3D打印行業迎來快速發展期的一大原因是原先存在的一些領先的工業3D打印工藝的關鍵專利到期。這些已經到期或者即將到期的專利——其中許多是在世紀之交剛剛發佈的，長期以來這些專利被3D打印行業原有的先驅者壟斷著。
3D科學谷發現，當我們欣喜與3D打印工藝的關鍵專利到期釋放了3D打印技術活力的時候，另一大陣營的3D打印工藝專利卻在緊鑼密鼓的佈局中。僅僅拿航空航天領域來說，從1975年最早的美國空軍申請的火箭噴嘴複合結構件專利以來，到了2011年，3D打印應用端對專利的申請明顯進入了井噴階段，僅2014年一年，航空航天領域的國際企業就申請了198個3D打印方面的相關專利。
競爭的硝煙已不僅僅限於3D打印設備與材料領域，而是瀰漫到應用領域。
本期，讓我們通過主流企業的專利特點，來“窺一斑而見豹”，領略這些百花齊放的應用端專利特點。
GE渦輪葉片上打印高溫陶瓷傳感器的專利
2017年1月17日GE獲得批准的專利中，公開了用於製造渦輪機部件上的應變傳感器的方法。該方法包括渦輪部件的外部表面規劃，和如何將陶瓷材料沉積到外部表面指定的位置上。專利還公開了一種監測渦輪部件的方法，該方法包括形成至少兩個參考點的應變傳感器。
應變傳感器的陶瓷粉體通過自動化的3D打印增材製造工藝沉積到葉片表面上，陶瓷材料可以包括熱障塗層如氧化釔及穩定的氧化鋯。而一些特殊的渦輪部件位置上則不需要熱障塗層。
而完成應變傳感器的製造則需要不同設備之間的配合，包括氣溶膠噴射機（例如，Optomec氣溶膠和透鏡系統）、微噴機（如Ohcraft或nScrypt公司的微筆或3Dn），以及 MesoScribe Technologies技術公司的等離子噴塗設備MesoPlasma。
空客申請3D打印大型飛機零部件專利技術
2016年，空客公司申請了一個新型3D打印技術的專利。據空客公司表示使用該技術有望徹底改變大規模製造的模式，甚至有望具有3D打印整架飛機的能力。專利中涉及的新技術更多依賴大量材料技術，並充分利用了3D打印的對象對其冷卻過程中出現的內部應力做出的反應。
根據空客公司的專利申請材料，該技術主要使用一種類似於選擇性激光燒結（SLS）的技術， 以及鈦、鋁等金屬粉末，將多種材料融合在一起。在打印過程中，首先會生成一個殼體結構，將金屬粉末沉積在上面，並通過激光對殼狀結構和金屬粉末進行加熱，使它們共同融化、粘結成一個整體部件。當該部件冷卻時，新形成的多材料金屬層的內部應力將導致整個部件朝著預定的方向或曲線彎曲。產生這種結果的原因是由於殼體結構和金屬在冷卻時具有不同的收縮速率。
空客公司表示，使用這種技術3D打印的飛機部件，如機身、機翼或門等，能夠承受住飛機在運行當中的劇烈條件而不喪失任何氣動特性。這些3D打印零部件將使用更少的材料，變得更加輕量化，而且結構性更好。3D科學谷瞭解到通過該技術獲得零件更大的穩定性。如果使用該技術3D打印飛機貨艙的地板，將使其變得更加穩定，並承受更多的重量。
西門子3D打印渦輪耐磨損的環節面網狀結構的專利
2017年，西門子通過3D打印渦輪耐磨損的環節面網狀結構的專利獲批，通過激光金屬3D打印幫助渦輪部件提高耐溫和耐磨性能。
圖片：西門子通過3D打印渦輪耐磨損的環節面網狀結構的專利
燃氣渦輪發動機工業中，一個顯著的趨勢是追求更高的生產效率。為了實現更高的效率，燃氣渦輪機運行在越來越高的工作溫度環境下。理想情況下，旋轉的渦輪葉片和渦輪部件之間的間隙要足夠小，為了應對燃氣輪機非常高的通流溫度，許多渦輪組件內的流體流動路徑需要熱障塗層（TBCs）以保護底層組件在流體流動路徑中惡劣環境下的正常運行。
圖片：西門子通過3D打印渦輪耐磨損的環節面網狀結構的專利
塗層通常是陶瓷結構，可以承受極端的溫度並且磨損或耐擦傷。通過水射流加工方法，產生理想的耐磨表面輪廓。然而，這種方法的生產成本是昂貴的。西門子發現直接通過3D打印技術創建所需的表面輪廓的渦輪機組件更具成本效益。
通過激光一層一層融化金屬粉末或陶瓷增強金屬粉末，西門子製造出耐磨的網狀結構的渦輪組件。這種網狀結構包括多個網絡，每組網絡有一組的高度相對於渦輪部件的表面一致，多個交錯絞線中的至少兩組不同的高度。
圖片：西門子通過3D打印渦輪耐磨損的環節面網狀結構的專利
波音關於通過3D打印用於飛機零件生產與維護的專利
2015年，波音提交了一份專利申請，主要涉及到更換飛機零部件的3D打印應用。這份專利申請可能對波音公司未來的經營產生重大影響。該專利的描述摘要：
“一種裝置，包括：一個被配置為存儲多個部件定義文件的零件庫、一個存儲了使用多個部件定義文件打印出來零部件識別條目的數據庫，以及一個零部件管理系統，該系統能夠接收針對上述部件定義文件庫裡的一個零部件的定義文件請求、識別該定義文件、接收根據該定義文件打印一個零部件的指令，並且把3D打印的該部件條目存入數據庫。”
根據這個專利描述，波音公司可以不用設立多個庫存中心存放零件備件，然後再運輸到需要的位置，這很容易導致時間的延誤；該公司只需搭建其一個擁有零備件CAD設計文件的在線模型庫，任何地方只需一臺3D打印機就可以在幾分鐘或幾小時內製造出他們想要的備件。
波音的專利申請已經揭示了他們如何將3D打印用於生產和維護系統。當飛機零部件需要更換時，這300種3D打印的零部件可以隨時找到，他們只需要簡單地將更換件打印出來就可以了。而且未來波音公司3D打印的零部件將不限於塑料材質的，因為該專利介紹了幾個其它的材料，包括金屬、金屬合金和石膏。
隨著3D打印技術與應用端的深度結合，3D科學谷認為應用端將申請更多的專利以鞏固其技術領先地位。或許，再過10年，當我們回顧這些企業的專利佈局的時候，我們會發現今天的“井噴”僅僅是“小菏才露尖尖角”。
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