这其中，3D打印又一次成为关键技术之一。而在3D科学谷看来，3D打印在发动机领域的应用，或许才只是小荷才露尖尖角。

关于3D打印在航空航天发动机制造领域的应用，3D科学谷在《3D打印低成本可重复利用的下一代火箭发动机引爆新一轮NASA与ESA竞赛》一文中提出3D打印开启了下一代经济性的火箭发动机制造之路，而或许这将成为NASA与ESA抢滩低成本、可重复利用的下一代火箭发动机的触发因素。

我们可以很清晰的看到，不管是航天发动机，还是航空发动机，3D打印正发挥着提升发动机性能的关键作用。

3D打印可以将原本通过多个构件组合的零件进行一体化打印，这样不仅实现了零件的整体化结构，避免了原始多个零件组合时存在的连接结构（法兰、焊缝等），也可以帮助设计者突破束缚实现功能最优化设计。一体化结构的实现除了带来轻量化的优势，减少组装的需求也为发动机打开提升效益的想象空间，并成为下一代发动机研发技术的抢滩高地。

就在2017年岁末，美国联合技术(UTC)关于燃气涡轮发动机的自冷却孔结构的一项专利获批。其中3D打印在一体化结构的自冷孔结构方面可以发挥关键作用。

美国联合技术公司（UTC）航空系统部门是专业设计、制造、集成、修复和翻修燃气涡轮发动机燃油输送零件的公司。喷气发动机需要在高温度下运行，才能使燃料转化的能量最大化。燃气涡轮发动机，例如为现代商用和军用飞机提供动力的燃气涡轮发动机包括用于推进飞机的风扇部分，用于加压来自风扇部分的空气供应的压缩机部分，用于燃烧碳氢燃料的燃烧器部分，加压空气的涡轮部分以从所得到的燃烧气体中提取能量从而产生推力。

燃烧器部分通常包括壁组件，衬有隔热板的外壳，隔热板通常被称为浮板壁板。多个孔（例如稀释孔）围绕壁组件间隔开来，并稀释从冷却增压室流入燃烧室的空气，并通过降低和控制燃烧器出口处的燃烧气体的温度分布至保护涡轮机不见以免受到过热的破坏。

这些孔口通常由在隔热板和支撑壳体之间延伸的垫圈限定，在UTC关于燃气涡轮发动机的自冷却孔结构的专利中，图中的孔口结构116（燃烧器稀释孔）的设计可以相对较小，所以可以通过3D打印（增材制造技术）来实现结构的制造。 通过增材制造，结构116可以做为一个整体部分被制造出来。 单个特征的厚度或直径可以小到约0.010英寸，并且各种孔的直径一般可以小到0.012英寸。 随着增材制造工艺的持续改进，最小尺寸有望达到进一步的缩小。

关于3D打印在发动机领域的应用，3D科学谷观察到国外在专利布局上可以说是一步一个脚印，2017年1月17日GE获得批准的专利中，公开了用于制造涡轮机部件上的应变传感器的方法。紧接着GE于1月24日又获批专利，内容包括燃料喷射器主体和冷却系统的制造技术。而关于国际上的3D打印发动机专利布局，3D科学谷将做持续的市场研究与报道，敬请关注。

图片：UTC US 9851105B2专利中的自冷孔结构

正是这些积极的探索，推动了3D打印在航空航天领域的深化，并催生了令人赞叹的应用技术。延伸阅读请参考3D科学谷发布的《3D打印与航空发动机白皮书》，《3D打印与航天领域白皮书》，《3D打印与高温合金白皮书》。

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3D打印行业迎来快速发展期的一大原因是原先存在的一些领先的工业3D打印工艺的关键专利到期。这些已经到期或者即将到期的专利——其中许多是在世纪之交刚刚发布的，长期以来这些专利被3D打印行业原有的先驱者垄断着。

