基于citespace的金屬3D打印技術(shù)景觀分析

湯月+王坤+王京安

摘要：伴隨塑料材料3D打印技術(shù)完善，金屬3D技術(shù)凸顯出巨大的發(fā)展?jié)摿ΓR(shí)別金屬3D打印的技術(shù)及其熱點(diǎn)分析對(duì)于提高我國(guó)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有舉足輕重的意義。本文以德溫特專利數(shù)據(jù)庫(kù)（DII）收錄的金屬3D打印技術(shù)相關(guān)專利為數(shù)據(jù)源，采用技術(shù)景觀分析方法同時(shí)借助信息可視化軟件CiteSpace對(duì)所采集的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行宏觀和微觀分析。本文首次基于citespace研究金屬3D打印的技術(shù)熱點(diǎn)及其前沿識(shí)別，開拓了研究視野，也為企業(yè)戰(zhàn)略決策和行業(yè)發(fā)展提供重要參考。

關(guān)鍵詞：金屬3D打印；技術(shù)景觀；可視化；專利分析；研究熱點(diǎn)

0 引言

本文旨在利用CiteSpace以德溫特專利數(shù)據(jù)庫(kù)（DⅡ）中收錄的金屬3D打印技術(shù)相關(guān)專利數(shù)據(jù)為分析樣本，確定對(duì)金屬3D打印領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)、前沿及發(fā)展趨勢(shì)。

1 文獻(xiàn)回顧

之前的研究主要從技術(shù)性能和識(shí)別預(yù)測(cè)兩個(gè)視角對(duì)3D打印技術(shù)的研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)、進(jìn)行了廣泛的研究，與國(guó)外金屬3D打印技術(shù)相比，雖然國(guó)內(nèi)發(fā)展較快但整體上差距較大，把握當(dāng)前國(guó)際研究熱點(diǎn)和潛在的技術(shù)前沿分析，對(duì)于我國(guó)發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1分析方法

本文結(jié)合技術(shù)景觀這一概念，搭建金屬3D打印技術(shù)分析框架，運(yùn)用分析軟件citespace對(duì)專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行宏觀和微觀分析。通過繪制科學(xué)圖譜來展示金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)與前沿趨勢(shì)。研究采用信息可視化專家美國(guó)Drexel信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的陳超美博士基于JAVA語言開發(fā)的Citespace軟件[14]作為知識(shí)圖譜可視化工具。如張昭利用CiteSpace，以WoS （Web of Science）數(shù)據(jù)庫(kù)中商務(wù)智能的相關(guān)文獻(xiàn)為分析樣本，確定了商務(wù)智能的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域和前沿發(fā)展趨勢(shì)；吳學(xué)雁等利用CietSpace，以SCIE數(shù)據(jù)庫(kù)中LED領(lǐng)域的三種代表期刊收錄的文獻(xiàn)為分析樣本，對(duì)LED研究熱點(diǎn)與前沿進(jìn)行了可視化識(shí)別。

2.2數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)來源于德溫特專利數(shù)據(jù)庫(kù)（DII）。Derwent Innovations Index（簡(jiǎn)稱DII）是由Thomson Derwent與Thomson ISI公司共同推出的基于Web的專利信息數(shù)據(jù)庫(kù)，這一數(shù)據(jù)庫(kù)將DerwentWorld Patents Index（德溫特世界專利索引，簡(jiǎn)稱WPI）與Patents Citation Index（專利引文索引）加以整合，以每周更新的速度，提供全球?qū)＠畔ⅰ?/p>

3 金屬3D打印技術(shù)景觀分析

3.1金屬3D打印技術(shù)宏觀分析

金屬3D打印技術(shù)宏觀分析包括了技術(shù)的時(shí)間和空間分布，主要是從整體上把握技術(shù)的發(fā)展全貌。

3.1.1時(shí)間分布

CiteSpace可以協(xié)助統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的時(shí)間分布，以2007-2016年為例，可以發(fā)現(xiàn)以“金屬3D打印”為主題的科技論文和專利文獻(xiàn)發(fā)展較快，尤其是近兩年的發(fā)文量均超過150篇。隨著時(shí)間的變化，專利數(shù)量逐步增多，基本上是呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，偶爾也出現(xiàn)下跌的現(xiàn)象，總之，關(guān)于金屬3D的專利總體處于上升趨勢(shì)，相信在未來的幾年內(nèi)，相關(guān)專利也會(huì)不斷增多。

3.1.2地域及專利權(quán)人分布

全球金屬3D打印技術(shù)專利數(shù)量排名前十的專利權(quán)人，共擁有專利238項(xiàng)，占全部金屬3D打印技術(shù)專利的9.52%。排名前十的專利權(quán)人有4家公司在中國(guó)，3家在韓國(guó)，3家在美國(guó)。可以看出，這三個(gè)國(guó)家在金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)力量占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

3.2 金屬3D打印技術(shù)微觀分析

技術(shù)的微觀分析主要是對(duì)技術(shù)的熱點(diǎn)、前沿識(shí)別以及趨勢(shì)分析，接下來分析的是金屬3D打印技術(shù)主要從技術(shù)的專利數(shù)量，主題詞突現(xiàn)，以及技術(shù)在時(shí)間上歸類展開分析，同時(shí)借助于可視化的分析軟件citespace中的時(shí)區(qū)圖和網(wǎng)絡(luò)圖將其更加直觀的反映出來。

