增材制造:3D世界自由成形
专利申请是技术创新成果的主要衡量指标,专利文献中饱含着丰富的技术信息,据世界知识产权组织(WIPO)的统计,90%~95%的研发成果包含在专利文献中。经笔者对增材制造专利技术调研发现,截至2013年1月24日,全球增材制造相关专利数量达到2444个专利族(每个专利族包括同一基础专利在不同国家申请的所有专利),经从技术层面、区域格局、竞争机构等角度分析判断出以下趋势。
技术发展态势短期回稳:国际增材制造技术自上世纪80年代中后期开始稳定发展,在2004年之前以较快幅度攀升,之后便呈现出专利量基本稳定甚至略为减少的态势,相关专利的申请量和公开量分别在2007年(251个专利族)和2008年(219个专利族)达到波峰。目前正进入第三阶段技术成熟期,专利申请数量和申请人数量趋于稳定甚至有开始减少的趋势,产业进入壁垒提高。塑料成型是增材制造中发展最快、专利申请最为集中的技术领域,但近年开始出现回落。
美国彰显区域优势:增材制造的专利申请主要集中在美、日、德、中、韩五个国家,上述五国的专利申请量占全球增材制造专利申请总量的九成。其中,美国以近半的份额在增材制造技术专利上具有绝对优势。日本、德国尽管位居第二、第三位,但15%、14%的申请份额已较美国有了明显差距,中国、韩国则分别以7%、5%的份额位列全球第四、第五位。
企业成为创新主体:全球增材制造专利申请最多的前10家机构均为高科技研发与制造型企业,除专注于3D打印技术研发的3D Systems、美国Stratesys和德国EOS等领先者以外,还包括了材料、半导体、飞机制造等领域的跨国公司,说明增材制造正积极朝着产业化方向发展,市场前景明朗。虽然上述企业的专利数量很多,但在专利质量上的情况却非如此光鲜。来自美国的麻省理工学院和Zcorp公司的专利引证率分别为11.95和4.56,平均每篇专利的研究价值超过了上述排名前十位的企业。
何谓增材制造
增材制造,俗称3D打印,是指通过逐层增加材料的方式将数字模型制造成三维实体物件的过程,其基本特征是分层制造。
增材制造的发展历史最早可追溯到150年前的照片雕塑和地形测绘,这些早期技术可归纳为通过手工“削减和堆积”方式分层构造自由成形对象。