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3D打印激光选区熔化成型技术美国、欧洲、日本专利分析

3D打印激光选区熔化成型技术美国、欧洲、日本专利分析 华进知识产权
2018-09-27
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导读:3D打印激光选区熔化成型技术欧美日专利分析

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引言

2014年广东省委、省政府出台的《关于全面深化科技体制改革加快创新驱动发展的决定》,将3D打印作为广东省九大重大科技专项之一被纳入支持范围。


2015年,广东省3D打印产业产值近30亿元,占到了全国市场规模的30%多。虽然目前广东省3D打印产业规模在整体上处于国内领先水平,但其关键核心技术储备和产业化应用方面与国际先进水平相比还存在一些差距。


2017年,“广东省3D打印产业技术路线图发布会暨3D打印高峰论坛”正式发布了广东省增材制造(3D打印)产业技术路线图,全面地剖析了广东3D打印产业现状、发展方向、重点产业等,同时就广东省的具体情况,设定了广东省增材制造(3D打印)产业的总体战略目标。


3D打印技术涵盖了众多工艺,如激光选区融化成型(SLM)、立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)、激光近净成型(LENS)、数字光处理(DLP)、聚合物喷射技术(PolyJet)、三维立体印刷技术(3DP)等。


本章针对广东省3D打印的重点技术之一的激光选区熔化成型(SLM)技术进行全面的专利分析,期望从专利分析的角度出发,全面解析激光选区熔化成型技术的整体发展态势、先进专利技术、研究重点,为广东省3D打印产业解决激光选区熔化成型这一关键技术提供发展方向和创新思路。


本期将重点为您介绍对激光选区熔化成型技术的美国、欧洲、日本专利分析,从四个维度解析激光选区熔化成型技术在美、日、欧的发展态势、技术的申请人国家分析、主要的技术主体和核心专利情况。


1

专利申请趋势分析


图1示出了于美、日、欧激光选区熔化成型领域的专利申请情况。其中,在日本的专利申请开始得最早,自1984年起,就已经有相关专利的申请,这种领先优势直到1993年才被打破。不过,1993年至2000年间美日欧在该技术分支零散的专利申请,说明该技术仍然处于发展的初期阶段。自2000年以来,美国专利申请呈现出在波动中增长的趋势,在2002年至2007年的小高峰之后,于2008年至2010年落入专利申请的低谷时期。至此,日本专利申请趋势与美国相类似。不过,在经历了同一低谷时期后,美国专利申请重现蓬勃的活力,增长迅速,而日本专利申请则呈现出疲态,波动较大,增长趋势并不明显。相对而言,欧洲专利申请则呈现出后来居上的态势,2009年之前,各年的专利申请量普遍较低,且没有形成如美国、日本一样连续的专利申请;在2009年之后,欧洲专利申请数量与美国不相上下,反超日本,反映了该技术分支在地域布局上的战略转移。


图 1 美、日、欧SLM专利申请趋势图

图 2 美、日、欧SLM专利申请量与法律状态分布图(申请量/件)


从图2美日欧激光选区熔化成型技术分支专利申请量与法律状态分布也可以看出这种变化。其中,美国专利申请中有一半为有效专利,在审查中的专利也有较高占比,无效专利仅占22%。相对的,日本101件的专利申请总量虽然与美国114件差距不大,但是65%的无效率大大拉低了其专利数量优势,体现了其在该技术领域的颓势。欧洲专利申请较高的审中占比,则体现了其近期的大量专利申请,具有较大的发展潜力。


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各受理局申请人国籍构成分析


从图3可以看出,在激光选区熔化成型技术分支,美国是各个国家申请人主要考虑的目标申请地,其中,美国本国人提交了27件申请,德国人和瑞典人分别在美国提交了18件、12件专利申请,其他国家的申请人也有一定数量的专利申请。在欧洲专利局提交申请的主要是德国人和瑞士人,分别有27件、13件专利申请,其次是美国和英国,各有8件专利申请;而在日本申请专利的主要是日本本国人,共27件专利申请,其次是荷兰人,共提交了6件专利申请,其他国家的申请人的专利申请均少于5件。