FDM,SLA,SLS,SLM 专利逐步到期

当熔融沉积成型（FDM）打印专利在2009年过期的时候，FDM打印机的价格从过去的10000元下降到不足1000美元，而涌现出MakerBot和Ultimaker这些打印机，将3D打印走向大众化铺平了道路。

正如FDM技术所经历的，其他的下一代增材制造技术正在从消费领域和工业领域走向更广泛的市场。3D科学谷认为可以按照三大类来分：基于液体的（光敏树脂）、基于粉末的（SLS选择性激光烧结）和基于金属熔化的（SLM选择性激光熔化）3D打印技术。

液基技术

最近的例子包括：Carbon M1，Formlabs Form 2、和Autodesk的Ember。

光敏固化技术最早是3D Systems的创始人Charles W. Hull在1986年申请的专利，并将其商业化。而随着Hull光固化专利的到期，催生了大批以此为基础的光固化3D打印技术。其中，Formlabs将光固化技术推向了桌面机应用领域，并将价格降低到容易接受的程度。

当然，新的自由之路并不是没有颠簸的。3D Systems在2012年起诉Formlabs专利侵权，Formlabs在Kickstarter成功为其Form 1 3D打印机募集近300万美元。2014年12月，Formlabs与3D Systems达成协商，Formlabs每销售一台打印机都结算和支付8%的版税给3D Systems。

尽管有这些挫折，这些后来的公司都以其刷新记录的成绩不断向市场展示其能量，并将3D打印技术走向更广阔的应用空间展示其所向披靡的活力。

SLS粉体技术

选择性激光烧结（SLS）技术是德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard博士和学院顾问Joe Beanman博士在1984年申请的。类似于Hull的专利，Deckard博士和Beanman博士也通过开办公司将其专利商业化。

3D Systems通过收购的方式从他们的竞争对手中获得了此项技术，但在2014年专利过期后，类似于FDM发生的事情很快在FDM和SLA 领域的3D打印专利到期，新涌现的3D打印机制造商旨在使SLS这一昂贵的工业打印工艺走下神坛。

SLM金属打印技术

被许多人认为是“圣杯”的选择性激光熔化SLM增材制造工艺，已经被用于创建各种制造业的零件，从定制的赛车零件到使用SpaceX发射到大气层外的设备上的部分定制金属零件。

有趣的是，SLM选择性激光熔化的创始专利来源于德国Fraunhofer Institute所有的激光技术研究院，而该专利的到期日是2016年12月。

正如我们所看到FDM, SLA, SLS专利技术到期，预计SLM专利技术到期将带来新一轮的生产商进入这个市场，这将大大激烈化市场竞争并进一步降低成本。

虽然SLM选择性激光熔化创始技术专利的到期将带来什么样的市场竞争变化我们难以预测，但3D科学谷相信这将影响行业的长远未来，这种影响可能是巨大的，因为SLM选择性激光熔化在打印仿生学零件、轻量化零件以及功能集成方面具有独特的优势。

3D科学谷REVIEW

消费级三维打印机销售情况保持了年年增长的势头，2015年销售了近20万台售价在5000美元或以下的3D打印机。全3D打印行业在2015年的销量在41亿美金，而在未来的4年内预计将增长到约162亿美元。这背后的驱动因素是专利垄断的到期和打印机价格的下降。

同时，除了设备端的专利，3D科学谷看到国际上3D打印企业在积极布局应用端的专利，这其中包括刚刚正式发布其3D打印设备的惠普公司，惠普对专利的布局可以说是在战略高度上，在其3D打印设备未上市前，其专利数量和布局分布之广就居行业前列。

在应用端，就专利的密集度来看，3D打印在结构性电子领域或许潜力巨大，还有一个专利密集的应用领域是组织工程，几乎所有的公司专利都集中在这一领域。山雨欲来，3D打印的专利之争是否从设备端走向应用端，在功能性电子部件和组织工程的领域是不是又要掀起一场大战？让我们拭目以待！

