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3D打印产业技术的演变与预测研究(四)

2.第二阶段(--2006年)
        如图4所示,1960-2006年的主路径图是在第一阶段的基础上沿着US6136252A、US2(D2~I 1693A1这两个节点发展出了两条分支。

(1)分支一包括专利US2003015 1 167A1、us2o030043360Al、us20060197235Al和EP1769902A2。
        该分支上的专利重点在于提高3D打印技术的精度和质量方面的研究。US20030151 167A1是Objet Geometries公司于2003年公开的一项关于精确打印三维物体的设备、系统和方法的专利,其通过设置调整参数来修改物体数据,从而实现了3D打印的高精度和高质量。US20030043360A1是美光科技公司于2003年公开的一项用于促进多个电子元件组装的设备的专利,该设备为采用光固化成型技术制造和集成电子元件和零件提供了定位、定向、操作和保护的方法。专利US20060197235A1介绍了使用光固化立体成型技术在半导体基质(半导体模具或晶片,或合成的其他结构)上快速形成精确的由固化聚合物、热塑性材料和黏合剂组成的防护层的电子元器件。EP1769902A2是由3D Systems公司于2007年公开一项利用光固化成型技术打印三维物体的装置的专利,该装置在叶片间隙传感部分添加用来检测底座到液体树脂表面距离的传感器,从而改善原有激光系统,可以更有效地利用激光获得更精确的成像,提高快速成型和制造系统的生产能力和效率。

(2)分支二包括专利US20030107158A1、US20040187714A1、US20050104241A1、US20060206227A1、US20O7O032563A1、US20O70173967A1和US20080121 130A1。US20030107158A1和US2o070032563Al是Objet Geometries公司公开的两个具有反向热凝胶性质的合成材料的专利。US20030107158A1公开介绍的新型支撑材料是由温敏性聚合物和表面活性剂合成的。US20070032563A1公开的合成材料是由温敏性聚合物、降低表面张力的添加剂、光固化活性成分、光敏引发剂和稳定剂组成。这两个合成材料均具有反向热凝胶性质,当温度高于凝胶温度(Tge1)时,该材料会凝固,因而有足够的韧性和空间稳定性来支撑模型层。当降低温度后,其会形成低黏度液体,易于清理。US20040187714A1介绍了三维实体(如酒杯)的打印方法,以及两部分材料的存储。US20050104241A1是Objet Geometries公司于2005年公开的关于3D打印设备的专利,该项发明增加了滚轴装置,从而可以按照预设值来改变打印材料的厚度。US20060206227A1和US20070173967A1和分支一的专利US20030151167A1一样,均是介绍通过设置调整参数来修改物体数据,从而实现了3D打印的高精度和高质量的系统和方法。

        经主路径分析可以看出,此阶段技术发展的重点在于3D打印技术在支撑和实体材料以及精度和质量的改进。

3D打印技术主路径(1960-2006)

3.第三阶段(--2013年)
        如图5所示,本阶段在第二阶段的专利US20040187714A1基础上形成了四条主路径分支,包括专利WO2009013751A2、US20130124151A1、W0201417409OA2和US20140025190A1。WO2009013751A2为固体成型技术系统在设计相关领域的应用。US20130124151A1提出了提高3D模型适应性的计算机实施方法。WO2014174090A2提出了一个混合支持系统,该方法是用来固化使用3D打印技术打印的物体。US20140025190A1提出了打印病人解剖模型的方法,如根据核磁共振数据集打印骨头。在此阶段,技术发展的重点除了工艺和流程方面的持续改进,已开始与3D打印的具体应用领域融合发展。
3D打印技术主路径(1960-2013)


4.综合分析与预测
        根据主路径演化分析的结果可知,在第一阶段,3D打印技术积累了基础性原理、技术和设备方面的研究基础;在第二阶段,3D打印在支撑和实体材料以及精度和质量上均有明显改进,其基本方法、设备和工艺、流程相关技术已趋于成熟;在第三阶段中,3D打印的技术发展侧重于结合具体应用领域的纵深发展,且在其诸多应用与技术分支中,设计领域以及生物组织工程方面的应用成为了新的技术重点。如何把3D打印技术与生物技术、设计技术等相结合,将成为3D打印产业下一步发展的技术重点。同时,本研究由3D打印领域专家对三个发展阶段的分析结果进行验证判断,专家表示认可,认为专利主路径分析的结论对于3D打印产业技术发展有较好的分析及预测作用。

        综上,通过上述专利主路径分析可以看出,总体来说,当前3D打印技术多集中于方法、装置和技术,其相关应用的专利并不是很多,尚未呈现出完整稳定的技术应用路径,但3D打印技术发展已经逐渐从技术原理进入实际应用阶段。近年来3D打印技术已经在艺术设计、航空航天、地理信息、军工、医疗和消费电子产品等诸多领域实现了应用。其中,两大技术应用趋势值得重点关注。一方面,3D打印技术在设计方面的应用能推动产品设计模式发生变革,拓展设计人员的想象空间,节省产品设计研发成本,缩短产品设计到成型的周期,具有良好发展前景,其固体成型技术和电脑设计方法将进一步拓展发展。另一方面,3D打印在生物组织工程方面的应用,比如根据核磁共振数据集打印骨头,将会给生物医学领域带来巨大影响。传统制造技术无法满足生物组织的精细复杂的要求,而3D打印技术在这方面的应用将会克服传统技术的缺点,相关技术的研究将会对传统生物医学产生重大影响,这也是3D打印产业最具前景的技术发展方向之一。

六、研究结论
        采用基于专利引文网络的主路径分析方法,对3D打印产业进行分析,研究了不同阶段其产业技术的发展轨迹和演化趋势,预测3D打印在设计以及生物组织工程方面的应用将成为未来产业发展的重点方向。通过专利主路径分析,可以增强技术预测的客观性、全面性和有效性,能够为把握3D打印重点技术演进过程,为预测未来技术及其应用方向提供依据,同时对企业和科研机构制定相应的技术开发及市场拓展战略起到指导作用。基于专利主路径分析进行3D打印产业技术演变和预测研究的局限在于,由于专利公开的滞后性(通常是18个月),因此无法通过专利数据库获取最近的全部专利数据,尚不能完全反映3D打印产业当前专利技术的最新进展。另外,在“科学一技术.应用一市场” 的产业生命周期中,文献产出通常是先导于专利产出的一个指标,故文献分析可作为基础性技术发展的一项前瞻性预测的补充。因此,在今后的研究中,可以把3D打印产业的文献主路径分析与专利主路径分析相结合来做进一步探索,以期能获得更全面、深入的分析结果。

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