3D打印(即三维打印、增材制造)，也称作快速成型技术(Rapid Prototype)，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料累加原理的快速成型操作过程，将计算机中的三维模型通过向物品分层添加材料来创造出实物的一种叠层制造技术，具有不受零件复杂程度限制，完全数字化控制等特点，目前已经应用于家电、汽车、工程机械、航天航空和船舶等领域。
3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。
对我国3D打印产业进行专利分析，有助于明确我国3D打印产业的发展现状及其趋势，揭示目前国内3D打印产业的专利技术布局及技术发展特点，为提高产业竞争力和制定产业专利战略提供决策参考。
截至2013年4月2日，关于3D打印技术，共有1617件公开专利申请，其中发明专利1393件，实用新型专利220件，外观设计专利4件。专利类型以发明专利为主，反映了3D打印技术含量较高，目前处于产业发展阶段，产业化程度不高。
目前，3D打印的中国专利申请状况呈现以下特点：(1)2000年以来，专利申请量增长迅猛，特别是近年来呈爆发式增长;(2)美国和德国加速在中国的技术布局，部分行业巨头已开展专利布局;(3)专利申请区域分布以北京、陕西为第一梯队;(4)国内研发重工艺轻材料，成型材料等关键技术研究薄弱;(5)国内研发高校占主导地位，企业研发投入不足。
如图1，专利申请量和公开量变化趋势大致相同，专利公开量比申请量滞后1年，这是由于发明专利从申请到公开一般需要18个月。2011和2012年的专利未完全公开，故这两年的实际申请量可能比图1显示的多，近2~3年专利技术的发展可由公开量反映。
1989-1999年可看作3D打印技术的萌芽期;2000年后步入快速发展阶段，直到目前，无论专利申请量还是公开量都呈上升趋势，这也反映了3D打印技术仍处于发展阶段，发展前景可期。
由图2看出，在国家知识产权局申请的3D打印技术专利有2/3来自国内申请，剩余1/3的专利申请来自国外22个国家。这其中来自美国和德国的专利申请最多，均超过了100件(美国209件，德国107件)。有超六成的国外申请来源于这两个国家，这反映了美国和德国在3D打印的技术实力之强以及对中国市场的重视。
3D打印技术的国内专利申请来自全国28个省市自治区，其中包括台湾、香港。图3为各地的专利分布。北京的专利申请量为219件，遥遥领先于其他地区。陕西的专利申请量也超过了150件。从专利申请量上看，北京和陕西可视为3D打印技术研发的第一梯队。上海、广东、江苏、湖北为第二梯队。
图4是3D打印技术领域专利申请量最多的10个地域来源的技术分布图。其中有3个属于国外申请，即美国、德国、日本，这3个国家均侧重于塑料成型、金属粉末成型等方向的中国专利布局。美国在生物体制造、电数字数据处理、成型材料等方向也有专利布局，而忽视激光烧结成型方法和金属材料镀覆等方向的中国专利申请。德国在成型材料的研究表现优秀。除塑料成型外，日本还侧重于电数字数据处理和图像数据处理的研究。
北京、陕西、上海3个省市都侧重于3D打印在生物体制造领域的应用研究，即用3D打印技术来完成生命体的制造，如假体、支架等。京陕沪三地是国内3D打印专利申请量最多的省市，三地在3D打印其他领域的侧重点也较为相似，特别是北京和上海，技术侧重点极为相似，京沪在3D打印的研究上均侧重于在生物体制造、塑料成型、图像数据处理、电数字数据处理。另外，北京在图像数据处理，上海在电数字数据处理，陕西在金属粉末成型、激光烧结成型方法、金属材料镀覆等方面均具有优势。广东省侧重于生物体制造、塑料成型。在国内3D打印专利申请量最多的7个省市中，只有江苏省和美德日的技术侧重点相似，如图4所示，均侧重于塑料成型、生物制造领域的研究，但江苏省在成型材料、图像数据处理的研究较为薄弱。湖北省在金属粉末成型、生物体制造、塑料成型等方向的研究较为突出。辽宁省在3D打印技术的研究相对单一，侧重于金属粉末成型、金属材料镀覆、激光烧结成型方法，而在生物体制造、成型材料、图像数据处理方面则并没有涉及专利申请。