3.2.1技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域識(shí)別

技術(shù)熱點(diǎn)分析就是結(jié)合當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題和展現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行討的科學(xué)問題或?qū)ｎ}。以下主要通過對(duì)國(guó)際專利分類號(hào)（IPC）和專利文獻(xiàn)中突現(xiàn)的關(guān)鍵詞對(duì)金屬3D打印的技術(shù)熱點(diǎn)內(nèi)涵進(jìn)行探討，而這些排名靠前的技術(shù)分類和突現(xiàn)的關(guān)鍵詞就是目前金屬3D打印的技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

3.2.2技術(shù)前沿領(lǐng)域識(shí)別

利用CiteSpace提供的詞頻探測(cè)技術(shù)，通過軟件中時(shí)區(qū)圖考察詞頻的時(shí)間分布，將其中頻次變化率高的詞（burst term）從大量的主體詞中探測(cè)出來，依靠詞頻的變動(dòng)趨勢(shì)，而不僅僅是頻次的高低，來確定前沿領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)。#0.circuit board主要截取了第一階段也是最為重要的階段，節(jié)點(diǎn)的中心度是指網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑通過該點(diǎn)的比例，中心度高的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中起到了橋梁作用。

3.3趨勢(shì)分析

從上述的熱點(diǎn)技術(shù)與前沿技術(shù)的分析，本文認(rèn)為既是熱點(diǎn)又是前沿的技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注，即對(duì)于出現(xiàn)頻次和burst值都較高的技術(shù)應(yīng)該是未來金屬3D打印發(fā)展的技術(shù)，我們對(duì)這些技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了提取。通過相關(guān)專業(yè)的整合可以分為兩個(gè)層次研究技術(shù)分析，這些技術(shù)可以做如下分類：

首先就是占據(jù)在頻次最高的金屬鑄造與粉末冶煉技術(shù)，通過相關(guān)關(guān)鍵詞共現(xiàn)詞譜分析和詳細(xì)檢索可以具體劃分為以下幾個(gè)方面：

（1）主要采用鑄造工藝，在高溫條件下對(duì)鎳和鈦合金等金屬材料進(jìn)行表面處理和成型加工；因?yàn)樵陬l次最高的金屬鑄造與粉末冶煉技術(shù)；

（2）主要用選擇性激光熔化技術(shù)，以數(shù)據(jù)為支撐，將以銅為核心的金屬材料混合、加熱、快速冷卻到基底上；

其次是Burst值最高的半導(dǎo)體材料與工藝技術(shù)，關(guān)于半導(dǎo)體材料應(yīng)用十分廣泛也是未來金屬3D打印的研究一個(gè)熱點(diǎn)材料趨勢(shì)。半導(dǎo)體材料可以具體到以下兩個(gè)方面。

（1）主要用選擇性燒結(jié)技術(shù)和激光處理技術(shù)，將磁石、鉻、錳為原材料的金屬合金進(jìn)行熱處理和快速淬火等工藝技術(shù)，從而改變材料的微觀結(jié)構(gòu)；

（2）將以鋁和銅為核心的金屬材料熔化處理并快速固化成型。

4總結(jié)

本研究基于CiteSpace信息可視化軟件，利用專利數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)分別對(duì)金屬3D打印技術(shù)進(jìn)行景觀分析，主要是從宏觀和微觀兩個(gè)方面展開的，對(duì)DII數(shù)據(jù)庫(kù)中公布的金屬3D打印相關(guān)專利（2000-2016年）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和可視化分析后，得到如下結(jié)論：

第一，金屬3D打印相關(guān)技術(shù)主要集中在美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)的一些制造業(yè)企業(yè)手中。

第二，通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜分析，識(shí)別了金屬3D打印領(lǐng)域的一些熱點(diǎn)技術(shù)及前沿技術(shù)，包括、選擇性激光熔化技術(shù)、選擇性燒結(jié)技術(shù)和激光處理技術(shù)、鑄造工藝、快速固化成型、自動(dòng)控電技術(shù)等。

第三，分別對(duì)熱點(diǎn)和前沿的技術(shù)進(jìn)行了匯總分類，對(duì)企業(yè)布局何種技術(shù)研發(fā)進(jìn)行了側(cè)重點(diǎn)的分析。

本文研究數(shù)據(jù)來源為德溫特?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，沒有與其他數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、比較，研究結(jié)果有待完善。鑒于CiteSpace軟件自身的局限性，無法繪制研究熱點(diǎn)隨著時(shí)間變化的路徑，只能靜態(tài)的闡述戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)，閥值的選擇具有主觀性，導(dǎo)致繪制的知識(shí)圖譜有一定局限性，尤其是對(duì)“關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜的邊緣散點(diǎn)”影響較大，使本文關(guān)于“研究前沿”的論述有一定局限。

為了更好地識(shí)別金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)與前沿，未來還可以基于CNKI和Web of Science中的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時(shí)拿來與現(xiàn)有結(jié)果對(duì)照，可能會(huì)對(duì)企業(yè)布局研發(fā)更有指導(dǎo)性。endprint