詳解總理關心的3D打印

　　8月21日下午，國務院總理李克強在國務院第一會議室主持召開了一場關于“先進制造與3D打印”的授課，中國工程院院士盧秉恒向國務院總理、副總理、國務委員、各部部長、央企負責人講解了先進制造業和3D打印技術的現狀。李克強總理表示，要“讓廣大熱衷創新創造的創客和極客大展身手，讓更多有生命力的前沿技術和新興產業集群蓬勃發展，共同鑄就中國制造業新輝煌。”
　　
　　已注定要在“新制造時代”中扮演重要角色的3D打印，將同時在“創新”和“制造”兩個層面改變時代進程。我們制作了這一期特別策劃，試圖在變革前厘清思路，掌握關鍵信息。
　　
　　【沖擊】3D打印會迫使我們修改專利法嗎？
　　
　　3D打印技術是時下媒體關注的熱點，結合設計軟件和合適的原材料，3D打印機可以生產出衣服、鞋子、足球、蛋糕，還可以打印槍支和房屋、甚至是人體器官等。毫無疑問，3D打印技術是人類生產力發展史上的一個里程碑，它顛覆了我們對于生產過程的看法，對于專利侵權判定來說，也帶來了許多新的挑戰。
　　
　　根據我國專利法規定，專利侵權具有6個構成要件，分別是專利權有效、行為人未經專利權人許可、行為人有實施專利的行為、以生產經營為目的、被控侵權產品或方法落入了專利的保護范圍、不屬于專利法第六十九條所指的不視為侵犯專利權的幾種情形。從3D打印技術的發展過程來看，3D打印對于其中的第三、四、五個構成要件均產生了不同程度的影響。正如中國政法大學馮曉青教授在接受記者采訪時所說的那樣：“技術演進特別是類似3D打印這種里程碑式的高新技術的發展，對知識產權制度的變革具有極大影響。”
　　
　　3D打印到底是打印產品還是制造產品？
　　
　　3D打印是一個具有欺騙性的名詞，1995年美國麻省理工學院(MIT)創造了3D打?。?D printing）這個名詞，從名字看很容易把它歸為印刷技術,實際上，如果我們了解3D打印的具體過程，可以毫無疑問地把它歸到制造的范疇。
　　
　　3D打印是以數字設計文件為基礎，通過材料逐層添加的方式制造三維物體的過程。目前3D打印主要有兩種主要方式，一是通過沉積的方式，通過某種注射器或打印頭注射、噴灑或擠壓液體、膠狀物或粉末狀的原材料，將原材料沉積為層；二是通過黏合原材料，在原材料中加入某種黏合劑，利用立體光刻或激光燒結熱或光固化粉末或光敏聚合物逐層成型。不論是哪種方式，從本質上看3D打印就是一個快速成型的過程，基本原理就是分層制造，逐層疊加。過去快速成型技術主要用于模具制造和一些結構簡單的零部件加工，現在3D打印技術可以制造復雜的心臟瓣膜、電路板、槍械和房子等。尹新天在其《中國專利法詳解》第一章第十一條中指出，“制造專利產品，對發明和實用新型專利權而言，是指作出或者形成具有權利要求所記載的全部技術特征的產品；對外觀設計專利權而言，是指作出或者形成采用外觀設計專利的圖片或者照片所表示的設計方案的產品。”對照上述標準，我們可以看出，3D打印符合專利法第十一條所述的制造專利產品的定義，屬于實施產品專利的行為之一。
　　
　　我能在家里自己打印一臺手機嗎?
