详解总理关心的3D打印

　　8月21日下午，国务院总理李克强在国务院第一会议室主持召开了一场关于“先进制造与3D打印”的授课，中国工程院院士卢秉恒向国务院总理、副总理、国务委员、各部部长、央企负责人讲解了先进制造业和3D打印技术的现状。李克强总理表示，要“让广大热衷创新创造的创客和极客大展身手，让更多有生命力的前沿技术和新兴产业集群蓬勃发展，共同铸就中国制造业新辉煌。”
　　
　　已注定要在“新制造时代”中扮演重要角色的3D打印，将同时在“创新”和“制造”两个层面改变时代进程。我们制作了这一期特别策划，试图在变革前厘清思路，掌握关键信息。
　　
　　【冲击】3D打印会迫使我们修改专利法吗？
　　
　　3D打印技术是时下媒体关注的热点，结合设计软件和合适的原材料，3D打印机可以生产出衣服、鞋子、足球、蛋糕，还可以打印枪支和房屋、甚至是人体器官等。毫无疑问，3D打印技术是人类生产力发展史上的一个里程碑，它颠覆了我们对于生产过程的看法，对于专利侵权判定来说，也带来了许多新的挑战。
　　
　　根据我国专利法规定，专利侵权具有6个构成要件，分别是专利权有效、行为人未经专利权人许可、行为人有实施专利的行为、以生产经营为目的、被控侵权产品或方法落入了专利的保护范围、不属于专利法第六十九条所指的不视为侵犯专利权的几种情形。从3D打印技术的发展过程来看，3D打印对于其中的第三、四、五个构成要件均产生了不同程度的影响。正如中国政法大学冯晓青教授在接受记者采访时所说的那样：“技术演进特别是类似3D打印这种里程碑式的高新技术的发展，对知识产权制度的变革具有极大影响。”
　　
　　3D打印到底是打印产品还是制造产品？
　　
　　3D打印是一个具有欺骗性的名词，1995年美国麻省理工学院(MIT)创造了3D打印（3D printing）这个名词，从名字看很容易把它归为印刷技术,实际上，如果我们了解3D打印的具体过程，可以毫无疑问地把它归到制造的范畴。
　　
　　3D打印是以数字设计文件为基础，通过材料逐层添加的方式制造三维物体的过程。目前3D打印主要有两种主要方式，一是通过沉积的方式，通过某种注射器或打印头注射、喷洒或挤压液体、胶状物或粉末状的原材料，将原材料沉积为层；二是通过黏合原材料，在原材料中加入某种黏合剂，利用立体光刻或激光烧结热或光固化粉末或光敏聚合物逐层成型。不论是哪种方式，从本质上看3D打印就是一个快速成型的过程，基本原理就是分层制造，逐层叠加。过去快速成型技术主要用于模具制造和一些结构简单的零部件加工，现在3D打印技术可以制造复杂的心脏瓣膜、电路板、枪械和房子等。尹新天在其《中国专利法详解》第一章第十一条中指出，“制造专利产品，对发明和实用新型专利权而言，是指作出或者形成具有权利要求所记载的全部技术特征的产品；对外观设计专利权而言，是指作出或者形成采用外观设计专利的图片或者照片所表示的设计方案的产品。”对照上述标准，我们可以看出，3D打印符合专利法第十一条所述的制造专利产品的定义，属于实施产品专利的行为之一。
　　
　　我能在家里自己打印一台手机吗?
