表1模具制造的3D打印技术检索要素
通过检索要素表构建和调整检索式，在专利数据库进行检索，并对得到的结果进行机械去噪和人工去噪，最终得到与主题相关的专利数据6273条，申请号合并后5081件，构建了3D打印技术在模具制造领域的专利数据库，基于该数据库对全球模具制造3D打印技术进行专利分析。
2模具制造3D打印技术专利分析2.1申请趋势分析
基于构建的专利数据库，对3D打印技术在模具制造领域应用的全球专利申请趋势进行分析。图1所示为主要国家或地区的专利申请趋势，模具制造领域采用3D打印技术的发展大致经历了以下阶段。
图1模具制造领域用3D打印技术全球专利申请趋势
（1）技术萌芽期（1993-1998年）。3D打印起源于美国，20世纪80年代末，3D打印技术实现根本性发展，诞生了光固化技术、分层实体制造技术、粉末激光烧结技术、熔融沉积制造技术和喷头打印技术，全球专利申请量为54件。这一阶段的专利申请主要在美国、世界知识产权局、欧洲专利局、澳大利亚、日本和加拿大，其中美国的申请量位居全球之首。麻省理工学院于1993年申请的专利WO9412284A1，该专利在世界知识产权局、欧洲专利局、加拿大申请了多项同族专利，公开了一种3D打印用于金属铸件的陶瓷模的技术；美国3DSystems公司以专利WO9711835A2为专利族在全球布局了8件专利，公开了以热光固化快速成型、熔融沉积建模和选择性沉积建模系统构建的3D建模系统。
（2）技术发展期（1999-2013年）。这一阶段的全球专利总申请量为518件，约是前一阶段申请量的9.6倍，且除美国之外，中国、韩国、德国和日本的专利申请量都在逐渐增长，专利遍布全球。其中，美国96件，中国78件，韩国21件，日本31件，世界知识产权局61件，欧洲专利局70件。在申请量排名前五的申请人中，美国Stratasys公司和3DSystems公司位列第一、二位，主要开展熔融沉积成型和选择性沉积建模技术的研究；德国弗劳恩霍夫协会位列第三位，主要集中在选择性激光烧结和熔融沉积建模成型技术的研究，推动了德国选择性激光熔化增材制造装备的成功研制；中国华中科技大学位列第四位，公开了具有随形冷却流道的注塑模具镶块的快速制造方法、选择性激光烧结快速直接制造注塑模具的方法等专利；排名第五的丹麦3Shape公司公开了3D打印成型技术在个人设备用定制软部件制造的应用。
（3）技术快速增长期（2014-至今），这一阶段3D打印技术在全球呈现快速增长的趋势，在这期间专利总申请量达到4502件，超过前两个时期申请量总和的7倍，中国的申请量（2216件）位列第一、其次是美国（422件）、世界知识产权局（371件）、欧洲专利局（331件）、韩国（281件）、日本（231件）。从图1可以看出，中国专利的申请量增长最迅速，总申请量由上一阶段的78件增长到2216件；其次为韩国，申请量达到281件，是上一阶段的13倍；日本申请量为237件，是上一阶段的7倍；世界知识产权局的申请量为371件，是上一阶段的6倍；欧洲专利局申请量为331件，是上一阶段的4倍；美国总申请量为422件，是上一阶段的4倍。
2.2全球专利地域分布及专利有效性分析
模具制造领域用3D打印技术全球专利地域分布及专利有效性如图2、图3所示，专利申请量排名前六为中国、美国、欧洲专利局、世界知识产权局、韩国、日本，其模具制造领域用3D打印技术专利申请总量占总申请量的83.63%。在专利有效性中，全球模具制造领域用3D打印技术有效专利占有率为42.75%，排名前六的国家或地区的有效专利和失效专利分别为2269件、907件，分别占其申请总量的53.40%、21.39%。
图23D打印技术在模具制造应用中全球专利地域分布
图33D打印技术在模具制造中应用全球专利有效性
2.3技术构成分析
利用国际专利分类号IPC对模具制造领域用3D打印技术构成进行分析，通过分析可以了解模具制造领域用3D打印技术覆盖的技术类别以及各技术分支的创新热度。图4所示展示了排名前10的IPC小类，分别为B33Y（2597件，51.11%）、B29C（2300件，45.27%）、B22F（903件，17.77%）、B22C（886件，17.44%）、B22D（390件，7.68%）、B28B（352件，6.93%）、C04B（217件，4.27%）、A61C（209件，4.11%）、B29L(192件，3.78%）、C22C（183件，3.60%）。中国排名前10的IPC小类：B33Y（1333件，58.08%）、B29C（916件，39.91%）、B22C（487件，21.22%）、B22F（411件，17.91%）、B22D（193件，8.41%）、B28B（137件，5.97%）、B29L（108件，4.71%）、C04B（87件，3.79%）、C22C（87件，3.79%）、A61C（67件，2.92%）。
