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3D打印为首的智能技术将引领第四次工业革命
来源: NOW999 2014-08-05 10:04

3D打印、智能技术很有可能成为第四次工业革命的引擎!近年来,一种绿色高端制造技术——3D打印技术快速发展,并被国内外高度关注。这一新兴产业的发展,为企业带来了无限的商机。特别是在我国,越来越多的企业积极布局进入3D打印行业。本文以3D打印概念股中的 3家创业板上市企业武汉华中数控股份有限公司(下称华中数控)、深圳光韵达光电科技股份有限公司(下称光韵达)、银邦金属复合材料股份有限公司(下称银邦股份)为例,通过介绍和分析其在知识产权方面的状况,以期发现目前国内3D打印行业发展中存在的不足及今后发展需要注意的问题。文中提及的专利申请数据均来自中国专利文献检索系统(CPRS)公开的专利文献,检索日期截至2014年6月6日。

3D打印为首的智能技术将引领第四次工业革命

这三家公司在国内的3D打印方面都是技术依靠领先的企业。 光韵达2011年在创业板上市,专注于以激光技术为主要手段或关键工序,为全球电子制造企业提供相关产品和应用服务。目前,该公司累计提交专利申请78件,其中发明专利申请占46%,已获得专利授权45件。银邦股份2012年7月在创业板上市,次月即设立飞而康快速制造科技有限责任公司,新设立公司主营业务为3D打印、粉末制造、热等静压技术研发、生产、销售。目前,银邦股份提交专利申请59件,其中发明专利申请占76%,其余为实用新型专利申请,已获得专利授权29件。华中数控2011年1月在深圳创业板上市,是我国主要数控设备生产厂家,为迅速实现3D打印技术产业化,2014年1月,由武汉华中科技大产业集团有限公司牵头,联合华中数控等5家公司,共同组建成立武汉华科三维科技有限公司(下称华科三维),实施3D打印产业化项目。华中数控目前累计提交专利申请82件,其中发明专利申请占60%,已获得59件专利授权,其专利布局工作已经做得十分到位。3D打印的技术创新活动从上世纪90年代开始,直到最近几年,相关专利申请出现激增。在专利拥有量方面,华中数控、光韵达、银邦股份3家企业近年来的专利申请势头较猛。3D做为一个新兴的产业,被赞誉为第四次工业革命的引擎,由此可以看出其未来前景有多么的广阔。

3D做为新兴的产业在国内发展情况如何呢,让我们一起来梳理一下。从3家企业专利申请总体趋势来看,3D打印相关专利申请自出现到2007年以后开始飙升,经历了5年的时间。2002年至2007年,3家企业年平均专利申请量仅为0.9件。从2008年开始,3家企业的专利申请数量均明显增加,年均申请量达到4件,并且在之后几年呈持续增长的状态,到2012年和2013年,年均申请量已分别达到17件和16件(2012年至2013年尚有部分专利申请未被公开)。这与我国3D打印技术发展的总体走势是一致的。20世纪90年代初,我国相关企业在国家多个部门支持下开始进行3D打印技术相关研究,2000年初步实现设备产业化,开始在医疗、航空航天、汽车等行业应用,但是发展非常缓慢。直到近5年,增材技术在美国制造业的地位凸显并且其在航空、医疗和消费品等市场快速发展,引起了我国政府和企业对此技术的兴趣和重视,在国家和地方的共同支持下,国内高校和企业开始加强对该技术的研发投入,3D打印技术的创新程度得到大幅提升,成为近几年的研发热点,相关专利申请量也呈迅速增长态势。快速的发展和对未来良好的预期,让更多的企业参与到其中,对我国的3D打印发展有着重要的意义。[page]