　　
　　作为平衡专利权人和社会公众利益的手段，“以生产经营为目的”一直是专利侵权的构成要件之一。我国专利法第十一条规定：“任何单位或者个人未经专利权人许可，不得以生产经营为目的实施专利。”由此可以看出，个人实施专利权的行为，不论是使用专利方法还是制造、使用专利产品，都不属于专利侵权行为。实际上，以生产经营为目的构成专利侵权行为的要件也是国际通行的规则，如德国专利法第11条、法国知识产权法典第L.613-5条均规定专利权的效力不及于“以私人方法和为非商业目的而进行的行为”。1975年制定的《欧共体专利公约》第27条第（a）项也作了同样的规定。
　　
　　在传统工业制造时代，上述规定非常合理，既保护了专利权人的利益，又不至于使得这项权利过大。然而进入3D打印时代，在制造过程变得十分简易的情况下，如何继续平衡专利权人和公众的利益?比方说，我在网上看上了一台手机，这台手机可能包含几百甚至几千件专利，我只要能下载到设计文件，然后找一台3D打印机把它打印出来就可以了，可能这种产品的外观是别人的外观设计专利，这种产品的材料用途也是别人的专利，但因为个人的制造和使用均不侵犯专利权，我的行为不侵犯专利权人的权利，甚至我多打印几台赠送他人也很难被追究法律责任，只要我不是以生产经营为目的。如此一来，可以设想，如果3D打印真的发展到“自给自足”式生产、可以让个人廉价制造任何喜爱的物品的程度，有关个人消费品的专利保护恐怕很难落到实处。或许真的有一天，3D打印技术的进步会迫使我们修改专利法第11条。
　　
　　原厂的配件太贵我们自己打印吧在3D打印可以预见的广泛使用范围中，打印零部件可能是一个很重要的用途。现有的3D打印已经可以打印汽车的方向盘、轮胎甚至是整个驾驶仓。今年年初，中国成功地通过3D打印的方式生产了飞机钛合金大型主承力构件。然而打印零部件可能涉及到专利间接侵权的问题，比方说客户到汽车修理厂修理汽车，原厂的配件太贵了，修理厂说我这里有3D打印机，我们自己打印吧，用起来一样好。
　　
　　关于专利间接侵权，我国专利法并没有进行明确的规定，在司法实践中，通常都是采用“全面覆盖原则”，即被控侵权产品要覆盖专利权利要求的全部必要技术特征才能构成侵权，如果缺少一个必要技术特征，则不构成侵权。“全面覆盖原则”规定的情形即是直接侵权，但在实际制造过程中，生产方可能因为畏惧专利侵权而少生产一个部件，比方说一项关于杯子的外观设计专利，甲工厂生产杯体，乙工厂生产杯盖，按照我国目前的专利法，甲乙工厂的制造行为都不侵权。
　　
　　可以想见，当3D打印普及之后，间接侵权将变得非常容易，产品的零部件更新和报废制度将成为问题，3D打印机可以打印任何机器零部件，甚至可以打印一台3D打印机。为更好地保障专利权人的合法权益，专利法很有可能做出相应的调整。
　　
　　3D打印的产品落入权利要求的保护范围吗？
　　
　　专利保护的核心是判定被控侵权方法或产品有没有侵犯专利权，也就是被控侵权方法或产品有没有落入专利权利要求的保护范围。专利保护的是工业方法或工业产品，由于3D打印采用层层堆积的方法与传统的通过切割原料或通过模具成型制造产品不同，除非专利方法本身涉及3D打印方法，否则3D打印几乎不会侵犯专利方法，因此我们把重点放在专利产品的权利要求上。
　　
　　与传统的生产方法不同，3D打印可以一次性整体成型。比方说生产一辆玩具汽车，传统的方法是生产各个零部件，然后组装，但是3D打印通过设计文件设定参数，可以一次性整体把玩具汽车打印出来。虽然制造过程有差别，但从专利侵权判定的角度来讲，由于产品专利保护的是结构（发明和实用新型保护的是产品的构造，外观设计保护的是产品整体的结构），只要3D打印制造的产品具备专利权利要求所有的必要技术特征或者是与外观设计相同或相似，就可以认为侵犯了相关专利权，侵权判定本身与是否采用3D打印没有直接关系。
　　
　　3D打印是一场声势浩大的技术变革，有可能会颠覆现有的生产方式。对于以保护技术创新、促进生产力进步为目的的专利制度来说，3D打印的推广将带来许许多多的挑战。或许不光是专利侵权判定，整个专利制度都会受到深远的影响。
