3D打印巨头:美国3D Systems公司专利技术调研报告

3D打印的专利申请主要集中在美、日、德、中、韩等五个国家，上述五国的专利申请量占全球增材制造专利申请总量的九成。其中，美国以近半的份额在3D打印技术专利上具有绝对优势。在美国申请人中，又以3D Systems和Stratasys两家上市公司为主要的技术创新引领者。

1、3D Systems公司背景及核心产品

1.1公司背景

成立于1986年的3D Systems公司是在纽约证券交易所上市的全球最大的3D打印解决方案供应商，其提供3D打印机、打印耗材、打印软件和培训服务。3D Systems率先发明了光固化成型解决方案，产品线包括SLA光固化成型系列、SLS可选激光烧结系列、MJM多喷头模型系列、Accura固体打印材料等，支持光敏聚合物、金属、尼龙纤维、工程塑料和热塑性塑料等多种材料的打印。

2012年1月，3D Systems公司花费1.355亿美元从瑞典Ratos AB的子公司Contex手中收购了Z Corp和Vidar两家公司。Z Corp是麻省理工学院的技术专家们为将持有的3D打印专利技术推向市场而于1997年成立的公司，是多色喷墨3D打印技术的领导者。Vidar公司专门服务于医疗和牙科成像市场，是医用胶片数字化仪的引领者和供应商。通过这次收购，将Z Corp和Vidar产品同众多的3D Systems产品组合，完善了3D Systems的产品能力范围。

如今的3D Systems产品线涵盖个人级3D打印机（如ProJet 1500、Cube系列等）、专业级3D打印机（如ProJet 3500、Zprinter 650、Zprinter 850等）和生产级3D打印机（如ProJet 6000、ProJet 7000等），业务领域遍及汽车、航空航天、国防、消费品、建筑、医疗器械和牙科等。目前，3D Systems的总市值达33.56亿美元

2、3D Systems公司专利状况

经对3D Systems公司的专利技术调研发现，截至2013年6月26日，在德温特世界专利索引和专利引文（DII）数据库中检索到3D Systems公司的专利族258个（每个专利族包括同一基础专利在不同国家申请的所有专利），均为3D打印相关技术方案。

2.1发展历程

图1揭示的是3D Systems公司3D打印基本专利申请量和公开量的年度分布情况，该曲线再现了3D Systems公司3D打印技术的总体发展历程。考虑到专利一般从申请到公开需要最长达30个月（12个月优先权期限+18个月公开期限）的时间，再考虑到数据库录入的时间延迟，近两年的专利申请量会出现失真。在图1中，红色曲线图为优先权专利年度申请数量，蓝色曲线图为年度专利公开数量。经考察发现，3D Systems公司自成立之初即1986年左右开始申请3D打印相关专利，20多年来总体处于持续稳定的研发状态，公开专利量在2003年（24个专利族）达到波峰。

2.2区域分布

图2中通过研究3D Systems公司在其它国家布局专利的情况，反映出3D Systems公司对国际上哪些市场比较重视。可见，3D Systems公司除了非常重视美国市场以外，对世界市场的保护也非常重视，在欧洲、日本、德国、中国等地区布局了多项3D打印专利。

2.3主要发明人

表1列出了为3D Systems公司发明了20个以上专利族的发明人，这些发明人分别为HULL C W（60个专利族）、SMALLEY D R（38个专利族）、ALMQUIST T A（27个专利族）、PARTANEN J P（23个专利族）、MANNERS C R（21个专利族）、NGUYEN H D（21个专利族）、LEYDEN R N（20个专利族）等7人。

2.4主要技术领域

由图3看，3DSystems公司在塑料成型技术（B29C）方面的专利量最多，塑料成型技术专利占其专利申请总量的八成以上。此外，3DSystems公司在数据处理（G06F）、金属粉末制造成型（B22F）等国际分类号的技术小类上也有多项专利申请。

3、3D Systems总裁：打印将改变人们学习方式

首届世界3D打印技术产业产业大会于5月29－31日在北京中国大饭店隆重举行。在会上，美国3D Systems执行副总裁Michele Marchesan发表演讲，Michele Marchesan表示，3D将会改变人们学习的方式、沟通的方式和创造的方式。

Michele Marchesan称，随着经济的发展，教育也应该是一个更加开放的过程，希望将来孩子们可以从这样的技术里面来获益。“希望能够创造一种类似于生态系统的做法，就是让大家做起来非常容易，然后每个人都可以参与，每个人都可以来做。如果你有这样的一个打印机的话，就可以让很多人有这样的冲动进行自己的创造，变得越来越有创造力。”

以下为美国3D Systems执行副总裁Michele Marchesan演讲实录：

Michele Marchesan：非常感谢能够有这样的机会来到这里，我们3D Systems荣幸能够参加此次会议。我想介绍一下3D Systems公司，来看一下，这是我们的工作。3D将会改变我们学习的方式、沟通的方式和创造的方式。可以说我们发明了它，现在轮到你们了，就是关于发明和想象。

