势。目前我国增材制造产业在各地政府的政策支撑下，呈现蓬勃发展，其中中国的长三角、珠三角和京津冀经济区在增材制造产业发展非常迅速，已初步形成从增材制造材料、设备及打印服务产业链。从增材制造技术分布情况来看，中国与全球在技术分支布局相同，主要研究发展粉末床熔融成型和直接能量成型技术，该两种技术在国内呈现长足发展。但是国内申请主力依然是大专院校和科研院所，专利运营活跃度低于国外申请，存在专利价值度不高、专利成果转化、运用不足等问题。

第二作者王贺对本文贡献等同第一作者