　　
　
　　
　　【疑问】“中国制造”直接升级成“中国先进制造”，有戏吗？
　　
　　据中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军介绍，3D打印的核心技术主要集中在装备和材料两个方面。
　　
　　在装备方面，有数据统计，截至2011年，全球累计销售的4.9万台工业级3D打印机中，有近3/4是美国制造，而我国生产的设备仅占份额的3.6%。“我国能够规模化生产3D打印设备的企业很少，有些企业仅在资本市场有所收益，而很多真正靠生产经营生存的3D打印机企业目前尚难有较为丰厚的收益。”南京紫金立德电子有限公司总裁连宁在接受本报记者采访时表示。
　　
　　我国在3D打印设备的生产技术上是否与国外存在巨大差距？罗军说：“在装备技术领域，我国3D打印在原型制造、产品直接制造方面与国际水平相差无几；在大型金属结构件直接制造方面，我们已经超越了国际同行。一些科研单位和企业还就相关技术提交了专利申请。”
　　
　　“从设备的角度来看，我国的技术并不比国外差。”连宁也表达了相同的观点。据连宁介绍，在目前紫金立德拥有的11件专利中，有5件是发明专利，且都涉及3D打印主流的层合实体制造技术（LOM技术）。
　　
　　而在材料方面，情况却并不乐观。业内人士告诉记者，我国工业化起步较晚，材料产业发展一直比较滞后，3D打印的材料技术也在“拖后腿”。
　　
　　深圳维示泰克技术有限公司总经理陈文娟在接受本报记者采访时坦言，材料供给是目前我国3D打印行业发展的瓶颈，国内生产3D打印材料的企业很少，很多金属材料更是依赖进口。
　　
　　数字光处理（DLP）技术是3D打印工艺的主流技术之一。记者以该技术所使用的材料“光固化性ABS类树脂”为关键词在全球范围内进行专利检索发现，与其相关的专利申请共计180件，其中174件来自日本，5件来自韩国，而中国仅有1件。
　　
　　对此，连宁告诉记者，3D打印基础材料研究是目前中国企业的软肋。虽然在3D打印材料的技术研发进程上，国内一些科研院校很早就跟上了国际发展的潮流，但很多技术还停留在实验室阶段，技术工艺很难达到与国外相当的水平。（本报记者 张海志 王璐）
　　

　　【调研】中国有哪些关于3D打印的企业？
　　
　　3D打印产业链中主要涉及3D打印技术研究、3D打印机生产销售（工业级和桌面级），3D建模，3D打印材料生产销售，3D打印服务若干重要环节。分别介绍下国内企业情况：3D打印技术研究及工业级设备制造国内3D打印技术研究起步早，从90年代起，核心技术具有先进一面，其处于领先地位科研机构主要为一些高校以及高校相应的企业化单位，这些单位生产的3D打印设备一般为工业级设备。
　　
　　处于领军级的科研院所主要有清华大学、华中科技大学、西安交通大学与北京航空航天大学，以这些院校为技术依托分别成立的企业分别为北京殷华激光快速成型与模型技术有限公司、武汉滨湖机电产业有限公司、陕西恒通智能机器有限公司、中航激光成型制造有限公司。其中，北京殷华、武汉滨湖、陕西恒通以自主研发的3D打印技术为基础，研制了工业级的快速成型机，主要以提供模具与原件制造服务、协助用户进行产品开发设计服务作为商业模式。北京殷华也进行专用打印耗材的研制与销售；中航激光主要研究飞机大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形及装机应用技术，在世界范围内首次实现了激光成形钛合金构件在民用客机研制上的应用。
　　
　　进行3D打印技术研究，但未实现企业化的主要科研机构还有南京航空航天大学、华南理工大学和中北大学。这些院校针对某一种快速成型技术进行研究并制造出了快速成型系统。此外，中国科学院重庆绿色智能技术研究院的智能制造技术研究所于2013年5月成立了3D打印技术研究中心，此中心将建设3D打印公用技术平台，综合包括3D打印应用技术平台、材料研究与规模化制备技术平台、工艺研究与装备研制技术平台、结构与性能评价平台、设计与服务平台五大平台。
　　