　　
　　作為平衡專利權人和社會公眾利益的手段，“以生產經營為目的”一直是專利侵權的構成要件之一。我國專利法第十一條規定：“任何單位或者個人未經專利權人許可，不得以生產經營為目的實施專利。”由此可以看出，個人實施專利權的行為，不論是使用專利方法還是制造、使用專利產品，都不屬于專利侵權行為。實際上，以生產經營為目的構成專利侵權行為的要件也是國際通行的規則，如德國專利法第11條、法國知識產權法典第L.613-5條均規定專利權的效力不及于“以私人方法和為非商業目的而進行的行為”。1975年制定的《歐共體專利公約》第27條第（a）項也作了同樣的規定。
　　
　　在傳統工業制造時代，上述規定非常合理，既保護了專利權人的利益，又不至于使得這項權利過大。然而進入3D打印時代，在制造過程變得十分簡易的情況下，如何繼續平衡專利權人和公眾的利益?比方說，我在網上看上了一臺手機，這臺手機可能包含幾百甚至幾千件專利，我只要能下載到設計文件，然后找一臺3D打印機把它打印出來就可以了，可能這種產品的外觀是別人的外觀設計專利，這種產品的材料用途也是別人的專利，但因為個人的制造和使用均不侵犯專利權，我的行為不侵犯專利權人的權利，甚至我多打印幾臺贈送他人也很難被追究法律責任，只要我不是以生產經營為目的。如此一來，可以設想，如果3D打印真的發展到“自給自足”式生產、可以讓個人廉價制造任何喜愛的物品的程度，有關個人消費品的專利保護恐怕很難落到實處?；蛟S真的有一天，3D打印技術的進步會迫使我們修改專利法第11條。
　　
　　原廠的配件太貴我們自己打印吧在3D打印可以預見的廣泛使用范圍中，打印零部件可能是一個很重要的用途?，F有的3D打印已經可以打印汽車的方向盤、輪胎甚至是整個駕駛倉。今年年初，中國成功地通過3D打印的方式生產了飛機鈦合金大型主承力構件。然而打印零部件可能涉及到專利間接侵權的問題，比方說客戶到汽車修理廠修理汽車，原廠的配件太貴了，修理廠說我這里有3D打印機，我們自己打印吧，用起來一樣好。
　　
　　關于專利間接侵權，我國專利法并沒有進行明確的規定，在司法實踐中，通常都是采用“全面覆蓋原則”，即被控侵權產品要覆蓋專利權利要求的全部必要技術特征才能構成侵權，如果缺少一個必要技術特征，則不構成侵權。“全面覆蓋原則”規定的情形即是直接侵權，但在實際制造過程中，生產方可能因為畏懼專利侵權而少生產一個部件，比方說一項關于杯子的外觀設計專利，甲工廠生產杯體，乙工廠生產杯蓋，按照我國目前的專利法，甲乙工廠的制造行為都不侵權。
　　
　　可以想見，當3D打印普及之后，間接侵權將變得非常容易，產品的零部件更新和報廢制度將成為問題，3D打印機可以打印任何機器零部件，甚至可以打印一臺3D打印機。為更好地保障專利權人的合法權益，專利法很有可能做出相應的調整。
　　
　　3D打印的產品落入權利要求的保護范圍嗎？
　　
　　專利保護的核心是判定被控侵權方法或產品有沒有侵犯專利權，也就是被控侵權方法或產品有沒有落入專利權利要求的保護范圍。專利保護的是工業方法或工業產品，由于3D打印采用層層堆積的方法與傳統的通過切割原料或通過模具成型制造產品不同，除非專利方法本身涉及3D打印方法，否則3D打印幾乎不會侵犯專利方法，因此我們把重點放在專利產品的權利要求上。
　　
　　與傳統的生產方法不同，3D打印可以一次性整體成型。比方說生產一輛玩具汽車，傳統的方法是生產各個零部件，然后組裝，但是3D打印通過設計文件設定參數，可以一次性整體把玩具汽車打印出來。雖然制造過程有差別，但從專利侵權判定的角度來講，由于產品專利保護的是結構（發明和實用新型保護的是產品的構造，外觀設計保護的是產品整體的結構），只要3D打印制造的產品具備專利權利要求所有的必要技術特征或者是與外觀設計相同或相似，就可以認為侵犯了相關專利權，侵權判定本身與是否采用3D打印沒有直接關系。
　　
　　3D打印是一場聲勢浩大的技術變革，有可能會顛覆現有的生產方式。對于以保護技術創新、促進生產力進步為目的的專利制度來說，3D打印的推廣將帶來許許多多的挑戰?；蛟S不光是專利侵權判定，整個專利制度都會受到深遠的影響。
