微纳尺度3D打印专利技术分析

发布时间：2022-05-20T03:18:55.213Z 来源：《科技新时代》2022年4期 作者： 郭再勋

[导读] 再采用数据分析的方法，详细介绍了微纳尺度3D打印专利技术内容，包括申请量、权利人以及地域特性等，希望为行业发展提供必要的专利技术情报。

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摘要：微纳尺度3D打印技术在未来社会生产的应用前景广阔，本文通过介绍当前集中常见的微纳尺度3D打印技术，再采用数据分析的方法，详细介绍了微纳尺度3D打印专利技术内容，包括申请量、权利人以及地域特性等，希望为行业发展提供必要的专利技术情报。 关键词：微纳；专利技术；3D打印技术

前言：复杂微纳尺度3D打印技术在微纳机电系统、微纳光学器件、生物芯片等领域具有广泛的应用前景，社会需求量巨大，具有广阔的发展前景。专利属于市场经济发展的必然产物，其中蕴含着丰富的法律权益以及市场行为，值得关注。 1.常见的微纳尺度3D打印技术分析

随着现代科学技术的发展，微纳科学技术与3D打印技术之间的结合越来越常见，可以充分适应未来社会发展需求。近些年常见的微纳尺度3D打印技术主要分为以下几种类型： 1.1MSLS（微激光烧结成型）技术

该技术主要借助亚微米粉末材料、圆柱形土层刮刀或者固体激光器技术实现了材料微尺度结构制造，与传统的快速成形技术相比，微激光烧结成型技术可以显著提升制造的精准度与分辨率，并且该技术的成型材料应用广泛，包括石蜡、金属、陶瓷复合粉末材料等[1]。微激光烧结成型技术的成型零部件基本不受限制，且成型时间短，在社会生产中的效果显著。 1.2MDJ（微喷滴射成型）技术

微喷滴射成型主要借助不同电场驱动力，采用“拉”的加工方法将溶液耗材从喷嘴上喷射到基板上，根据智能电脑所设定的数字化模型履行打造微滴列阵，所以可以在经过层层沉积或者熔接之后，可以形成一个复杂的三维结构。与传统技术相比，微喷滴射成型技术借助微垂流可以根据生产需求设定打工模式，通过均匀的微液滴打破分辨率对加工效果的影响。因此该技术的优点表现为：可以加工出高分辨率、高精度的图案，在多喷头打印的基础上做纳米级、微米级分辨率图案，并且可以借助无机功能材料、导电聚合物等进行生产，该技术已经在基因工程、材料成型等等方面得到广泛应用，属于当前最具应用前景的技术之一。 1.3FDM（丝材熔融沉积成型技术）技术

FDM技术可以将塑性丝材料在喷嘴位置热熔化，电机带动挤出喷头，并根据模型规划的轨道挤出，同步电机根据既定脉冲将齿轮将丝材融入腔内，在冷却固化之后，通过层层囤积的方法最终形成三维制品。从生产现状来看，丝材熔融沉积成型技术可以用于批量生产的三维复合材料中，通过选择100-300℃熔点的丝材，打印出来的产品具有良好的耐腐蚀性、耐热性等，内部机械应力对丝材熔融沉积成型技术生产结果的影响小，有助于控制生产质量[2]。同时在采用丝材熔融沉积成型技术时不需要使用激光设备，所以与常规技术相比，该技术的生产成本更低、材料利用率良好，具有满意效果。 1.4微立体光刻技术

微立体光刻是在传统3D打印工艺——立体光固化成型技术基础上发展而来的一种全新工艺，与传统技术相比，该技术通过更小的激光光斑可以在更小的面积地上发生广固化反应，而微粒体光刻的厚度通常被控制在1-10 以内。从技术特征来看，该技术采用了光刻固化每层聚合物中采用了点对点、线对线的方法，可按照分层数据激光光斑逐层扫描并固化，而随着相关技术的发展，该技术的功能也在不断完善，例如相关学科开始利用分层软件对三维CAD数字模型按照特定厚度做分层切片，在该加工方法下，每一层切片可以被转化为位图文件，此时每个位图文件能够直接输入至动态掩膜中，并显示在曝光固化树脂液面的对应层面上。从技术应用来看，该技术也展现出了显著优势，例如使用羧酸作为分散剂，1，6己二醇二丙烯酸酯树脂，并提出一种约束表面质量技术，该技术的主要优点就是可以有效避免陶瓷零件加工后的纹理裂隙的发生，具有优势。 2.专利技术分析 2.1专利技术数据研究

