增材制造技术(3D打印技术)是计算机辅助设计、材料加工和成形技术的集成,以数字化模型文件为基础,通过软件和数控系统将特制材料逐层固化成型,从而制造出实体产品。
用于增材制造技术的上游原材料中,根据化学组成可分为高分子材料、金属材料和陶瓷材料。根据成型技术原理以及所使用材料的不同,中游增材打印技术可分为立体光固化、材料喷射、粘结剂喷射、粉末床熔融、材料挤出、定向能量沉积以及薄材叠层。在增材制造的各种工艺中,原材料对制品的成型和使用性能将起到决定性的影响,也是目前需要进一步突破的技术瓶颈。本文通过增材制造材料的全球专利申请进行分析,展示增材制造材料的竞争格局。
从增材制造材料的全球专利申请态势图可见,2012年前的专利申请量较少,处于起步阶段,而后几年出现了爆发式的增长。
2012年前后,世界各国纷纷出台政策加大对增材制造技术的支持,包括增材制造共性材料的研究开发。英国政府自2011年开始持续增大对增材制造技术的研发经费。2012年3月,美国白宫宣布了振兴美国制造的新举措,将投资10亿美元帮助美国制造体系的改革。其中,白宫提出实现该项计划的三大背景技术包括了增材制造,强调了通过改善增材制造材料、装备及标准,实现创新设计的小批量、低成本数字化制造。日本政府也很重视增材制造技术的发展,通过优惠政策和大量资金鼓励产学研用紧密结合,有力促进该技术在航空航天等领域的应用。
据中国增材制造产业联盟统计,2016年我国增材制造产业规模已达80亿元,产业规模实现较快增长,但当时产业政策并不完善,随后出台了国家增材制造产业发展行动计划(2017-2020年),促进产业进一步发展。
对比全球及主要申请国家的技术生命周期图,可以明显看到各国的起步时间大致相似,都在2013年开始迅速发展,随后几年申请人数量和专利数量都有明显上升,但日本2018年后技术创新活动减弱明显。