首先，我想简单的介绍一下我们公司，我们是在3D技术方面的全球领导公司，我们有七种不同的技术来为不同的材料和不同的应用提供设备，虽然说我们的技术还不是完全完美，但是，这也是为什么我们正在发明更多的技术来满足消费者的需求，我们有自己的专属技术。

另外一个关键点，在于为了开发新的应用，我们需要有更多的材料选择，3D系统已经有一百种材料来应用于不同的技术、系统和应用当中，我们有的已经听到过了最近做的一些系统和发明技术，我们不仅仅提供的有设备，同时我们也会提供内容制造的软件，在整个组合当中，我们有1200多个这样的专利，还有11个全球创新中心，很多是从事于研发，我们的目标是在美国和欧洲，还有在亚洲都能够看到我们的足迹和影响力。

这是我们拥有专利技术的打印引擎，这个片子上就是我们的七种技术，以及这几个技术是什么样子的。这个是我们的内容到打印的程序，我们有不同的商业模型，我们希望通过我们的模型能够更好地服务客户，比如说我们希望能够进行快速的成型，然后有快速的原型技术，我们也希望能够测量。另外，我们也希望能够生产，创造原型、测量、生产。首先就是要改变的就是我们的文化，我们需要保证通过3D打印可以获得创造性，我们应该不断地进行创新，对于新的事情不断地去尝试，我们希望能够有一种分布式的商业模型，能够有这样的一个企业文化，这个图是我们在旧金山的一个办公室，你可以看到是一个非常开放的办公形式，这是与传统的办公模式是不一样的。

这是我们主要的一些打印机，我们有不同的技术，不同的模型，从个人的打印机到职业打印机，一直到生产性的打印机，在这个图上也列出了我们各种打印机的价格区间，另外我们有一百多种功能绩效评估或者表现材料，这些材料有很多，其中从尼龙到塑料、橡胶、金属，一直到混合物，我们尽量保证客户能够使用各种材料。

我们在2009年的时候开始提供快速的生产性的服务，这是我们以前的服务之外的额外服务，主要是满足客户，我们进行了一系列的战略收购，通过收购使我们服务类型更加全面，比如说这个图上列出了我们收购的一些软件，我们现在有一个很好的体系，就是说你可以告诉我们你需要什么样的材料、需要什么样的设计，然后我们可以把你需要的相关产品直接寄送到你家里。

另外，我们还有3D的解决方案，在这样的解决方案里，为了提高这方面的能力收购了两家公司，我们希望帮助我们的客户能够抓住修改他们的文件，使用逆工程的做法。我们可以根据客户的需要进行随意的修改，提供他们满意的产品。你可以用我们的系统来设计你的内容，根据内容进行打印，我们提供从内容设计到最终的打印一体化的解决方案。

这个片子是关于说复杂性是自由的，我们可以通过我们的服务来进行非常复杂的设计，复杂性是自由的，自由地来设计复杂性，就是各种几何的形状，只要客户提出来，我们就可以根据他们的需求来进行设计。

我们对汽车非常感兴趣，我们为他们提供了设计，另外，我们也对参与航空方面非常积极，我们有一些经过认证的产品，特别是用于飞机上的一些零件，这些产品都是经过认证的。另外，我们还有针对患者的医疗器械，大家之前已经看到过一些类似的关于医疗产品的图片。另外，我们也有对教育有帮助的产品以及一些娱乐产品，我们直接为消费者服务。我们希望能够为客户提供他们所要求的产品，我们认为3D打印将来可以提供消费者所希望的任何类型的产品。

我们将来的增长发展有几个支柱，将来我们会进一步加快3D打印机，另外我们会加速零件生产服务，另外还有医疗以及航空等等行业。我们为消费者提供零售服务，这里面就是我们可以进行个性化的设计，根据你的需求然后来进行设计，你可以来选择你希望什么样的设计和模式，然后可以把相关的模型打印出来，供你挑选。现在给大家放的动画就是一个例子，介绍一下我们将来可以提供什么样的服务，我们也有3D打印的吉他。

另外关于教育，对教育我们可以进行再想象，现在随着我们经济的发展，教育也应该是一个更加开放的过程，现在越来越多的学校在使用我们的系统来做一些现代的创作，一些有创造性的制作，而且一些学校已经在他们的课程设计里面纳入了这样的内容，而且由于这些系统都是可以负担得起的，成本并不是非常高，所以说他们可以在日常的学习里面越来越多的使用这样的一些技术，我们希望将来孩子们可以从这样的技术里面来获益。

我们建立了一个平台，这个平台包括设计者、包括消费者，你从这个平台上可以发现你所感兴趣的东西，然后对它进行自己的个性化设计，并提出要求。比如说吉他，另外还有地图，每个人都可以做，包括一些孩子都可以做，你可以进行设计，然后自己来创造，不管你想象什么，都可以运用自己的想象力来进行创造，而且这也是价格上非常有性价比的机器，我们希望我们能够创造一种类似于生态系统的做法，就是让大家做起来非常容易，然后每个人都可以参与，每个人都可以来做。如果你有这样的一个打印机的话，就可以让很多人有这样的冲动进行自己的创造，变得越来越有创造力。