3D打印的优点表现在无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,大幅减少材料浪费,提高生产效率和降低生产成本。3家上市企业中,拥有专利申请总量较多的是华中数控,其次是光韵达和银邦股份。华中数控虽起步较晚,申请专利保护始于2008年,但其申请量上升速度相对较快,2011年和2012年申请量达到23件和18件。其年均申请量也居3家企业之首,为13.7件。这与华中数控同华中科技大学在3D打印方面的合作是分不开的。光韵达在该领域的专利申请量从2003年的2件到2009年达到了14件,在经历了2010年有所下降之后,2011年至2013年迅速回升。鉴于精密激光技术方面的优势,光韵达通过多年的研发和技术积累,已建立了激光应用技术数据库,为其在知识产权方面的发展奠定了良好的基础。银邦股份从本世纪初开始通过知识产权保护自己的技术,2002年提交了2件专利申请,在此后的8年里,申请总量在0件至4件之间波动,2011年专利申请量突增至13件。在这13件专利申请中,有8件为发明专利申请。2013年的17件专利申请全部为发明专利申请,这足以看出银邦股份在技术创新方面的显著进步以及对知识产权保护重视程度的加深。只有注重知识产权的保护和专利布局,才能取得企业发展的主动权和市场的话语权。

知识产权对于3D打印行业的重要性,相关企业也已率先认识到。从3家企业提交的专利申请中发明专利申请所占比重可以看出,3D打印相关上市企业在2008年之后逐步将知识产权作为公司技术保护的一项重要举措。在3种专利类型中,发明专利对技术要求相对较高,在专利审查时要与全球现有技术进行充分对比来确定其创新性,相应地发明专利的含金量要更高,当然审批过程相对也会长一些。因此,对于市场需求旺盛或者发展活跃的技术,不少公司往往会通过审批周期相对较短的实用新型专利来寻求保护,或同时申请发明专利和实用新型专利,以期在短期内获得自身创新技术或构思的保护,但是由于实用新型专利门槛相对发明专利要低,因此企业关键技术或基础技术往往选择申请发明专利。具体到3D打印技术,3家企业累计提交专利申请246件,其中发明专利申请和实用新型专利申请分别占58%(145件)和40%(99件),外观设计专利申请仅为2件。这表明企业注重的是专利的内涵核心,掌握了核心技术才是至关重要的。3家上市企业在知识产权保护意识和力度方面存在一定区别。银邦股份的发明专利申请所占比重最高,为76%,比华中数控的发明专利申请比例高13%,但无论从专利申请总量上看,还是发明专利申请数量上看,后者均高于前者;光韵达对两种专利的使用较为均衡,发明专利申请和实用新型专利申请分别为46%和51%。企业对于知识产权的高度重视利益于政府的大力宣传。

3D打印被认为是先进制造技术和生产方式变革的产物,3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术,主要包括以下方面:信息技术,即要有先进的设计软件及数字化工具,辅助设计人员制作出产品的三维数字模型,并根据模型自动分析出打印的工序,自动控制打印器材的走向;制造工艺,即3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式,产品的生产要求高精度,必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求;制造材料,即用于3D打印的原材料较为特殊,必须能够液化、粉末化、丝化,在打印完成后又能重新结合起来,并具有合格的物理、化学性质;应用领域,即技术发展多以市场为导向,尤其像3D打印这样的高新技术,必须能够满足应用需求才能得以平稳快速发展。目前3D打印的研究和开发还处于摸索阶段,它对产品研发产生重大影响,并将推动个性化产品制造。

“3D打印”的学术名称为“快速成型技术”,根据零件或物体的三维模型数据,通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型。从技术领域看,打印工艺主要涉及的国际专利分类号(IPC)包括B01至B65以及F26,专利申请总量为85件,是各技术领域中数量最多的;3D打印设备的控制涉及G01测量测试、G05控制调节、H02发电变电配电和H05印刷电路,专利申请量位居第二,为64件;制造材料方面的专利申请主要体现在C22金属和C03玻璃方面,合计数量为22件;H04通信技术和G06数据处理涉及信息技术,其中包含三维建模软件、3D数据和图像处理、通信控制等,但是数量同样远少于制造技术,仅为12件;应用领域涉及与食品加工有关的A21烘烤和A23食品或食料、A47家具和家用物品、A61医学、A62救生消防,但专利申请量最少,仅9件。这说明3家上市企业总体关注3D打印工艺、相关设备的控制和工艺材料,专利集中在3D打印产业链的上游和中游,对于处于下游的打印服务方面的信息技术和应用领域的关注度不够。理论界的预期只是一种展望,尚需时间来检验,而企业家的应用的确说明了这项技术面临的困境和需要攻克的难题。[page]

