1 數據來源與研究方法

以下專利數據來源于科睿唯安全球專利數據庫incoPat，檢索時間范圍為2023年1月1日前的公開專利，檢索主題為模具制造的3D打印技術，構成的檢索要素如表1所示。

表1   模具制造的3D打印技術檢索要素

通過檢索要素表構建和調整檢索式，在專利數據庫進行檢索，并對得到的結果進行機械去噪和人工去噪，最終得到與主題相關的專利數據6 273條，申請號合并后5 081件，構建了3D打印技術在模具制造領域的專利數據庫，基于該數據庫對全球模具制造3D打印技術進行專利分析。

2 模具制造3D打印技術專利分析

2.1 申請趨勢分析

基于構建的專利數據庫，對3D打印技術在模具制造領域應用的全球專利申請趨勢進行分析。圖1所示為主要國家或地區的專利申請趨勢，模具制造領域采用3D打印技術的發展大致經歷了以下階段。

圖1   模具制造領域用3D打印技術全球專利申請趨勢

（1）技術萌芽期（1993-1998年）。3D打印起源于美國，20世紀80年代末，3D打印技術實現根本性發展，誕生了光固化技術、分層實體制造技術、粉末激光燒結技術、熔融沉積制造技術和噴頭打印技術，全球專利申請量為54件。這一階段的專利申請主要在美國、世界知識產權局、歐洲專利局、澳大利亞、日本和加拿大，其中美國的申請量位居全球之首。麻省理工學院于1993年申請的專利WO9412284A1，該專利在世界知識產權局、歐洲專利局、加拿大申請了多項同族專利，公開了一種3D打印用于金屬鑄件的陶瓷模的技術；美國3D Systems公司以專利WO9711835A2為專利族在全球布局了8件專利，公開了以熱光固化快速成型、熔融沉積建模和選擇性沉積建模系統構建的3D建模系統。

（2）技術發展期（1999-2013年）。這一階段的全球專利總申請量為518件，約是前一階段申請量的9.6倍，且除美國之外，中國、韓國、德國和日本的專利申請量都在逐漸增長，專利遍布全球。其中，美國96件，中國78件，韓國21件，日本31件，世界知識產權局61件，歐洲專利局70件。在申請量排名前五的申請人中，美國Stratasys公司和3D Systems公司位列第一、二位，主要開展熔融沉積成型和選擇性沉積建模技術的研究；德國弗勞恩霍夫協會位列第三位，主要集中在選擇性激光燒結和熔融沉積建模成型技術的研究，推動了德國選擇性激光熔化增材制造裝備的成功研制；中國華中科技大學位列第四位，公開了具有隨形冷卻流道的注塑模具鑲塊的快速制造方法、選擇性激光燒結快速直接制造注塑模具的方法等專利；排名第五的丹麥3Shape公司公開了3D打印成型技術在個人設備用定制軟部件制造的應用。

（3）技術快速增長期（2014-至今），這一階段3D打印技術在全球呈現快速增長的趨勢，在這期間專利總申請量達到4 502件，超過前兩個時期申請量總和的7倍，中國的申請量（2 216件）位列第一、其次是美國（422件）、世界知識產權局（371件）、歐洲專利局（331件）、韓國（281件）、日本（231件）。從圖1可以看出，中國專利的申請量增長最迅速，總申請量由上一階段的78件增長到2 216件；其次為韓國，申請量達到281件，是上一階段的13倍；日本申請量為237件，是上一階段的7倍；世界知識產權局的申請量為371件，是上一階段的6倍；歐洲專利局申請量為331件，是上一階段的4倍；美國總申請量為422件，是上一階段的4倍。

2.2 全球專利地域分布及專利有效性分析

模具制造領域用3D打印技術全球專利地域分布及專利有效性如圖2、圖3所示，專利申請量排名前六為中國、美國、歐洲專利局、世界知識產權局、韓國、日本，其模具制造領域用3D打印技術專利申請總量占總申請量的83.63%。在專利有效性中，全球模具制造領域用3D打印技術有效專利占有率為42.75%，排名前六的國家或地區的有效專利和失效專利分別為2 269件、907件，分別占其申請總量的53.40%、21.39%。

圖2   3D打印技術在模具制造應用中全球專利地域分布

圖3   3D打印技術在模具制造中應用全球專利有效性

2.3 技術構成分析

利用國際專利分類號IPC對模具制造領域用3D打印技術構成進行分析，通過分析可以了解模具制造領域用3D打印技術覆蓋的技術類別以及各技術分支的創新熱度。圖4所示展示了排名前10的IPC小類，分別為B33Y（2 597件，51.11%）、B29C （2 300件，45.27%）、B22F（903件，17.77%）、B22C（886件，17.44%）、B22D（390件，7.68%）、B28B（352件，6.93%）、C04B（217件，4.27%）、A61C（209件，4.11%）、B29L(192件，3.78%）、C22C（183件，3.60%）。中國排名前10的IPC小類：B33Y（1 333件，58.08%）、B29C（916件，39.91%）、B22C（487件，21.22%）、B22F（411件，17.91%）、B22D（193件，8.41%）、B28B（137件，5.97%）、B29L（108件，4.71%）、C04B（87件，3.79%）、C22C（87件，3.79%）、A61C（67件，2.92%）。

圖4   模具制造領域用3D打印技術專利構成

表2所示展示了3D打印技術在模具制造領域應用專利排名前10的IPC分類號，通過排名可以看出3D打印技術在模具制造領域的全球專利和中國專利主要集中在B33Y增材制造技術方面，其次為B29C、B22F、B22C、B22D等領域，主要針對塑料成型、金屬粉末成型、鑄造成型等方面，占比均超過10%。中國與全球關注的技術熱點不同的是：全球專利對于牙科模具3D打印技術的關注熱點較高，主要原因是全球牙科巨頭義獲嘉·偉瓦登特（Ivoclar Vivadent）公司、美國Dentsply公司在全球的專利布局；而中國在塑料成型B29L領域的關注度相對全球要高，源于主要申請人華中科技大學在這方面的技術研究。

表2   3D打印技術在模具制造領域應用專利排名前10的IPC分類號

2.4 主要申請人分析

在全球排名前10的申請人中（見圖5），位列第1、3、5位的均為美國企業，分別為通用電氣公司、Stratasys公司、3D Systems公司。其中美國的通用電氣公司以69件專利位居榜首，主要關注增材制造、金屬粉末加工領域的研究；Stratasys公司主要關注熔融沉積技術的研究；3D Systems公司主要關注在選擇性激光熔融技術的研究。位列第4、7、8、9位的是德國企業，分別是Voxeljet公司、Siemens公司、Continental Reifen Deutschland公司、Flc Flowcastings公司。Voxeljet公司主要關注水溶性鑄模制造模制品技術；Siemens公司主要開展選擇性激光燒結技術在陶瓷模具制造的應用研究；Continental Reifen Deutschland公司開展了選擇性激光熔化方法在車輛輪胎硫化模具的制備研究；Flc Flowcastings公司主要開展3D打印技術在熔模鑄造中的應用研究。位列第2、10位的來自中國，分別是華中科技大學、東莞市康銘光電科技有限公司，華中科技大學是排名前10申請人中唯一的高等院校，其在中國申請了29件專利，在國外申請了5件專利，分別為2018年在美國申請2件專利（US9302338B2、US10946448B2）、2011年、2015年、2017年在世界知識產權局申請3件專利（WO2011127798A1、WO2015185001A1、WO2018091000A1）；東莞市康銘光電科技有限公司是排名前10的申請人中唯一未在國外布局相關專利的申請人。