这是另外一种3D打印机，也有用于工业生产的CubeX，它的一个比较酷的地方是可以运用多种颜色来生产产品，这个就是我所说的CubeX，你可以将不同的结构、不同的构件组合起来，比如说你可以有汽车的模型、其他的模型组合起来，另外有不同的颜色，这个是特别好的很有意思的一个平台，另外，人们使用这个平台时不会觉得有任何障碍。另外还有一个非常简单的事情，是照相，跟自拍照有点类似，你可以选择自己的图象，然后打印出来。

我们再讲讲“3D我自己”，我们叫它3D，也就是用在像苹果电脑、iPad上面作画，来做3D打印，或者是创造一些形状，然后把它变成现实。再给大家介绍以下个人3D打印机，我们有自己的桌面打印机，是能够创造非常高度细节的部件，还有塑料部件，同时，我们还有专业版的打印机，它是ProJet 3510打印机。打印机能够做很大的部件，比之前的打印机做的规模要大两倍，同时，他能够更好地便于消费者使用它的触屏，还有图片的显示，而且它的界面也是在iPhone和iPad的应用上免费使用，你可以在任何地方进行3D设计和打印，所以你站在打印机前，你需要的就是一个iPad，同时你可以监控材料，控制打印顺序，添加或者是删除工作任务，所以，我们的工作不断地在改善，比如说可以来进行各种各样的指令，在你的移动终端上就可以做得到。同时，打印机本身也加了更多的性能，它能够运行时间更陈、效率更高，更容易服务于消费者，我们的PreJet能够把3D打印推向新的高度。它能够打印出非常不错的零部件，有更高的精准度，还有更精准的、更大规模的打印，同时，我们可以看到每次打印的清晰度也更高，我们可以看到在广东省我们有很多这样的机器是用于珠宝的生产，所以我们又扩展了ProJet 5000这个型号，所以，我们可以做很大的零部件，但是它的细节准确度还有性能都没有受到任何的影响，同时，还有VisiJet，它有非常好看的白色材料的使用。

现在我们有新的ProJet 60系列，90%的所有颜色都可以放在一个单一的构件当中，所以说，在这个里面你可以看到这个量有多大、规模有多大，同时可以创造多少的部件，而且它都是白色的，或者是各种各样的颜色。

我想简单的跟大家介绍一下高级生产制造打印机。这是三个平台，我们有35种不同的打印材料，特别是我们在这里有极高的准确度，高精确度、清晰度，还有很好的性能，所以我们可以有最高的清晰度还有非常良好的材料，在SLS方面我们有热塑生产，还有无需支持的生产，还有系统到系统的可重复性。我们之前强调了方程式一，它是两个技术的结合，比如说研究动力学，我们有一到三级的部件，然后在风口进行测试，一旦决定他们选了最好的配置之后，把它转到制造当中，就进行相关的制造。在引擎方面，他们要做的是使用类似的事故和故障进行测试，对于一些短期的运行，我们有的部件的打印是直接使用在了赛车当中，所以我们也是把一些故障放到汽车当中，让他看到车在运行时性能很高。不是模仿实际的性能，而是有同样的性能，这个照片跟大家介绍的是这种精细的细节是我们能够展示出的非常了不起的细节，同时我们还有很大的零部件，比如说这个是1500×750×550厘米的，所以说在这个里面，一方面我们也是非常注重细节，一方面我们也可以做得非常大的规模，而且SLA也有最广泛的使用案例，我们可以看到有哪些应用的范围，SLS有4个产品、9个模板，以及真正的有功能性的热塑料，可以用在生产当中。比如说在医疗行业，还有大规模定制化的行业，就可以看到有非常优越的精准度。

大部分的这种终端使用的部件都是由SLS来做的，而且大产量的生产，它有着非常好的性能，还有可以扩充产能的能力，而且这是一些新兴的使用案例，我们有这种专门的针对各个病人的产品，它们都是很独特的，所以我们可以为他们量身打造他们所需要的仪器，来进行植入或者是做这种牙科的模型。这个是想给大家看的最后两个应用。

我们讲到了未来，在这里也讲讲当今，这家公司是在加州的圣地亚哥做的，每年要做700万个零部件，通过3D打印。工厂是基于我们的3D打印机来做的，他们的产品销往世界各地，所以说我们今天有3D打印与生产，它的效果非常的好，而且成本效益性非常高。

最后，我要用最后一张幻灯片来结束今天我的演讲。当我们在讲到3D打印的时候，我们只是看到冰山一角，实际上我们看到的是人工智能、云计算、新的传感器等等的融合，还有3D与这些技术的融合，我觉得是一个非常了不起的应用，就是为了满足某些情况，有时候病人需要戴一些支架，在这种情况下，我们把所有的技术混合起来，在这里有一个简单的移动设备，它是可以来扫描患者的手，我们把它放到云计算里面，然后使用高速计算来创造出一个独特的支撑物，能够支撑起这个患者的手臂。正因为如此，我们能够用这样的技术来为患者服务。

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