　　另有北京隆源自动成型系统有限公司研制生产AFS激光快速成型机，提供样件、精密铸件加工服务；南京紫金立德电子有限公司研发、生产、销售工业级SD300Pro系列3D打印机，称拥有年产5千台桌面式3D打印机的生产能力，并研发、销售耗材。
　　
　　上市公司机器人成功研制首套金属材料激光快速成型设备，应用于航空航天、船舶等高端装备制造领域，是目前A股上市公司中唯一能提供成套金属3D打印设备的上市公司。称除金属3D打印机之外，机器人的具有激光诱导功能的纳米制版3D打印机和配套的纳米级材料，成为该公司新的利润增长点。
　　
　　桌面级打印机研发以高校为依托的研究机构主要以研制工业级打印机为主，而另有一些企业在进行工业级打印机研制的同时，把重点目光投向了更具市场推力的桌面级打印机的开发与销售上，并尝试将技术研究、3D打印机研发销售与3D打印服务整合在一起，以建立更完善的产业模式。
　　
　　北京太尔时代科技有限公司是调整产品技术方向的极少数企业之一。太尔时代重点推出 Up ! 系列桌面三维打印机，并将此系列以PP3DP品牌面向海外。2010年，太尔时代推出了UP! Plus成为当时世界上首款桌面型3D打印机；2011年，太尔时代售出小型机3000多台，2012年增长更快；2012年，被美国Make杂志评选为“最佳用户体验”3D打印机。此外，太尔时代的产品还有Inspire 系列工业级快速成型机，并出售一款在国内居于领先地位的智能三维扫描系统——S-I三维扫描系统，此系统可在短时间内获取物体表面三维数据。同时，太尔时代也开发、销售ABS材料并提供ABS塑料的打印服务。
　　
　　另一个重点研发销售桌面级打印机并尝试完善产业链的企业是杭州铭展网络科技有限公司，此公司研发、销售个人3D打印机设备，代理国际打印机品牌，并为用户提供3D打印服务。铭展基于开源3D打印机研发制造出了MBot个人3D打印机系列，Mbot的目标是批量生产的经济型家用打印机，方便设计师，工程师，科技人员甚至是普通爱好者的使用。同时铭展为Zcorp系列与BFB系列打印机，NextEngine 扫描仪中国地区代理服务商。此外，铭展创建”我爱3D” 数字化设计3D模型分享社区，用户可以上传、免费下载模型数据。在铭展的淘宝网店，也销售打印材料和打印机零件等。
　　
　　此外，进行桌面3D打印机研制的还有南京宝岩自动化有限公司和金华市闪铸科技有限公司。南方宝岩研发、销售桌面式3D打印机和工业级激光成型系统，代理国外品牌3D打印机，为用户提供专业的数字化设计与制造技术支持，并承接自动控制与加工设备的设计与开发。闪铸科技研发销售的桌面级打印机包括 Creator 系列和 Adventurer 系列，并研发销售ABS耗材。
　　
　　代理及其他服务也有一些企业，没有自主研发打印技术的能力，只为一些国外打印机厂家做代理服务，或提供3D打印相关服务。普立得科技有限公司代理美国Stratasys公司的快速成型机，德国 Steinbichler COMET-5三维扫描仪；提供三维求反建模、小批量产品快速制作服务；湖南华曙高科技有限责任公司提供无模具智能制造服务，主要包括数控及CNC加工，模具模型激光加工制造。茂登三维打印服务提供快速成型和三维立体扫描服务。
　　
　　材料研制我国在材料研发与供应方面能力薄弱，缺乏专业企业进行支撑，主要有一些企业为满足自产的打印机耗材需求进行单一的3D打印耗材研制，如太尔时代和闪铸科技研发销售ABS耗材。（ABS是一种用途极广的热塑性工程塑料）
　　
　　联邦股份是一家上市企业，以金属材料制造为主业，做各种金属粉末，包括铝合金、钛合金、不锈钢、钴铬合金等材料。2012年8月，以银邦股份与无锡安迪利捷合资创建了飞而康快速制造科技有限责任公司，该公司致力于生产符合国际标准的航空级粉末产品，同时利用金属增材制造技术及热等静压技术，净成形加工复杂部件。公司聚集了世界顶级的材料研究专家，进行专业耗材研发。
　　
　　3D建模3D打印技术的整个过程中，3D建模也尤为重要。必须将要想打印东西进行三维建模后才能用3D打印机对建模的数据进行成型。3D模型的生成主要有两个途径，一是通过3D建模软件建模生成，二是通过扫描生成3D数据。