在本次研究中，检索的微纳尺度3D打印技术的数据来源时间点为1990-2020年，确保所采集的数据资料完整，可以真实反映出当前相关技术的发展现状。

2.2专利分析结果 2.2.1专利申请量分析

从数据来看，全球范围内的微纳尺度3D打印技术发展大体可以分为三个阶段：（1）初步发展阶段，是指2006年之前，在1990-2006年的十余年时间中，平均每年微纳尺度3D打印技术的申请量为2-3项，其中2000年达到峰值，为4项，此阶段的专利技术普遍为基础性的专利技术。（2）成熟发展阶段，是指2007-2016年，此阶段全球范围内的微纳尺度3D打印技术专利申请数量有明显提升，年均为5-6项，此阶段越来越多的单位开始认识到微纳尺度3D打印技术的重要性并开始投入大量的人力物力资源进行技术研发并取得成功，例如温州大学于2009年申请了第一件微纳尺度3D打印技术专利。（3）迅猛发展阶段，是指2017年至今，此阶段微纳尺度3D打印技术申请量明显增加，年均超过20项，我国在微纳尺度3D打印技术申请上的数量也超过了10项，与全球的增长速度基本相同，预计在未来，我国在相关领域的申请数量会有进一步提升。 2.2.2权利人分析

本文图1介绍了全球范围内微纳尺度3D打印专利技术的申请人数量，数据证实权利人分布不平均。

图1 微纳尺度3D打印专利技术申请人数量

结合我国的实际情况可以发现，除了青岛理工大学之外，其他相关学院以及科研单位同样申请了部分专利，但是不容忽视的是，我国在微纳尺度3D打印专利技术上的研发投入较少，整体发展水平较低，与西方发达资本主义国家相比还有较大的发展差距。 2.2.3地域分析

从地域分析来看，美国是微纳尺度3D打印专利技术的最大生产国，达到了44项，证明美国将该技术作为整个行业发展的重点。相比之下，我国在微纳尺度3D打印专利技术申请中也取得了满意效果，其申请量达到了43件，证明我国虽然在相关行业上的起步较晚，但是发展水平良好。除此之外，日本、德国等也是专利申请大国。

同时目标市场国分布显示我国与美国遥遥领先，相比之下，欧洲与日本仅次于中美，其专利布局数量分别为34件、33件，但是需要注意的是，在欧洲布局的专利与来源于欧洲的专利差值较大，证明欧洲不同国家在整个产业发展中具有广阔前景。 2.3结果分析

从本文的研究结果可以发现，当前微纳尺度3D打印专利技术在近几年得到了快速发展，预计在未来，我国相关行业发展前景广阔，但是随着相关行业的发展，预计未来相关行业可能会出现更为激烈的市场竞争以及专利侵权纠纷问题，这是不容忽视的问题。结合我国整体发展情况来看，青岛理工大学在行业发展中尚处于领导地位，但是随着国家重视程度提升以及相关单位资金投入量的增加，预计未来会有越来越多的高校与部门参与到微纳尺度3D打印专利技术研发中，值得关注。

结束语：微纳尺度3D打印专利技术对于推动整个行业发展有积极影响，我国在相关行业的起步较晚，但是已经取得了喜人的成绩，但是整体而言，我国在相关领域的发展与西方发达国家之间存在较大差异，因此相关部门在保证高研发的同时应该做好成果转化，这样才能进一步提升微纳尺度3D打印专利技术水平。 参考文献：

[1]曹辉,张广明,杨建军,等.基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印[J].科学通报,2021,66(21):2745-2757. [2]王永青,邓建辉,李特,等.软体机器人3D打印制造技术研究综述[J].机械工程学报,2021,57(15):186-198.