1 数据来源与研究方法

以下专利数据来源于科睿唯安全球专利数据库incoPat，检索时间范围为2023年1月1日前的公开专利，检索主题为模具制造的3D打印技术，构成的检索要素如表1所示。

表1   模具制造的3D打印技术检索要素

通过检索要素表构建和调整检索式，在专利数据库进行检索，并对得到的结果进行机械去噪和人工去噪，最终得到与主题相关的专利数据6 273条，申请号合并后5 081件，构建了3D打印技术在模具制造领域的专利数据库，基于该数据库对全球模具制造3D打印技术进行专利分析。

2 模具制造3D打印技术专利分析

2.1 申请趋势分析

基于构建的专利数据库，对3D打印技术在模具制造领域应用的全球专利申请趋势进行分析。图1所示为主要国家或地区的专利申请趋势，模具制造领域采用3D打印技术的发展大致经历了以下阶段。

图1   模具制造领域用3D打印技术全球专利申请趋势

（1）技术萌芽期（1993-1998年）。3D打印起源于美国，20世纪80年代末，3D打印技术实现根本性发展，诞生了光固化技术、分层实体制造技术、粉末激光烧结技术、熔融沉积制造技术和喷头打印技术，全球专利申请量为54件。这一阶段的专利申请主要在美国、世界知识产权局、欧洲专利局、澳大利亚、日本和加拿大，其中美国的申请量位居全球之首。麻省理工学院于1993年申请的专利WO9412284A1，该专利在世界知识产权局、欧洲专利局、加拿大申请了多项同族专利，公开了一种3D打印用于金属铸件的陶瓷模的技术；美国3D Systems公司以专利WO9711835A2为专利族在全球布局了8件专利，公开了以热光固化快速成型、熔融沉积建模和选择性沉积建模系统构建的3D建模系统。

（2）技术发展期（1999-2013年）。这一阶段的全球专利总申请量为518件，约是前一阶段申请量的9.6倍，且除美国之外，中国、韩国、德国和日本的专利申请量都在逐渐增长，专利遍布全球。其中，美国96件，中国78件，韩国21件，日本31件，世界知识产权局61件，欧洲专利局70件。在申请量排名前五的申请人中，美国Stratasys公司和3D Systems公司位列第一、二位，主要开展熔融沉积成型和选择性沉积建模技术的研究；德国弗劳恩霍夫协会位列第三位，主要集中在选择性激光烧结和熔融沉积建模成型技术的研究，推动了德国选择性激光熔化增材制造装备的成功研制；中国华中科技大学位列第四位，公开了具有随形冷却流道的注塑模具镶块的快速制造方法、选择性激光烧结快速直接制造注塑模具的方法等专利；排名第五的丹麦3Shape公司公开了3D打印成型技术在个人设备用定制软部件制造的应用。

（3）技术快速增长期（2014-至今），这一阶段3D打印技术在全球呈现快速增长的趋势，在这期间专利总申请量达到4 502件，超过前两个时期申请量总和的7倍，中国的申请量（2 216件）位列第一、其次是美国（422件）、世界知识产权局（371件）、欧洲专利局（331件）、韩国（281件）、日本（231件）。从图1可以看出，中国专利的申请量增长最迅速，总申请量由上一阶段的78件增长到2 216件；其次为韩国，申请量达到281件，是上一阶段的13倍；日本申请量为237件，是上一阶段的7倍；世界知识产权局的申请量为371件，是上一阶段的6倍；欧洲专利局申请量为331件，是上一阶段的4倍；美国总申请量为422件，是上一阶段的4倍。

2.2 全球专利地域分布及专利有效性分析

模具制造领域用3D打印技术全球专利地域分布及专利有效性如图2、图3所示，专利申请量排名前六为中国、美国、欧洲专利局、世界知识产权局、韩国、日本，其模具制造领域用3D打印技术专利申请总量占总申请量的83.63%。在专利有效性中，全球模具制造领域用3D打印技术有效专利占有率为42.75%，排名前六的国家或地区的有效专利和失效专利分别为2 269件、907件，分别占其申请总量的53.40%、21.39%。

图2   3D打印技术在模具制造应用中全球专利地域分布

图3   3D打印技术在模具制造中应用全球专利有效性

2.3 技术构成分析

利用国际专利分类号IPC对模具制造领域用3D打印技术构成进行分析，通过分析可以了解模具制造领域用3D打印技术覆盖的技术类别以及各技术分支的创新热度。图4所示展示了排名前10的IPC小类，分别为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%）。中国排名前10的IPC小类：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%）。

图4   模具制造领域用3D打印技术专利构成

表2所示展示了3D打印技术在模具制造领域应用专利排名前10的IPC分类号，通过排名可以看出3D打印技术在模具制造领域的全球专利和中国专利主要集中在B33Y增材制造技术方面，其次为B29C、B22F、B22C、B22D等领域，主要针对塑料成型、金属粉末成型、铸造成型等方面，占比均超过10%。中国与全球关注的技术热点不同的是：全球专利对于牙科模具3D打印技术的关注热点较高，主要原因是全球牙科巨头义获嘉·伟瓦登特（Ivoclar Vivadent）公司、美国Dentsply公司在全球的专利布局；而中国在塑料成型B29L领域的关注度相对全球要高，源于主要申请人华中科技大学在这方面的技术研究。

表2   3D打印技术在模具制造领域应用专利排名前10的IPC分类号

2.4 主要申请人分析

在全球排名前10的申请人中（见图5），位列第1、3、5位的均为美国企业，分别为通用电气公司、Stratasys公司、3D Systems公司。其中美国的通用电气公司以69件专利位居榜首，主要关注增材制造、金属粉末加工领域的研究；Stratasys公司主要关注熔融沉积技术的研究；3D Systems公司主要关注在选择性激光熔融技术的研究。位列第4、7、8、9位的是德国企业，分别是Voxeljet公司、Siemens公司、Continental Reifen Deutschland公司、Flc Flowcastings公司。Voxeljet公司主要关注水溶性铸模制造模制品技术；Siemens公司主要开展选择性激光烧结技术在陶瓷模具制造的应用研究；Continental Reifen Deutschland公司开展了选择性激光熔化方法在车辆轮胎硫化模具的制备研究；Flc Flowcastings公司主要开展3D打印技术在熔模铸造中的应用研究。位列第2、10位的来自中国，分别是华中科技大学、东莞市康铭光电科技有限公司，华中科技大学是排名前10申请人中唯一的高等院校，其在中国申请了29件专利，在国外申请了5件专利，分别为2018年在美国申请2件专利（US9302338B2、US10946448B2）、2011年、2015年、2017年在世界知识产权局申请3件专利（WO2011127798A1、WO2015185001A1、WO2018091000A1）；东莞市康铭光电科技有限公司是排名前10的申请人中唯一未在国外布局相关专利的申请人。