总体而言，国内外在3D打印技术领域的技术侧重点形成了明显对比：美国、日本、德国侧重于塑料成型、金属粉末成型，国内3D打印研究的发达省份更青睐于3D打印在生物体制造领域的应用研究，而普遍在成型材料的研究上很薄弱，在该方向的研究上德国、美国则明显强于中国。3D打印的核心是材料研发。用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、丝化、粉末化，打印后又能重新结合起来，材料工艺要求极高。如果我国不能掌握打印材料的核心技术，那么在3D打印上仍然不能实现完全自主研发，关键材料还须进口，支付高额使用费。这一点应引起国内相关部门的重视，工艺再五花八门，离开材料也只能是“巧妇难为无米之炊”。
国内在3D打印较为突出的省市多有其境内的高校支撑，如北京的清华大学，陕西的西安交通大学、西北工业大学，湖北的华中科技大学，上海的上海大学、东华大学等高校。这些高校汇集了3D打印技术领域的领军人才，并带出了一批研究团队，也带动了其所在省市3D打印技术的研究。
如图5所示，3D打印中国专利申请量最多的10家机构有7家来自中国大陆本土且均为高校，1家为台资企业，2家为国外企业。大陆企业没有挤入前十强，高校占研究主力，反映了目前我国3D打印技术的高校研究氛围浓厚，但尚未大规模产业化。
如前面所述，7所高校在3D打印技术的研究支撑了其所在省份陕西、北京、湖北等省的科研力量。而各高校在3D打印的研究又有赖于领军人才的引领作用，如清华大学的颜永年，西安交通大学的卢秉恒、李涤尘，华中科技大学的黄树槐、史玉升，西北工业大学的黄卫东等，这些人各自带出了一批研究团队，推动了国内3D打印技术的研究。
研能科技股份公司总部位于台湾新竹，为专营打印机的制造商，目前也涉入3D打印技术领域，推出了CometrueJet快速成型3D打印机。
美国3D系统公司、德国EOS公司均为国际上在3D打印研究最为领先的公司之一。在3D打印产业的初级阶段，它们能挤入中国专利前十名，表明其技术实力及对中国3D打印制造市场的重视。这应引起国内政府和企业的注意，3D打印技术含量较高，目前产业尚未成熟，还处于上升发展期，我国如不能把握时机，一旦等国外行业巨头全面涌入占领市场后，企业更无立足之地。因此，我国应趁国外行业巨头还未全面进入我国的发展机遇期，加大技术攻关，开展产学研合作，培育企业做大做强。
(1)3D打印技术的技术含量较高，应用领域广泛，目前主要是高校参与研发，产业化程度不高，处于产业发展阶段，发展前景可期。国内专利申请北京独占鳌头。高校以清华大学、西安交通大学、华中科技大学、西北工业大学等研究实力较强。
(2)国内研究重工艺轻材料。3D打印的核心是材料研发。只有掌握了打印材料的核心技术，才有可能实现3D打印技术的完全自主研发。“牵牛要牵牛鼻子”，不能仅满足于工艺的五花八门，关键材料的研发亟须加强。
(3)国外大牌公司如美国3D系统公司、德国EOS公司已在中国开展专利布局。我国应趁3D打印产业尚未成熟的发展机遇期，加大技术攻关，开展产学研合作，培育本土企业做大做强。
(4)国内企业在发展初期应要将目光放长远，不能满足于现有已经被国外企业掌握的核心技术，自诩“中国3D产业与国外差距不大”，而要更多的走自己的专利之路，努力发展创新技术，同时摆脱对国外3D打印耗材的依赖，避免陷入不必要的专利泥潭，才能走好未来企业发展之路。
作者：李春燕
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