原標題：從專(zhuān)利視角看3D打印助力產(chǎn)業(yè)轉型升級
3D打印技術(shù)，即增材制造技術(shù)，可以通過(guò)不斷疊加和粘合材料層，從無(wú)到有地構建出一個(gè)完整的功能部件。3D打印帶來(lái)的這一轉變對制造流程和產(chǎn)品形態(tài)所產(chǎn)生的影響是巨大的，借助3D打印技術(shù)，制造產(chǎn)品不再需要設計或制造昂貴的模具，設計者的創(chuàng )意可以直接通過(guò)3D打印機成為現實(shí)，極大降低了成本和時(shí)間。3D打印技術(shù)不僅提高了效率，其一體成形的特點(diǎn)可以用于優(yōu)化復雜零部件的結構，從而達到減輕重量、增加使用壽命、提升性能等效果?！ ∮捎?D打印技術(shù)對于產(chǎn)業(yè)界的革命性影響，各國均重視和鼓勵3D打印這一新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值以?xún)晌粩档乃俣炔粩嘣鲩L(cháng)，2018年達到了97.95億美元。我國的3D打印產(chǎn)業(yè)近5年來(lái)始終保持25%以上的增速，2018年我國的3D打印產(chǎn)業(yè)達到約319億元的規模。由于相對傳統加工技術(shù)，如數控機床加工或注塑成型加工具有突出的優(yōu)勢，《經(jīng)濟學(xué)人》雜志將3D打印技術(shù)比作第四次工業(yè)革命。
整體現狀
1986年美國得克薩斯大學(xué)率先提出了選擇性激光燒結專(zhuān)利技術(shù)（公開(kāi)號：US4863538A），1989年美國3D系統公司的聯(lián)合創(chuàng )始人Charles W. Hull提出了立體光刻專(zhuān)利技術(shù)（公開(kāi)號：US4929402A），同年美國斯特拉特西斯公司率先提出了選擇性熔融沉積技術(shù)（公開(kāi)號：US5121329A），1994年麻省理工學(xué)院提出了三維印刷專(zhuān)利技術(shù)（公開(kāi)號：US5340656A），以這些原始專(zhuān)利技術(shù)為起點(diǎn)，各類(lèi)3D打印技術(shù)不斷深入發(fā)展?！ ∶绹?D打印技術(shù)的起源地， 2010年前美國的3D打印專(zhuān)利申請量占據全球的近90%，絕大多數的重要專(zhuān)利申請人來(lái)自美國，比如惠普公司申請量達901件，通用電氣478件，斯特拉特西斯公司345件、3D系統公司327件。近年來(lái)國內3D打印產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，3D打印技術(shù)專(zhuān)利申請量大幅增長(cháng)，其中西安交通大學(xué)專(zhuān)利申請量達到347件，華南理工大學(xué)310件，華中科技大學(xué)236件，珠海天威飛馬209件?！ ∮捎?D打印技術(shù)存在著(zhù)制造效率較低、可打印材料種類(lèi)不多等現實(shí)問(wèn)題，目前的3D打印技術(shù)還不能完全取代傳統制造加工技術(shù)，市場(chǎng)對于3D打印進(jìn)入了冷靜觀(guān)察期。然而，3D打印雖不能顛覆傳統制造業(yè)，但可以助推傳統制造業(yè)的轉型升級，使傳統行業(yè)煥發(fā)新的生機。下面以三個(gè)傳統行業(yè)為例，從專(zhuān)利視角說(shuō)明3D打印技術(shù)對于傳統產(chǎn)業(yè)轉型升級的推動(dòng)作用。
輪胎產(chǎn)業(yè)
輪胎花紋的結構往往呈現出空間三維扭曲、多弧度、多角度的特點(diǎn)，輪胎花紋由模具壓制而成，模具的精密程度直接影響到輪胎的精度和質(zhì)量，更對駕駛安全和舒適性產(chǎn)生重要影響。采用傳統的銑削、沖壓等手段對機床、刀具的要求很高，而且步驟繁瑣，容易影響輪胎的質(zhì)量。
米其林在3D打印輪胎上取得了一定的突破，其在中國的相關(guān)專(zhuān)利申請達到了31件，其中大多數是選擇性激光燒結制備輪胎模具，如專(zhuān)利（公告號：CN103534050B）描述了制造輪胎模具的方法，模具包括燒結部分和固定在燒結部分上的非燒結部分，燒結部分具有外殼和位于外殼內的芯體，芯體為內部具有多個(gè)空腔的網(wǎng)狀結構，制造時(shí)在安裝板的平坦表面上逐層熔合金屬粉末制造燒結部分，該方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟且確保了模具較低的變形量和較高的安全水平?！ ?D打印可以在很短的生產(chǎn)周期內制造出復雜的幾何形狀，只需一步打印就能完成過(guò)去幾個(gè)步驟才能完成的刀槽花紋，也無(wú)需人工安裝和焊接，節省成本、精度也有保證，對輪胎產(chǎn)業(yè)的轉型升級具有推動(dòng)力。