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的确，专利本身就并不意味着高深莫测的技术，专利更准确的解释是指专有的利益和权利。而获取这些利益和权利无疑为竞争对手的发展道路上增加了不少恼人的绊脚石。

本期，3D科学谷与谷友一起继续跟踪国内外的专利情况…
国际企业

专利名称：SLIP技术的3D打印
公布号: WO/2015/078430
申请号: PCT/DE2014/000602
公布日: 04.06.2015
申请日: 26.11.2014
申请单位：德国Voxeljet
简介：包括陶瓷、金属、热塑性塑料如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的打印过程中，通过一个合适的装置进行搅拌，获得均匀的材料分布。

专利名称：彩色三维打印
公布号: WO/2015/138567
申请号: PCT/US2015/019894
公布日: 17.09.2015
申请日: 11.03.2015
申请单位：3D Systems
简介：本发明的方法包括接收表面着色的数据，并将数据代表的表面着色通过像素数据传输到打印机执行装置。体素数据包括（a）和（b）位置值和颜色值，（c）透明值。

国内企业

专利名称：3D打印机喷头结构及其速度和精度控制方法
公布号: WO/2016/004641
申请号: PCT/CN2014/082513
公布日: 14.01.2016
申请日: 18.07.2014
申请单位：中国科学院云计算中心
简介：
一种3D打印机喷头结构及其速度和精度控制方法，其中输料管路内嵌于外围壳体内，输料管路与挤料喷嘴同轴连接，挤料喷嘴在驱动装置的驱动下，可以相对于输料管路转动，通过电机的转动控制挤料喷嘴相对于输料管路转动的角度，进而控制喷嘴实际喷丝截面积，以控制打印速度和精度，适应不同打印区域的不同需求。上述3D打印机的喷头结构及控制方法可以控制打印的速度和精度，在确保精度要求的情况下，提升整体打印速度。

专利名称：一种可用于3D打印的尼龙粉体组合物及其制备方法和应用
公布号: WO/2015/165361
申请号: PCT/CN2015/077350
公布日: 05.11.2015
申请日: 24.04.2015
申请单位：中国科学院化学科学研究所 北京
简介：
本发明涉及一种可用于3D打印的高分子量尼龙粉体组合物及其制备方法和应用，所述组合物包括：高粘尼龙粉体100重量份，流平剂1-5重量份，抗氧剂0.1-1重量份，所述高粘尼龙粉体选自于尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙612和尼龙610中的一种或几种；或者，所述粉体组合物由包含以下组分的原料经聚合反应得到，以内酰胺单体或酰胺盐单体的重量份为基准，其中：内酰胺单体或酰胺盐单体100重量份，催化剂0.005～1重量份，抗氧剂0.1-1重量份。本发明制备的高分子量尼龙粉体组合物，其粒径为20-100微米，铺粉性能好，适合于3D打印工艺，其制品力学性能，尺寸稳定性较好，生产成本低。

专利名称：一种用于3D打印装置的斜拔组件

公布号: 104290329
申请号: 201410583723.9
公布日: 21.01.2015
申请日: 27.10.2014
申请单位：东莞智维立体成型股份有限公司 www.sprintray.cn
简介：
本发明公开一种用于3D打印装置的斜拔组件，包括安装支架，以及通过连接件与安装支架活动连接的中空支撑框，所述支撑框上安装有用于盛放打印溶液的树脂框，所述树脂框的底部为透明底板，所述支撑框与连接件相对的侧边底部进一步设有一拉杆，拉杆与驱动电机相连，通过拉杆的上升或下降可以使支撑框沿着连接件转动。采用斜拔组件，通过一侧缓慢下拉，使固化层与树脂框底部完全脱离，不需要平移增加树脂框的平面面积，而且也不会因为平移产生摩擦力，可以大幅度提高树脂框透明底板上薄膜的使用寿命，一般一个树脂框可以打印40-50万次。

