打印混凝土国内专利技术综述

赵子强(1989-)，男，河北人，硕士研究生，助理研究员，主要从事发明专利实质审查工作。

张广华(1992-)，男，新疆人，硕士研究生，作者张广华对本文贡献等同第一作者。

混凝土作为最大宗的建筑材料，为国计民生作出卓越贡献，然而混凝土在生产和使用过程中产生的高污染、高能耗已成为传统混凝土技术发展的重大阻碍。源于上世纪80年代的3D打印技术颠覆了传统生产模式，被誉为“第三次工业革命”的代表。3D打印过程为增材制造，成型无需模板、绿色环保、灵活高效，为混凝土可持续发展提供了新的方向[1-4]。

自3D打印混凝土问世以来，诸多专家学者和工程人员对其进行应用研究，并利用3D打印技术将混凝土打印出建筑、桥梁、方舱等结构工程，但有关3D打印混凝土的专利分析鲜有报道。本文通过对3D打印混凝土相关国内专利技术进行统计分析，以期对其专利申请概况进行梳理，对3D打印混凝土专利申请布局起到一定参考作用。

1 3D打印混凝土专利申请态势分析

3D打印混凝土建筑作为新技术自问世以来备受广大科研与工程人员关注，也成为建筑材料发展的增长极。3D打印混凝土属于新兴技术，通过对该技术发展脉络进行掌握，结合中国专利库的特点和专利文献分布特点，选择中文专利数据库CNABS和CNTXT进行检索，检索选用关键词3D、打印、混凝土、砂浆、水泥、油墨，分类号未进行严格限制，检索日期截止至2020年04月30日。

1.1 专利申请量趋势分析

图1为有关3D打印混凝土相关技术在全国专利申请趋势图。3D打印混凝土自被报道以来，便引起了广泛关注和专利申请热情，继2013年由国外“D-shape”打印出首栋建筑后。中国于2014年成功利用3D打印技术建造了混凝土建筑，由此引发了有关3D打印混凝土的专利申请热潮。由图1可以看出，国内首次关于3D打印混凝土技术的专利申请发生在2013年，并于2014-2015年出现大幅上升，相较于2015年，2016年的相关申请甚至实现了翻倍增长，我国申请人虽然进入该领域略晚，但近期技术研究十分活跃，在国家“大众创业、万众创新”和“知识产权强国、助力经济发展转型”的国家政策激励下，3D打印混凝土作为环保高效的新技术在中国开拓了丰沃的土壤。由于专利自申请至公开需要部分时间，因此2019年的专利申请数量未被统计完全，给统计数据造成误差，相关科研单位、企业和研究人员同样应当给予后续关注。

图1 3D打印混凝土技术专利申请趋势

1.2 申请人类型及主要申请人分布

图2为3D打印混凝土国内专利申请人类型分布。由图可知，以企业为申请人的专利申请占据50%，其次是高校的专利申请占据45%，个人为申请人的专利申请量占比最少，约5%。3D打印混凝土设计、施工过程需要计算机建模，对设备、技术和材料具有较高技术要求和经济实力。因此，目前相关研究集中于企业和高校等具有较强研究实力和成果转化能力的主体。

图2 3D打印混凝土专利申请人类型

图3显示了3D打印混凝土相关专利申请的主要申请人情况。在中国，排名靠前的14位申请人中，高校占8位，公司占6位，均为国内水泥混凝土领域科研实力雄厚和施工技术先进的单位。其中河北工业大学于2019年10月13日按赵州桥1：2的缩尺打印后现场装配组装成混凝土3D打印石拱桥，并对相关3D打印混凝土材料进行专利布局；此外，盈创建筑科技(上海)有限公司自2014年开始完成了一系列3D打印建筑，使3D打印建筑技术在中国落地发芽。该公司及其负责人马义和对3D打印建筑技术进行持续专利布局，其专利申请技术分支涉及设备、产品、工艺、材料，覆盖面广，充分利用知识产权对技术进行有效保护。由于涉及的材料专利布局相对较少，因此在进行3D打印混凝土相关检索时，其并未排入主要申请人分布前列。由此可见，在国内企业和高校保持了对3D打印混凝土相关应用研究的热度和兴趣，热衷于产品转化并进行专利布局，对3D打印混凝土相关技术进行保护与市场抢滩。3D混凝土技术的成功应用和不断挖掘，使得该技术成为建筑领域的一张名片，为建筑技术的发展创新与走出国门培养了良好的氛围，3D打印混凝土技术同时预示着广泛的市场前景。另外，专利保护对该技术的开发和运营提供了可靠支持。

图3 3D打印混凝土专利主要申请人分布

1.3 主要技术分支

3D打印混凝土作为建筑材料的技术实现，离不开各领域技术支持。通过对全国专利申请的状况进行分析，相关申请主要涉及材料、产品、工艺、设备、测试方法和测试工具，各技术分支所占比例如图4所示。可以看出，材料、产品、工艺、设备之间占比相差不大，技术发展较为平均。对不同技术分支下3D打印混凝土研究的技术热点进行研究，分析发现，关于材料的专利申请主要热衷于低成本、力学性能、凝结时间和施工性能的研究；关于产品的专利申请主要集中于快速高效制备、低成本、绿色环保和力学性能需要；关于工艺的专利申请主要集中于快速高效、低成本、绿色环保和力学性能的研究；关于设备的专利申请主要致力于快速高效、低成本和工业化自动化研究。3D打印混凝土从实验室走向工业化，需要相关产业的相互配合。同时，对3D打印混凝土材料的测试方法和测试工具也有少量申请。3D打印混凝土施工工艺由于与普通混凝土施工工艺相差甚大，对3D打印混凝土的性能指标进行重新评价并重新制定相应的国家标准与规范，也是本领域科研与从业人员亟待解决的技术问题。

文章来源：《北京印刷学院学报》 网址: http://www.bjysxyxb.cn/qikandaodu/2021/0407/708.html