　　
　
　　
　　【疑問】“中國制造”直接升級成“中國先進制造”，有戲嗎？
　　
　　據中國3D打印技術產業聯盟秘書長羅軍介紹，3D打印的核心技術主要集中在裝備和材料兩個方面。
　　
　　在裝備方面，有數據統計，截至2011年，全球累計銷售的4.9萬臺工業級3D打印機中，有近3/4是美國制造，而我國生產的設備僅占份額的3.6%。“我國能夠規?；a3D打印設備的企業很少，有些企業僅在資本市場有所收益，而很多真正靠生產經營生存的3D打印機企業目前尚難有較為豐厚的收益。”南京紫金立德電子有限公司總裁連寧在接受本報記者采訪時表示。
　　
　　我國在3D打印設備的生產技術上是否與國外存在巨大差距？羅軍說：“在裝備技術領域，我國3D打印在原型制造、產品直接制造方面與國際水平相差無幾；在大型金屬結構件直接制造方面，我們已經超越了國際同行。一些科研單位和企業還就相關技術提交了專利申請。”
　　
　　“從設備的角度來看，我國的技術并不比國外差。”連寧也表達了相同的觀點。據連寧介紹，在目前紫金立德擁有的11件專利中，有5件是發明專利，且都涉及3D打印主流的層合實體制造技術（LOM技術）。
　　
　　而在材料方面，情況卻并不樂觀。業內人士告訴記者，我國工業化起步較晚，材料產業發展一直比較滯后，3D打印的材料技術也在“拖后腿”。
　　
　　深圳維示泰克技術有限公司總經理陳文娟在接受本報記者采訪時坦言，材料供給是目前我國3D打印行業發展的瓶頸，國內生產3D打印材料的企業很少，很多金屬材料更是依賴進口。
　　
　　數字光處理（DLP）技術是3D打印工藝的主流技術之一。記者以該技術所使用的材料“光固化性ABS類樹脂”為關鍵詞在全球范圍內進行專利檢索發現，與其相關的專利申請共計180件，其中174件來自日本，5件來自韓國，而中國僅有1件。
　　
　　對此，連寧告訴記者，3D打印基礎材料研究是目前中國企業的軟肋。雖然在3D打印材料的技術研發進程上，國內一些科研院校很早就跟上了國際發展的潮流，但很多技術還停留在實驗室階段，技術工藝很難達到與國外相當的水平。（本報記者 張海志 王璐）
　　

　　【調研】中國有哪些關于3D打印的企業？
　　
　　3D打印產業鏈中主要涉及3D打印技術研究、3D打印機生產銷售（工業級和桌面級），3D建模，3D打印材料生產銷售，3D打印服務若干重要環節。分別介紹下國內企業情況：3D打印技術研究及工業級設備制造國內3D打印技術研究起步早，從90年代起，核心技術具有先進一面，其處于領先地位科研機構主要為一些高校以及高校相應的企業化單位，這些單位生產的3D打印設備一般為工業級設備。
　　
　　處于領軍級的科研院所主要有清華大學、華中科技大學、西安交通大學與北京航空航天大學，以這些院校為技術依托分別成立的企業分別為北京殷華激光快速成型與模型技術有限公司、武漢濱湖機電產業有限公司、陜西恒通智能機器有限公司、中航激光成型制造有限公司。其中，北京殷華、武漢濱湖、陜西恒通以自主研發的3D打印技術為基礎，研制了工業級的快速成型機，主要以提供模具與原件制造服務、協助用戶進行產品開發設計服務作為商業模式。北京殷華也進行專用打印耗材的研制與銷售；中航激光主要研究飛機大型整體鈦合金主承力結構件激光快速成形及裝機應用技術，在世界范圍內首次實現了激光成形鈦合金構件在民用客機研制上的應用。
　　
　　進行3D打印技術研究，但未實現企業化的主要科研機構還有南京航空航天大學、華南理工大學和中北大學。這些院校針對某一種快速成型技術進行研究并制造出了快速成型系統。此外，中國科學院重慶綠色智能技術研究院的智能制造技術研究所于2013年5月成立了3D打印技術研究中心，此中心將建設3D打印公用技術平臺，綜合包括3D打印應用技術平臺、材料研究與規?；苽浼夹g平臺、工藝研究與裝備研制技術平臺、結構與性能評價平臺、設計與服務平臺五大平臺。
　　
　　另有北京隆源自動成型系統有限公司研制生產AFS激光快速成型機，提供樣件、精密鑄件加工服務；南京紫金立德電子有限公司研發、生產、銷售工業級SD300Pro系列3D打印機，稱擁有年產5千臺桌面式3D打印機的生產能力，并研發、銷售耗材。
