加关注▲
微信号：华进知识产权
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技术发展路线分析、技术研究重点与发展方向、关键核心专利分析情况。
技术发展路线分析
图1示出了激光选区熔化成型技术路线，选择性激光熔化技术是在选择性激光烧结技术基础上发展起来的，二者的基本原理类似。世界上第一台选择性激光熔化设备由德国MCP公司于2003年年底推出，随后华南理工大学于2004年在专利CN1603031A中研发了金属零件选区激光熔化快速成型方法及其装置，随后，激光选区熔化成型技术越来越受到国内相关研究机构的重视，北京航空制造工程研究所、西安铂力特激光成形技术有限公司、西北工业大学、华中科技大学、华南理工大学等单位陆续开展的相关研究不断向广度及深度推进。2008年，华中科技大学在专利CN201300207Y中对金属零件选区激光熔化设备进行了改进研究，2009年西门子公司对装置的处理室进行了改进研究，随后对选择性激光熔化过程的方法进行了改进研究。2013年，西安铂力特激光成形技术有限公司在专利CN103071798A中研发了直线导轨式选择性激光熔化SLM成形设备，随后，华中科技大学对直接制造大型零部件的选区激光熔化快速成型设备进行了研发。如今我国在金属激光选区熔化成型设备、制造工艺、过程控制、工艺稳定性等方面关键技术也取得了显著进展。总体来说，国内精密激光选区熔化成型技术的硬件系统、工艺特性和成形件力学性能等方面部分达到或接近国际先进水平。
图 1 激光选区熔化成型技术路线图
技术研究重点与发展方向
6.1 全球技术研究重点与发展方向
为了解激光选区熔化成型技术发展方向，研究各技术分支的专利布局占比变化情况，从而揭示全球激光选区熔化成型技术的技术发展方向。
表0-1激光选区熔化成型各技术分支全球专利情况
光路单元 |
保护单元 |
铺粉装置 |
成型方法 |
整机装置 |
||
申请量（项） |
69 |
29 |
150 |
322 |
223 |
|
总体占比1 |
8.70% |
3.66% |
18.92% |
40.61% |
28.12% |
|
增 长 率 |
1998年 |
133.33% |
0.00% |
0.00% |
55.56% |
50.00% |
1999年 |
-85.71% |
0.00% |
-80.00% |
-28.57% |
0.00% |
|
2000年 |
100.00% |
0.00% |
400.00% |
-50.00% |
-50.00% |
|
2001年 |
100.00% |
0.00% |
40.00% |
180.00% |
0.00% |
|
2002年 |
-100.00% |
-100.00% |
-71.43% |
-42.86% |
166.67% |
|
2003年 |
0.00% |
150.00% |
87.50% |
|||
2004年 |
-55.56% |
0.00% |
-35.00% |
-73.33% |
||
2005年 |
75.00% |
50.00% |
-30.77% |
25.00% |
||
2006年 |
-28.57% |
-66.67% |
33.33% |
180.00% |
||
2007年 |
-40.00% |
500.00% |
-16.67% |
-50.00% |
||
2008年 |
0.00% |
-83.33% |
0.00% |
28.57% |
||
2009年 |
-66.67% |
0.00% |
-30.00% |
-44.44% |
||
2010年 |
-100.00% |
-100.00% |
100.00% |
114.29% |
60.00% |
|
2011年 |
150.00% |
40.00% |
175.00% |
|||
2012年 |
150.00% |
0.00% |
-60.00% |
-42.86% |
-72.73% |
|
2013年 |
0.00% |
200.00% |
600.00% |
58.33% |
166.67% |
|
2014年 |
-20.00% |
166.67% |
64.29% |
78.95% |
0.00% |
|
2015年 |
0.00% |
-62.50% |
39.13% |
-2.94% |
87.50% |
|
2016年 |
-100.00% |
133.33% |
-3.13% |
42.42% |
20.00% |
|
近五年占比2 |
26.09% |
75.86% |
68.00% |
45.03% |
46.64% |
|
注：1.各技术分支的专利申请量占总申请量的百分比
2.各技术分支近五年（2012-2016年）的专利申请量占各技术分支的专利申请量的百分比
目前，全球光路单元（69件）、保护单元（29件）、铺粉装置（150件）、成型方法（322件）和整机装置（223件）的专利申请量分别占比8.70%、3.66%、18.92%、40.61%和28.12%，表明成型方法和整机装置为激光选区熔化成型的研发重点。
2012年-2016年期间的专利布局情况来看，保护单元和铺粉装置近五年的专利申请量占比较大，表明保护单元和铺粉装置是全球该领域发展的热点方向。
6.2 中国技术研究重点与发展方向
图2示出了激光选区融化成型各技术分支中国专利申请趋势情况，可以看出，整机装置和成型方法的专利申请量明显多于其他技术分支，表明整机装置和成型方法是中国该领域的研究重点。由于在1997年至2012年期间，中国在各技术分支的专利申请量较少或未申请专利，2013年至2016年期间，整机装置、铺粉装置和成型方法的专利申请量上升趋势明显，表明整机装置、铺粉装置和成型方法是中国激光选区融化成型的研究热点方向。
