原来3D打印这项逆天技术在这么多领域可以应用!
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2018

原来3D打印这项逆天技术在这么多领域可以应用!

发布时间:2018-08-09  来源: 华进知识产权  作者: 华进知识产权   浏览:166

前两期,华进战略分析部的小伙伴们为大家呈现了3D打印领域全球专利态势分析和3D打印材料的专利布局情况以及3D打印中游工艺与设备专利技术分布和区域分布,错过的朋友们可以戳传送门:逆天的3D打印 | 全球专利态势分析和这项逆天技术的专利布局主要集中在哪些方面?你知道吗?。这一期,我们将带您走进3D打印下游专利布局分析以及广东省3D打印产业布局情况,同时为您总结了该产业入局建议,带您更全面的了解3D打印领域。


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3D打印下游专利布局分析


1.1 3D打印下游概况



以现在生物3D打印为例。图1示出了生物3D打印步骤生物3D打印包含六个步骤,分别是影像数据的获取、组织和器官结构的设计、打印材料的选择、细胞的选择、生物打印机类型的选择和临床应用。起初,研究人员打印出智能生物材料,用于局部组织的诱导自我修复。随后,开始打印具有二维结构的膜片状组织,如皮肤和关节软骨。随着立体结构建模手段的丰富,中空脉管开始成形,如膀胱、气管、心脏瓣膜。最近研究人员已经可以打印实质的器官,它实现了不同层次不同功能细胞的堆叠,充满血管,并在每平方厘米使用了更多的细胞。



图1和图2分别示出了打印材料的发展历史和生物打印发展路径,在2000年左右,生物3D打印主要的临床应用集中于医用手术导板。此时,美国Clemson大学的Thomas Boland教授提出了细胞及器官打印的概念。随后的十年间,临床上开始使用生物3D打印的医用植入物。2014年,美国Organovo公司宣布通过生物3D打印的肝脏exVive3D进入上市前的临床试验,并计划向医药公司出售3D打印肝脏。2015年4月,该公司利用细胞打印实现构建“肾单位”这一肾脏最基础也是最重要的结构,并表达一定功能,人类向实质性组织和器官又迈进了一大步。



1.2 专利布局区域分析



图4 全球3D打印下游(应用)专利申请情况分布


从图4全球3D打印下游的专利申请情况分布来看,下游的专利主要分布在中国、日本、美国、德国,法国,英国,瑞士。从区域分部情况看,这些国家主要集中在亚洲,欧洲,北美洲。申请量排名第一的是中国,有639件专利,其次是日本566件专利,美国324件专利。


1.3 专利应用领域分析


图5示出了全球3D打印下游的各个应用领域的专利申请分布情况,可以看出,基本上各个国家在3D打印应用方面的技术研究都处在生物医疗这一领域,其他领域的应用并没有得到均衡的发展,其中在生物医疗这一领域主要以中国(包括台湾)为首,其次日本,美国,德国,世界知识产权组织,欧洲专利局的专利居多。中国在汽车零件、文化创意和建筑家具方面申请的专利量也多于其他国家,然而,中国在工业制造方面还处于一个起步阶段。



从全球3D打印下游的各个应用领域的专利申请情况分布来看,3D打印的技术并没有实质性地应用到大规模的工业化生产中,未来壮大发展3D打印应用领域的技术空白点,引导企业的研发方向,可以集中研究在工业制造方面的技术,为国家的制造行业给予有力的帮助。


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广东省3D打印产业布局



广东省3D打印专利87%集中在中游的工艺与设备,重点技术包括选择性激光烧结、选择性激光融化、光固化成型和熔融沉积等,代表性的企业包括深圳长朗三维科技有限公司、珠海天威飞马打印耗材有限公司和广州市阳铭新材料科技有限公司。上游材料研究相对薄弱,仅占广东省3D打印专利总量的2%,经媒体统计的材料企业很多,但是实际拥有专利的企业数量很少,代表性的企业包括深圳光华伟业股份有限公司和广东银禧科技股份有限公司,研究领域集中在聚乳酸和ABS塑料。下游应用领域专利占广东省3D打印专利总量的11%,应用领域包括耳机、骨骼、牙科等。除此以外,华南理工大学也投入3D打印领域的研究中,2014年湖南华曙高科技有限责任公司在广州成立广州南沙3D打印创新研究院,并特聘前3D SYSTEMS公司应用总监Brian Bauman等外籍专家助阵。


2015年,广东省3D打印打印行业实现产值超过30亿元,主要分布在珠三角的深圳、东莞、珠海、佛山和中山等城市。广州市3D打印企业达138家,主要应用于教育、医疗、服饰等消费市场;深圳在3D打印的研究及产业化等方面已初步形成建模系统、材料、设备、应用服务的3D打印全产业链,并成功应用于医疗健康、文化创意、电子信息、航天航空等领域;东莞市拥有3D打印制造关联企业100余家,主要应在模具行业。广东省形成了以东莞银禧、深圳惠程维代表的3D打印材料研发企业,以深圳大族激光、珠海西通、中山汉唐、佛山中南机械维代表队3D打印设备制造企业,以深圳光韵达、易尚维代表的3D应用与服务商,以及以华南理工大学、中科院广州电子技术研究所和广州南沙3D打印创新研究院为代表的3D打印技术研发科研院所。广东省3D打印行业呈现了以下特点:


2.1 科研力量雄厚


广东省3D打印科研力量大多集中在研究院所和高校,在华南理工大学、中山大学、东莞理工学院、中科院广州电子技术研究所、中科院先进技术研究所、广州南沙3D打印创新研究院等涉及相关技术。中科院广州电子技术研究所在引进消化的基础尚,对树脂、塑料等3D打印材料进行了创新,东莞理工学院已开展3D打印技术应用培训。


华南理工大学精密金属零件增材制造项目组已开发出三款激光选区融化成型制造设备,主要应用于各种金属零件的3D打印,包括航空航天部件、工业磨具、汽车部件和生物医学部件等。在设备、工业、应用等方面的关键技术已达到国际指标,研发的系列华金属增彩制造成型机已经产业化,在国内该领域内具有重要影响力。华南理工大学承担和参加国家、国际合作、省市级科研项目20余项,申请专利63项,其中发明专利37项,实用新型26项。


但是,目前国内3D打印技术研发的“第一梯队”主要分布在西安交通大学、清华大学、华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高等院校。广东省高校和研究院所的技术研发水平和“第一梯队”相比,还有一定的差距。


2.2 应用目标产业集群


广东省软件、汽车、医疗、模具、动漫、鞋帽、礼品等产业已形成可观的国模,这些领域都是3D打印技术实现深入应用的目标产业集群,具有应用3D打印技术的巨大需求和空间。虽然广东省3D打印技术的应用不是最早、技术也不是最领先的,但是通过依托现有产业,广东省3D打印技术应用非常广泛,与产业结合的程度也很高。以东莞为例,作为模具、鞋帽、礼品制造的重要生产城市,庞大的市场规模以及快速增长态势为3D打印技术提供了充分的发展空间。在东莞,模具开发和制造占3D打印产业的49.6%,礼品和鞋帽私人定制则占22.3%。3D打印技术为传统制造也的涉及开发带来了更多创意和灵活性,其与传统相结合已经成为主流趋势。


2.3 公共服务平台完善


广东省成立了一系列的3D打印产业联盟,为联盟成员间举办活动,进行信息交流提供了平台,为用户提供创新设计、产品优化、快速原型、模具开发等应用服务,促进3D打印技术的推广应用。2016年广东省成立了增材制造(3D打印)协会,超过150家具有一定规模和实力的3D打印企业递交了申请。这标志着广东省3D打印产业公共服务平台成立,该平台能够有效加速广东省3D打印产业链的整合,促进产学研结合和产业应用,推动3D打印技术的市场和产业化。


广州市工信委支持组件广州市增彩制造(3D打印)技术产业联盟,并推动建设了“广州服务型制造业集聚区·增彩制造产业园”,目前该产业园已进驻相关企业超过20家。


2.4 专利布局区域分析


广州市战略性新兴产业的重点市支持下一代信息技术产业、生物与健康产业、高端装备制造与新材料产业、新能源汽车产业、新能源与节能环保、时尚创意产业与前沿产业。其中,将3D打印列入前沿产业,追随战略性新型产业的培育与壮大。


深圳以市场为导向,积极设立创新载体,聚集具有技术领先优势的3D打印产业人才团队。如易尚公司与北京航空航天大学赵沁平院士联合建立“虚拟现实院士工作站”;与清华大学金国藩院士联合建立全息显示院士工作站;与天津大学叶声华院士联合建立光电测量院士工作站。


东莞市人民政府与华南理工大学合作共建华南协同创新研究院,目前研究院已启动3D打印技术的“个性化数字齿科”等项目,与国内领先的义齿加工企业密切合作,面向医疗机构提供口腔修复、种植、正畸、医学模型定制加工,以及3D打印技术咨询机培训服务。


3


小结


本期对3D打印产业链上游的材料,中游的设备和工艺、软件和模型,以及下游的应用进行了专利布局分析,同时对广东省3D打印产业格局做了一定的调研与分析。


1、上游——3D打印材料


3D打印材料领域重点技术主要有医学专用材料、液体、玻璃、非金属粉末、金属粉末、丝材等领域。中国、日本、美国和韩国在3D打印材料领域专利较多,且涉及技术范围最为全面,该领域在全球范围内竞争比较激烈,全球各国/地区积极的进行国际专利布局。


2、中游——工艺与设备、软件与模型


1)工艺与设备是3D打印的重点。比较热门和重点的技术主要有激光选区熔化(SLM)、立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)技术。各个国家/地区在不同技术领域均有研究投入,中国在3D打印技术领域专利最多,且涉及技术范围最为全面,涉及上述全部分支技术领域。另外,欧专局和国际PCT专利数量大,说明各国家注重在其他国家市场,正积极的进行国际专利布局,也能够说明3D打印技术为全球热门研究技术领域。


2)控制软件与数字模型同样是3D打印重要技术分支。数学模型技术主要分布在美国、德国、中国和日本,尽管中国在数学模型领域专利申请量排名靠前,但该技术十分分散,因此,在3D打印控制软件和数学模型领域技术主要为外国公司垄断,国内尚处于初步研发探索阶段,与国外差距十分明显。


3、下游——应用


3D打印下游的应用领域主要集中在航空航天,生物医疗,建筑家具,汽车零件,文化创意,工业制造等领域。从应用专利数量来看,排名靠前的有日本、美国、德国、中国和台湾。


4、广东省3D打印产业布局


广东省3D打印专利主要集中在中游的工艺与设备,科研院所与高校是主要研发力量,但是与国内领先水平还存在一定差距。广东省软件、汽车、医疗、模具、动漫、鞋帽、礼品等产业已形成可观的国模,这些领域都是3D打印技术实现深入应用的目标产业集群,具有应用3D打印技术的巨大需求和空间。


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