专利名称：一种用于精确控温的高分子材料紫外激光3D打印方法及装置
公布号: WO/2015/165364
申请号: PCT/CN2015/077364
公布日: 05.11.2015
申请日: 24.04.2015
申请单位：中国科学院化学研究所 北京
简介：
一种用于精确控温的高分子材料紫外激光3D打印装置，包括：恒温箱（8）、激光头（1）、非接触式温度监测装置（2）、扫描振镜（3）、加工平台（5）、铺粉装置（6）、加工材料（7）和计算机控制系统（9）一种利用打印装置进行3D打印的方法，通过控制系统（9）预设加工温度，加工过程中，所述非接触式温度监测装置（2）实时监测激光照射下的待加工材料（7）的温升情况，并反馈给控制系统（9），通过记录一定时间内温度的增加值，系统得出待加工材料（7）对激光的吸收能力和温升程度，从而根据预先设置的加工温度值，计算出激光输出功率，实时调节激光功率，精确控制加工温度。通过上述装置和方法，可实现高分子材料紫外激光3D打印成型的精确控温。

专利名称：光固化型3D打印设备及其成像系统
公布号: WO/2015/081756
申请号: PCT/CN2014/088723
公布日: 11.06.2015
申请日: 16.10.2014
申请单位：上海普利生机电科技有限公司www.prismalabs.com
简介：
本发明提出一种光固化型3D打印设备的成像系统，包括光源、液晶面板、第一偏振光滤光器、第二偏振光滤光器、聚焦透镜阵列、投影镜头以及控制器。该成像系统的特点是，聚焦透镜阵列设置于该液晶面板的入光侧，该聚焦透镜阵列的每一聚焦透镜对应该液晶面板的每一像素，每一聚焦透镜能够会聚照射到对应像素的光束，使该光束尽可能多的透过该像素的透光区域。偏转镜片布置在该液晶面板的出光侧，该偏转镜片能够围绕垂直于成像系统的光轴的至少一个转轴偏转，以微调该光束图像投影到该光敏材料表面的位置。控制器命令该光源进行多次曝光，在每次曝光时命令该偏转镜片进行偏转以将各次曝光的光束图像投影到该光敏材料表面的不同位置。

专利名称：3D打印系统
公布号: WO/2015/180022
申请号: PCT/CN2014/078433
公布日: 03.12.2015
申请日: 26.05.2014
申请单位：中科院自动化研究所
简介：
一种3D打印系统，所述系统包括：数字微镜器件DMD移动设备(1)；光源(3)，固定在DMD移动设备(1)上，用于发出紫外光；多个DMD(2)，装载在DMD移动设备(1)上，用于接收光源(3)发出的紫外光，生成3D物体截面光；透镜(4)，用于接收DMD(2)反射的3D物体截面光，并将3D物体截面光折射放大；料盒(5)，用于盛装和提供打印材料；工作台(6)，透镜折射来的3D物体截面光，照射在料盒(5)提供的打印材料上，将打印材料固化为3D物体，承载在工作台(6)上；提升设备(7)，用于提升工作台(6)。3D打印系统，通过改变系统结构，移动原有DMD或拼接多个DMD，灵活实现打印截面积更大、DPI不变的3D打印物体。

专利名称：一种多喷头3D打印机
公布号: WO/2015/081597
申请号: PCT/CN2014/000338
公布日: 11.06.2015
申请日: 28.03.2014
申请单位：太尔时代
简介：
一种多喷头3D打印机，包括不少于1个喷头及移动支架，移动支架上固定有不少于一个水平运动装置，每个水平运动装置上固定有一个喷头，移动支架在垂直及纵向移动。有益效果为：可以同时并行拥有两个及以上的喷头，喷头直接固定在运动轴上，不存在频繁上下移动，减小了由于喷头位置变化产生的打印精度缺失。

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