图2 激光选区熔化成型各技术分支中国专利申请趋势
关键核心专利分析
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）CN201300207Y
专利名称 |
一种金属零件选区激光熔化快速成型设备 |
||
公开号 |
CN201300207Y |
申请日 |
2008-10-30 |
专利权人 |
华中科技大学 |
被引用量 |
30 |
引证分析 |
|
||
同族专利 |
只在中国进行申请 |
||
技术方案 |
一种三缸可加热式选区激光熔化快速成型设备，主要包括激光器、扫描振镜、F-θ组合透镜、回收缸、成型缸、送粉缸、加热板、基板调平和铺粉装置、气体净化系统和控制系统。基板调平、加热和铺粉装置，以及三个工作缸体位于腔体内，气体净化系统通过管道与腔体相连。控制系统分别与激光器、扫描振镜、加热板、驱动各活塞和丝杠的伺服电机、以及气体净化系统电连接。利用该设备，在预热和保温的金属基板上逐层铺粉，然后利用连续的固体激光器，配合送粉缸上升、成型缸和回收缸下降，将粉末逐层熔化。 |
||
技术方案附图 |
|
||
技术效果 |
可以快速地加工出任意形状的金属零件，并能基本消除零件的变形，零件具有良好的尺寸精度和表面粗糙度、高的致密度和机械性能。 |
||
（2）US8414281B2
专利名称 |
用三维成形工艺制造三维物体的方法和装置 |
||
公开号 |
US8414281B2 |
申请日 |
2006-06-27 |
专利权人 |
EOS公司 |
被引用量 |
6 |
引证分析 |
|
||
同族专利 |
奥地利、澳大利亚、加拿大、中国、德国、欧洲专利局、印度、日本、世界知识产权组织
|
||
技术方案 |
一种按成形工艺逐层制造三维物体的装置，包括：处理室，三维物体在室中逐渐形成；将材料逐层地涂覆到处理室中的靶面上，并将要形成的三维物体的材料层进行熔合的机构；至少一个电磁元件，用来将电磁辐射发射到处理室内和/或从处理室接收电磁辐射，其特征在于，装置包括用于在电磁元件和处理室体积之间形成由经调温的流体构成的薄膜的机构，其中薄膜在处理室体积以及电磁元件之间形成阻挡层。 |
||
技术方案附图 |
|
||
技术效果 |
对实施三维成形工艺（例如SLS系统，SLM系统）的系统进行改进，系统中用到IR传感器，这样可在很大程度上消除构建过程中出现的故障，从而对过程温度进行精确的控制/调节。 |
||
（3）WO0181031A1
专利名称 |
生产三维物体的设备和方法 |
||
公开号 |
WO0181031A1 |
申请日 |
2001-04-27 |
专利权人 |
ARCAM AB |
被引用量 |
54 |
引证分析 |
|
||
同族专利 |
奥地利、澳大利亚、加拿大、中国、德国、欧洲专利局、西班牙、日本、韩国、瑞典、美国
|
||
技术方案 |
一种用于制造三维产品的设备，该设备包括一个工作台，在该工作台上准备构制三维产品；一个粉末分配器，其用于在工作台上铺设一薄层粉末以形成粉末床；一个射线枪，其用于向粉末发出能量，从而使粉末发生熔化；用于横过粉末床控制射线枪释放的射线束，从而通过粉末床的诸部分的熔化而形成三维产品的一个横截面的构件；以及一台控制计算机，其中存储关于三维产品相继的横截面的信息，横截面构成三维产品，控制计算机用于控制构件，以便按照形成三维产品的一个横截面的运行程序横过粉末床引导射线枪，从而通过相继熔化由粉末分配器相继铺设的相继形成的横截面而形成三维产品。 |
||
技术方案附图 |
|
||
技术效果 |
提供一种通过相继熔化铺设在工作台上的粉末层的选择部分制造三维产品的设备，其中可以减少三维产品的需要形状、尺寸和强度的偏差。 |
||
（4）WO2004054743A1
专利名称 |
用于制造三维产品的装置 |
||
公开号 |
WO2004054743A1 |
申请日 |
2003-12-10 |
专利权人 |
ARCAM AB |
被引用量 |
32 |
引证分析 |
|
||
同族专利 |
澳大利亚、加拿大、中国、欧洲专利局、印度、日本、韩国、瑞典、美国
|
||
技术方案 |
一种用于制造三维产品的装置，该装置包括：工作台，在该工作 台上构造三维产品；设置成将粉末的薄层施加到工作台上以产生粉末层的粉末分配器；用于将能量传送给粉末从而使粉末熔化的辐射枪；该装置还包括壳体，该壳体内部的压力相对于大气压力被减小，并且工作台和辐射枪位于该壳体内部，其中：粉末分配器或者连接到粉末分配器上的供给管部分地设置在壳体外部。 |
||
技术方案附图 |
|
||
技术效果 |
避免补充粉末过程中，打开、关闭真空室，重新产生真空引起的制造工艺中断。 |
||
通过上面的介绍，3D打印的重点技术之一的激光选区熔化成型（SLM）技术的专利分析报告全部为您呈现完毕，接下来我们还将带来更多领域的专利分析精彩内容，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。
华进战略分析部在专利信息运用、知识产权评议、专利价值运用、专利数据库、专利检索分析、专利联盟管理、高价值专利培育、专利布局等方面具有丰富的实战经验。
其他报告
1、《我不是药神》引热议！用好药品免费专利，仿制药也可以C位出道！
2、逆天的3D打印 | 全球专利态势分析
3、只需三步，小微企业妙用专利工具抢占市场先机
4、免费福利 | 生物药物领域专利分析报告
5、这项逆天技术的专利布局主要集中在哪些方面？你知道吗？
6、原来这项逆天技术在这么多领域可以应用！
7、中山市火炬区成像与光电子技术产业专利导航研究报告（精华版）
8、一文快速了解 | 智能装备领域3D打印激光选区熔化成型技术全球专利分析
9、免费报告 | 3D打印激光选区熔化成型技术中国专利分析
10、3D打印激光选区熔化成型技术美国、欧洲、日本专利分析