　　
　　上市公司機器人成功研制首套金屬材料激光快速成型設備，應用于航空航天、船舶等高端裝備制造領域，是目前A股上市公司中唯一能提供成套金屬3D打印設備的上市公司。稱除金屬3D打印機之外，機器人的具有激光誘導功能的納米制版3D打印機和配套的納米級材料，成為該公司新的利潤增長點。
　　
　　桌面級打印機研發以高校為依托的研究機構主要以研制工業級打印機為主，而另有一些企業在進行工業級打印機研制的同時，把重點目光投向了更具市場推力的桌面級打印機的開發與銷售上，并嘗試將技術研究、3D打印機研發銷售與3D打印服務整合在一起，以建立更完善的產業模式。
　　
　　北京太爾時代科技有限公司是調整產品技術方向的極少數企業之一。太爾時代重點推出 Up ! 系列桌面三維打印機，并將此系列以PP3DP品牌面向海外。2010年，太爾時代推出了UP! Plus成為當時世界上首款桌面型3D打印機；2011年，太爾時代售出小型機3000多臺，2012年增長更快；2012年，被美國Make雜志評選為“最佳用戶體驗”3D打印機。此外，太爾時代的產品還有Inspire 系列工業級快速成型機，并出售一款在國內居于領先地位的智能三維掃描系統——S-I三維掃描系統，此系統可在短時間內獲取物體表面三維數據。同時，太爾時代也開發、銷售ABS材料并提供ABS塑料的打印服務。
　　
　　另一個重點研發銷售桌面級打印機并嘗試完善產業鏈的企業是杭州銘展網絡科技有限公司，此公司研發、銷售個人3D打印機設備，代理國際打印機品牌，并為用戶提供3D打印服務。銘展基于開源3D打印機研發制造出了MBot個人3D打印機系列，Mbot的目標是批量生產的經濟型家用打印機，方便設計師，工程師，科技人員甚至是普通愛好者的使用。同時銘展為Zcorp系列與BFB系列打印機，NextEngine 掃描儀中國地區代理服務商。此外，銘展創建”我愛3D” 數字化設計3D模型分享社區，用戶可以上傳、免費下載模型數據。在銘展的淘寶網店，也銷售打印材料和打印機零件等。
　　
　　此外，進行桌面3D打印機研制的還有南京寶巖自動化有限公司和金華市閃鑄科技有限公司。南方寶巖研發、銷售桌面式3D打印機和工業級激光成型系統，代理國外品牌3D打印機，為用戶提供專業的數字化設計與制造技術支持，并承接自動控制與加工設備的設計與開發。閃鑄科技研發銷售的桌面級打印機包括 Creator 系列和 Adventurer 系列，并研發銷售ABS耗材。
　　
　　代理及其他服務也有一些企業，沒有自主研發打印技術的能力，只為一些國外打印機廠家做代理服務，或提供3D打印相關服務。普立得科技有限公司代理美國Stratasys公司的快速成型機，德國 Steinbichler COMET-5三維掃描儀；提供三維求反建模、小批量產品快速制作服務；湖南華曙高科技有限責任公司提供無模具智能制造服務，主要包括數控及CNC加工，模具模型激光加工制造。茂登三維打印服務提供快速成型和三維立體掃描服務。
　　
　　材料研制我國在材料研發與供應方面能力薄弱，缺乏專業企業進行支撐，主要有一些企業為滿足自產的打印機耗材需求進行單一的3D打印耗材研制，如太爾時代和閃鑄科技研發銷售ABS耗材。（ABS是一種用途極廣的熱塑性工程塑料）
　　
　　聯邦股份是一家上市企業，以金屬材料制造為主業，做各種金屬粉末，包括鋁合金、鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金等材料。2012年8月，以銀邦股份與無錫安迪利捷合資創建了飛而康快速制造科技有限責任公司，該公司致力于生產符合國際標準的航空級粉末產品，同時利用金屬增材制造技術及熱等靜壓技術，凈成形加工復雜部件。公司聚集了世界頂級的材料研究專家，進行專業耗材研發。
　　
　　3D建模3D打印技術的整個過程中，3D建模也尤為重要。必須將要想打印東西進行三維建模后才能用3D打印機對建模的數據進行成型。3D模型的生成主要有兩個途徑，一是通過3D建模軟件建模生成，二是通過掃描生成3D數據。