　　
　　每个品牌的打印机都有自己的打印软件，可以进行一些参数调整，但是跟3D模型设计关系不大。进行3D模型设计的软件比较通用化，一般的3D打印机都支持.STL格式的3D模型数据文件，行业内常用的3D建模软件基本都可以满足这个要求，常用的有着名的AutoCAD软件，广泛应用于建筑的3Dsmax，应用于3D模具制造的PR/E和UG，基于Windows开发的三维CAD系统SolidWorks等。重点在于能够生成.STL文件。
　　
　　除专业3D建模外，另有一些专门为3D打印提供建模的软件正在出现。Autodesk公司推出的为3D打印设计的免费软件123D，建模简单，并可以用数码或单反相机围绕物体拍摄照片，上传后利用云计算计算能力自动地为其生成3D模型，相当于使用相机充当三维扫描仪功能。也有一些简单易用的线上3D模型设计网站可供非专业设计者使用，如Tinkercad（Tinkercad - Mind to design in minutes）。另有一些国外团队设计手机3D模型设计软件，如它可将普通的图片转换成3D模型的Sculpteo，允许在移动设备上直接创建、打印3D模型的Android应用Paint3D。
　　
　　在国内，针对3D打印进行3D建模软件研发的企业环节基本空缺。不过，已有企业把目光放到3D扫描设备的研制上。杭州先临三维科技股份有限公司是一家专业提供三维数字化技术综合解决方案的企业，自主研发了可见光照相式三维扫描仪，三维摄影测量系统和三维相机，并将三维成像技术与激光应用结合，开发出了三维激光内雕控制系统，其产品己销售至全球50多个国家或地区。太尔时代研制并出售国内居于领先地位的S-1三维扫描系统，武汉滨湖机电技术产业有限公司研制了Power RE系列结构光三维扫描系统；陕西恒通研制了三维测量仪。
　　
　　此外，也有一些3D扫描仪代理服务企业。杭州铭展代理NextEngine扫描仪，普立得科技有限公司代理德国 Steinbichler COMET-5三维扫描仪，深圳茂登提供三维立体扫描服务。
　　

　　
　　【实例】武汉大学生开3D打印社月入1.5万 可制展览用病变人体器官几台电脑机箱大小的3D打印机，正在嗡嗡作响，旁边堆满了打好的客户设计的“美甲固定器”。这是武汉科技大学大四毕业生丁齐全公司的工作场景，这个暑假因为业务量多，他和机器都没闲着。
　　
　　3D打印是怎么回事？昨天，丁齐全给记者演示了一番，“就打你们‘武汉晚报’几个字吧。”他先在电脑上输入这4个字，通过软件转换成三维图形，再导入3D打印机，机器立即启动，一个圆锥状的喷头一边快速推移，一边吐出红色的热塑料溶液。“普通打印机是平面打印，3D打印是逐层打印，通过叠加的方式来构造立体物体。”他还翻出胡巴玩偶、钥匙扣等小玩意，说这是打着好玩的，朋友见一个拿一个。过了1个多小时，“武汉晚报”的立体字就打出来了。
　　
　　大三时，丁齐全利用学院实验室的3D打印机自学了打印技术，现在所有故障都能自己处理。今年4月他成立了公司，帮客户将创意变成实物，以往客户的工业设计，要通过数控机床等设备制成模型，制一个模要上万元。而现在通过他的3D打印机，能很快打印出来，收费从几百到几千元不等，他打印过汽车排气管、智能门锁等各种模型。
　　
　　今年国际禁毒日，山东省暨济南市禁毒预防教育展览馆开馆，几个因毒品侵蚀而病变的人类器官模型，让参观者触目惊心，现场的警官说，这些可是大学生用3D打印机打印出来的。展览结束后，丁齐全又收到山东其他县市禁毒展馆的邀请，也要请他做模型。他的公司运营4个月，营业额已达6万元，平均一个月营业额达1.5万元。
　　
　　在丁齐全的工作室，有两台正在运行的3D打印机，竟是他自己组装的。他说，关键设备从网上淘，辅助设备就自己打印，总花费不过千余元，比市场上动辄几千上万的价格低多了。他打算在此基础上优化改良，开发小型迷你家庭玩具级别的打印机。（记者王震 通讯员谢晓丽 实习生周丽君 摄影杨少昆）