图4模具制造领域用3D打印技术专利构成
表23D打印技术在模具制造领域应用专利排名前10的IPC分类号
2.4主要申请人分析
图5模具制造领域3D打印技术全球专利申请人排名（前10）
图6模具制造领域3D打印技术中国专利申请人排名（前10）
2.5技术路线分析
图7所示为基于专利文献信息分析的3D打印技术在模具制造中应用的主要技术发展路径和关键技术节点。在萌芽期（1972-1998年），分层实体制造技术、光固化快速成型技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结技术、电子束熔融技术、选择性激光熔融技术等3D打印技术逐渐在美国、德国等欧美国家发展。光固化快速成型技术（AU7550396A）、熔融沉积在消失模制造的应用（US5824250A）、选择性激光烧结SLS技术在注射模的应用（AU4157496A）以及金属/大型压铸模（DE19856783）等专利相继申请公开。这一时期3DSystems公司、麻省理工学院、Stratasys公司等专利申请人起到了技术引领的作用，美国3DSystems公司、Stratasys公司在这期间推出了快速成型设备，麻省理工学院发明了快速成型技术（three-dimensionalprinting，3DP），提出了利用粘接剂将金属、陶瓷等粉末黏结成型技术。
图73D打印技术在模具制造中的应用专利技术路线
在技术发展期（1999-2013年），3D打印技术逐渐成熟并广泛应用于模具制造领域，除欧美国家外，其他发展中国家的3D打印技术在模具制造领域的应用也得到了快速发展，能应用于复杂内部铸件的制造。在这一时期，美国通用电气公司申请了光固化快速成型失蜡熔模精密铸造应用于燃气涡轮机部件（GB2465181A）、直接金属烧结/选择性激光烧结复杂内部铸件的制造（EP2517808A2）专利，并在多国和地区申请了同族专利。中国3D打印技术在模具制造领域的应用也得到了发展，以华中科技大学为代表，在这一时期申请了8件专利，其中包括美国专利（熔融沉积成型用于制造零件和模具的方法（US20130197683A1））和PCT专利（零件与模具的熔积成型复合制造方法（W02011127798A1）），其最早公开的专利（CN1093446C）提出了分层物体制造的金属模具技术，此外，还公开了选择性激光烧结快速直接制造注塑模具的方法（CN1970202A），具有随形冷却流道的注塑模具镶块的快速制造方法（CN1850396A）等专利。
自2014年3D打印技术实现突破发展，3D打印产品线拓展到普通消费者，可兼容多种材料的立体光固化3D打印机和SLS工艺打印机的推出，美国惠普公司开发了多射流熔融（multijetfusion，MJF）3D打印技术，3D打印在太空舱、空中客机、心脏植入医疗器械、火箭等领域的应用，推动了其在模具制造领域的应用。在光固化成型领域，日本专利（JP2021518271A）公开了一种数字光处理DLP用于填充熔体的模具的制造方法及模具；2022年浙江大学公开了PCT专利（WO2022170820A1），用于软硬组织缺损同步修复仿生复合支架的3D打印成型方法；韩国生产技术研究院2019年公开了在制造人工器官模具中使用熔融沉积法（KR1020170051754）；2021年Siemens公司公开了熔融沉积成型人工器官消失模铸（WO2021164026A1）。在粉末熔融技术方面，韩国专利（KR1020200140750A）公开了选择性激光烧结制造具有精细图案的金属模具的方法；2021年ContinentalReifenDeutschland公司的PCT专利（WO2021254653）公开了选择性激光烧结制造车辆硫化轮胎模锻件的方法；2022年中南大学公开了激光熔覆氮化制备刀模的方法（CN113118457B），利用在激光熔覆过程中载气和保护气实现金属粉末在沉积过程中的氮化，实现了高性能刀模的制备。在随形冷却水道方面，随着激光功率、光斑聚焦以及模具钢粉末等关键技术的突破，金属3D打印技术在注塑模具随形冷却水道制作中的工程应用得以实现；2018年重庆大学公开了基于电弧增材与激光熔覆制备热冲压模具镶块的方法（CN108746375A），通过在基体上预先设置与随形冷却水道形状相适应的管道，再依次电弧增材过渡层、激光熔覆强化层，解决热冲模镶块存在冷却效率低、使用寿命短且随形冷却水道难以加工的问题。韩国专利（KR1020220139808A）公开了具有形状自适应冷却通道的模具铸件，通过拱形辅助通道将冷却通道与辅助通道隔开一定的距离，保证了模具的耐用度，降低了模具内的热偏差。
2.6重点核心专利
表33D打印技术在模具制造领域应用研究的重点核心专利