制鞋產(chǎn)業(yè)
對于熱愛(ài)運動(dòng)的人們來(lái)說(shuō)，一雙合腳又懂腳的運動(dòng)鞋非常難得。3D打印技術(shù)在運動(dòng)鞋領(lǐng)域的不斷創(chuàng )新與發(fā)展，讓量腳定制鞋子變成了現實(shí)。專(zhuān)利數據顯示，耐克、阿迪達斯等海外制鞋巨頭的專(zhuān)利布局已有十年且專(zhuān)利數量眾多，而國內企業(yè)近兩年才開(kāi)始布局且數量較少?！ ∧涂嗽谥袊壳坝?3件3D打印制鞋專(zhuān)利，這些技術(shù)不僅涉及鞋構件的制造，也涉及模具制作等上游技術(shù)。耐克在其flyprint跑鞋的鞋面中使用了3D打印技術(shù)，如專(zhuān)利（公告號：CN104428126B）可以基于鞋面的局部或整體的期望性能來(lái)調控材料性質(zhì)，比如增加剛度、支撐、柔性等?！ “⒌线_斯則在Futurecraft跑鞋產(chǎn)品中運用了3D打印技術(shù)，相關(guān)的專(zhuān)利（公開(kāi)號：CN106263250A）描述了一種3D打印制作的網(wǎng)格鞋底，這樣可以根據鞋的專(zhuān)業(yè)用途而調控局部網(wǎng)格結構?！ ∑タ艘餐瞥隽?D打印運動(dòng)跑鞋，其專(zhuān)利申請文件（公開(kāi)號：CN108477752A）公開(kāi)了SLS燒結TPU粉末得到的緩震網(wǎng)格結構鞋底，既能保證了強度，也提供了出色的柔軟度及緩沖回彈性能。李寧則宣布推出完全個(gè)人定制化的3D打印運動(dòng)鞋，專(zhuān)利申請文件（公開(kāi)號：CN106447453A）公開(kāi)了李寧的數字化鞋產(chǎn)品定制方法?！ 】梢?jiàn)3D打印技術(shù)不僅有助于實(shí)現個(gè)性化定制，即“合腳”，也能夠實(shí)現功能化鞋體的制作，即“懂腳”，提高了產(chǎn)品的附加值和技術(shù)含量，助推了產(chǎn)業(yè)升級。
鑄造產(chǎn)業(yè)
鑄造企業(yè)大都依賴(lài)于傳統的鑄造模式，其中占用時(shí)間最長(cháng)的是模具制造、制芯、造型等過(guò)程，這大大影響了產(chǎn)品的交付周期。
寧夏共享集團是具有50年歷史的鑄造企業(yè)，近年來(lái)其在砂芯3D打印方面布局了約223件專(zhuān)利。寧夏共享集團在專(zhuān)利（公告號：CN104028711B）中，提出可以設置多個(gè)工作箱，某一工作箱位于打印工位時(shí)，鋪粉器和打印頭分別鋪設粉末和噴射粘合劑進(jìn)行3D打印，打印后轉換其他工作箱與打印單元位置對應進(jìn)行3D打印，之前進(jìn)行的工作箱可進(jìn)行清理工作，該方案節省了清理工作箱的時(shí)間，提高了設備的利用率。
寧夏共享集團將3D打印砂芯模具應用到鑄造生產(chǎn)線(xiàn)上，相比傳統的鑄造工藝，3D打印與鑄造結合的生產(chǎn)線(xiàn)省去了模具制造環(huán)節，大大縮短了鑄件交付周期，不僅使得鑄造業(yè)不再是“傻大黑粗”的行業(yè)，更提升了市場(chǎng)競爭力，實(shí)現了產(chǎn)業(yè)轉型升級。
3D打印技術(shù)雖然目前還不能完全取代傳統制造技術(shù)，但是3D打印在輪胎、制鞋、鑄造等傳統產(chǎn)業(yè)已經(jīng)嶄露頭角。面臨發(fā)展困境的傳統企業(yè)一方面可以借助3D打印技術(shù)壓縮生產(chǎn)流程，降低制造成本，如省去模具制造環(huán)節或利用3D打印壓縮模具制造環(huán)節周期；另一方面可以借助3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)傳統制造技術(shù)難以制造的新產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)新工藝，如常規技術(shù)難以制備的網(wǎng)格鞋底。相信隨著(zhù)3D打印技術(shù)深入開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的傳統行業(yè)會(huì )從中受益，實(shí)現轉型升級。（徐 寧）
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