“对于制造业来说,研发比产能更重要。从企业个体技术侧重点分析来看,3家企业有重叠之处,又存在一定差异。他们都在B23机床领域投入了较多精力,表明在制造工艺方面有交叉。除此之外,华中数控和光韵达在B24磨削抛光(均为3件)、B28加工水泥黏土或石料(均为1件)、G01测量测试(分别为12件和8件)及H05印刷电路(光韵达占优势,为8件)上有重合领域;光韵达与银邦股份的相同技术专利申请集中在B21基本无切削的金属机械加工和B32压力机,从专利申请数量上看,两者在这两个领域均为1件和6件;银邦股份与华中数控的共同点是G06计算或数据处理,但专利申请数量仅为2件和1件。另一方面,华中数控的主营业务是从事计算机、光机电、3D打印一体化技术相关材料、设备、测量、软件产品的研发、生产、销售及相关服务等,因此除上面提到的技术领域外,其专利申请还集中在:制造设备的控制(G05控制调节)上,28件;H04通信技术上,10件。光韵达的专利申请则偏重于B41印刷或打字机(19件)。而银邦股份更注重C22冶金和有色金属或合金的处理(18件)以及3D打印技术的应用领域(7件)。通过3D打印,产品研发周期和费用只有过去的一半,这就大大缩短产品的更新周期,提高了企业的竞争力。

国内要想在市场上取得更好的业绩,只在中国市场发展是远远不够的,要以长远发展为重,考虑到国际市场的格局,进行相应的专利布局。这3家上市企业都没有海外专利布局,专利申请的提交与公司业务发展相比相对滞后,这与国内上市公司规模偏小且相对分散、研发投入不足、3D打印基础技术欠缺、知识产权意识不强有关。如今,无论是美欧还是中国,从国家地区政策、行业投入和市场表现上看,3D打印均呈现出一派欣欣向荣的景象,3D打印概念股表现活跃。在此大背景下,3D打印产业将迎来巨大的发展机遇和挑战,国内3D打印上市公司以及整个行业更应在各相关领域加强研发,尽可能多地掌握核心技术。 3D打印是一项综合性技术,它集设计、制造、产品、应用于一身。美国政府已将3D打印产业作为一项国家重大战略来发展。在中国,目前相关政府部门也非常重视3D打印。2014年5月29日,中国3D打印技术的首个行业标准正式立项,企业也应打破各自为政的传统技术发展和竞争模式,加强技术融合,加快技术研发和推广,形成产业化发展。3D具有极大的优势,可以“打印”传统制造无法生产的产品,譬如特殊形状的发动机零部件、特殊功能的人工骨。西安交大通过3D打印嫁接生物仿真技术,生产出医学用钛合金人工骨,从外到内分为骨质层、骨松层、骨髓层,和人体骨并无二致。

市场的竞争归根结底是核心技术的竞争。3D打印的潜力和优势在于创新以及给市场带来的巨大商机。上世纪80年代,像3D System等外国企业即已开始3D打印技术的专利布局,我国3D打印缺乏基础技术,企业相关知识产权保护也比较欠缺,无论从专利申请量还是技术领域分布看,与国外公司相比都有一定差距。3D打印技术及其产业发展是全球兴起新一轮数字化制造浪潮的重要基础,我国企业只有加强核心技术研发,加快3D打印产业发展,才能引领行业发展潮流。历史上每一次工业革命,都有新技术作为支撑,如第一次工业革命,是蒸汽机的发明使人类实现了机械化;第二次则是电灯的发明,人类实现了电器化;第三次则是计算机的发明,人类实现了信息化;那么第四次将是什么?以3D打印技术为代表的一系列智能技术,将是第四次工业革命的引擎。

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