图 3 美、日、欧SLM专利来源分布图(申请量/件)


图4示出了激光选区熔化成型技术分支主要申请人美、日、欧专利分布,其中Alstom Technology的相关专利最多,且布局最全面,分别在美日欧申请了5件、3件、6件专利,其代表性专利技术之一是通过选择性激光熔化成型工艺生产由γ'沉淀强化镍基超合金制成的无裂纹且致密的三维物品。西门子公司(Siemens)在该三局申请总量紧随其后,主要是在欧洲进行专利布局,共计7件专利申请,其代表性专利技术之一是一种用于通过选择性激光熔融制造部件的方法。


图 4 SLM专利权人在美、日、欧的专利布局图(申请量/件)


3

技术布局


图 5 重点专利权人发明申请和发明授权排名图


从图5美、日、欧SLM技术专利分布可以看出,美、日、欧对该技术的专利布局主要集中在整机结构和成型方法两个方面。从整体来看,在日本、美国的布局数量高于在欧洲的数量,特别是在整机结构和光路单元方面,欧洲的专利布局数量明显偏低。


4

核心技术专利


在激光选区熔化成型(SLM)领域,依据专利被引证次数、同族专利数量、重点专利权人等因素,对选取出的四篇核心专利进行分析。


(1)EP2589449B1


名称

通过SLM生产由γ'沉淀强化镍基超合金制成的物品的过程

专利权人

ALSTOM TECHNOLOGY

申请日

2012-10-31

公开号

EP2589449B1

引用情况

引用3篇专利文献,7篇非专利文献

同族专利

10件简单同族专利,分别为加拿大、瑞士、中国、欧专局、西班牙、墨西哥、美国申请

技术方案

过程包括:a)提供具有SLM控制单元的SLM设备;b)提供具有计算的横截面的物品的三维切片模型,其被传到且存储在SLM控制单元中;c)准备γ'沉淀强化镍基合金材料的粉末;d)在SLM设备的衬底板上或在之前处理的粉末层上准备具有规则且均匀厚度的粉末层;e)根据三维切片模型,通过用聚焦激光束扫描对应于物品的横截面的区域而熔融准备的粉末层;f)将衬底板下降一个层厚度;g)重复步骤d)至f)直到达到最后的横截面;其中对于熔融步骤e),调整聚焦激光束的扫描速度、激光功率以及焦斑的聚焦直径来获得热耗散焊接。

技术效果

具有超过约5wt.-%组合分数的Al和Ti的γ'沉淀强化镍基超合金因为它们的微裂纹敏感性而已知为非常难以焊接。而本发明允许通过选择性激光熔融而不加热粉末床或要建立的零件来制造无裂纹且致密的三维物品,并进一步提高了这些材料的可加工性。


(2)EP2601006B1


名称

用于通过选择性激光熔融制造部件的方法

专利权人

西门子公司

申请日

2011-07-20

公开号

EP2601006B1

引用情况

引用1篇专利文献

同族专利

9件简单同族专利,分别为中国、欧专局、美国、PCT申请

技术方案

该发明提供一种通过选择性激光熔融来制造部件和对所述部件提供热处理的简单的方法。基本构思为构建热处理设备,该热处理设备对所述部件提供热处理,并作为制造部件的上述选择性激光熔融过程的一部分。

技术效果

该方法避免了用于提供热处理的任何的单独设备,因此,通过减少用于制造的时间而使该过程可以成本节约并更加快速。


通过上面的介绍,想必您对3D打印的重点技术之一的激光选区熔化成型(SLM)技术的欧美日专利分析情况有了初步了解,接下来我们还将为您呈现技术发展路线分析等精彩内容,敬请持续关注华进知识产权公众号~


华进公司自2007年建立战略分析部,团队成员90%具有理工科背景,学科覆盖机械、电子和生物化学等。80%的分析师从事知识产权信息分析工作三年以上。


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