　　
　　每個品牌的打印機都有自己的打印軟件，可以進行一些參數調整，但是跟3D模型設計關系不大。進行3D模型設計的軟件比較通用化，一般的3D打印機都支持.STL格式的3D模型數據文件，行業內常用的3D建模軟件基本都可以滿足這個要求，常用的有著名的AutoCAD軟件，廣泛應用于建筑的3Dsmax，應用于3D模具制造的PR/E和UG，基于Windows開發的三維CAD系統SolidWorks等。重點在于能夠生成.STL文件。
　　
　　除專業3D建模外，另有一些專門為3D打印提供建模的軟件正在出現。Autodesk公司推出的為3D打印設計的免費軟件123D，建模簡單，并可以用數碼或單反相機圍繞物體拍攝照片，上傳后利用云計算計算能力自動地為其生成3D模型，相當于使用相機充當三維掃描儀功能。也有一些簡單易用的線上3D模型設計網站可供非專業設計者使用，如Tinkercad（Tinkercad - Mind to design in minutes）。另有一些國外團隊設計手機3D模型設計軟件，如它可將普通的圖片轉換成3D模型的Sculpteo，允許在移動設備上直接創建、打印3D模型的Android應用Paint3D。
　　
　　在國內，針對3D打印進行3D建模軟件研發的企業環節基本空缺。不過，已有企業把目光放到3D掃描設備的研制上。杭州先臨三維科技股份有限公司是一家專業提供三維數字化技術綜合解決方案的企業，自主研發了可見光照相式三維掃描儀，三維攝影測量系統和三維相機，并將三維成像技術與激光應用結合，開發出了三維激光內雕控制系統，其產品己銷售至全球50多個國家或地區。太爾時代研制并出售國內居于領先地位的S-1三維掃描系統，武漢濱湖機電技術產業有限公司研制了Power RE系列結構光三維掃描系統；陜西恒通研制了三維測量儀。
　　
　　此外，也有一些3D掃描儀代理服務企業。杭州銘展代理NextEngine掃描儀，普立得科技有限公司代理德國 Steinbichler COMET-5三維掃描儀，深圳茂登提供三維立體掃描服務。
　　

　　
　　【實例】武漢大學生開3D打印社月入1.5萬 可制展覽用病變人體器官幾臺電腦機箱大小的3D打印機，正在嗡嗡作響，旁邊堆滿了打好的客戶設計的“美甲固定器”。這是武漢科技大學大四畢業生丁齊全公司的工作場景，這個暑假因為業務量多，他和機器都沒閑著。
　　
　　3D打印是怎么回事？昨天，丁齊全給記者演示了一番，“就打你們‘武漢晚報’幾個字吧。”他先在電腦上輸入這4個字，通過軟件轉換成三維圖形，再導入3D打印機，機器立即啟動，一個圓錐狀的噴頭一邊快速推移，一邊吐出紅色的熱塑料溶液。“普通打印機是平面打印，3D打印是逐層打印，通過疊加的方式來構造立體物體。”他還翻出胡巴玩偶、鑰匙扣等小玩意，說這是打著好玩的，朋友見一個拿一個。過了1個多小時，“武漢晚報”的立體字就打出來了。
　　
　　大三時，丁齊全利用學院實驗室的3D打印機自學了打印技術，現在所有故障都能自己處理。今年4月他成立了公司，幫客戶將創意變成實物，以往客戶的工業設計，要通過數控機床等設備制成模型，制一個模要上萬元。而現在通過他的3D打印機，能很快打印出來，收費從幾百到幾千元不等，他打印過汽車排氣管、智能門鎖等各種模型。
　　
　　今年國際禁毒日，山東省暨濟南市禁毒預防教育展覽館開館，幾個因毒品侵蝕而病變的人類器官模型，讓參觀者觸目驚心，現場的警官說，這些可是大學生用3D打印機打印出來的。展覽結束后，丁齊全又收到山東其他縣市禁毒展館的邀請，也要請他做模型。他的公司運營4個月，營業額已達6萬元，平均一個月營業額達1.5萬元。
　　
　　在丁齊全的工作室，有兩臺正在運行的3D打印機，竟是他自己組裝的。他說，關鍵設備從網上淘，輔助設備就自己打印，總花費不過千余元，比市場上動輒幾千上萬的價格低多了。他打算在此基礎上優化改良，開發小型迷你家庭玩具級別的打印機。（記者王震 通訊員謝曉麗 實習生周麗君 攝影楊少昆）