金屬增材制造技術研究熱點聚類分析

范哲超，陸 明，豐洪微

（1.內蒙古機電職業技術學院，內蒙古 呼和浩特 010070；2.國家工程機械質量監督檢驗中心，北京 102100）

1 材料和方法

為獲得領域高代表性文獻，2019年12月5日，在CNKI數據庫中，選擇“期刊檢索”方式，以“SU=(增材制造+激光增材制造)”為檢索式，即以“增材制造”、“激光增材制造”為主題檢索詞進行模糊檢索，期刊來源選擇“SCI來源期刊”、“EI來源期刊”和“核心期刊”，檢索年限不作限制。為方便工具識別，以“Refworks”格式導出符合標準的文獻，通過對初步檢索出的文獻進行統計歸納，納入文獻類型期刊(CNKI)的文獻摘要，剔除掉重復文獻，最后篩選出數據庫有效文獻768篇[1]。

2 結果與分析

在Citespace中導入正確處理后的文獻集合，選擇時間跨度為1999年～2019年，時間分區“Year Per Slice”為1年（即每一年為一個時間單位）；節點類型選擇“Keyword”；詞源選擇“Author Keyword(DE)”；反復調試后，閾值選取辦法設定為“TOPN”，數值設為25；網絡剪枝算法選擇“Pathfinder”，修剪分片及整體網絡，其他選項保持不變。

初次運行后，發現由于人工標注的原因，部分關鍵詞語義相同但表達不同，如“美利堅合眾國”和“美國”；“微觀組織”和“顯微組織”；“3d打印”和“三維打印”；“激光選區熔化”和“選區激光熔化”等，因此進行同義詞合并，以確保研究的規范性。再次運行后，得到了基于關鍵詞所呈現的增材制造研究知識圖譜（如圖1所示），共有126個節點，210條連接。

為探究金屬增材制造領域研究熱點，利用Citespace的“Cluster View”（聚類視圖）對關鍵詞知識圖譜進行聚類分析，軟件把關鍵詞聚成了5個類團（如圖2所示，同種顏色的節點代表一個類團）。

圖1 金屬增材制造研究關鍵詞知識圖譜

2.1 激光選區熔化技術研究

激光選區熔化成形技術突破了傳統制造工藝的變形成形和去除成形的常規思路，可根據零件三維數模，利用金屬粉末，直接獲得任意復雜形狀的實體零件。相對于其他能量源，激光增材制造技術具有成形精度高、構件性能優良、材料適應性廣等優點，是目前金屬增材制造領域的常用加工方法，其中發展最為迅速、應用前景最為廣泛的是激光選區熔化技術[2]。

圖2 增材制造研究關鍵詞聚類圖譜

2.2 粉末冶金研發

研究關注歐洲汽車制造行業結合增材制造技術和粉末冶金生產汽車精密零件。為提高增材制造工藝的穩定性，提出了粉末工藝學和后處理措施，并介紹有關增材制造工藝使用的金屬粉末的化學成分和粉末形貌等方面的信息。

2.3 機械產品的拓撲優化

主要論述了增材制造和拓撲優化技術的結合對機械產品新結構設計的指導意義。從增材制造的理論基礎、增材制造結構件的變形、機械產品結構設計所需的拓撲優化工具等多個方面，制定了面向金屬增材制造的機械產品拓撲結構優化設計流程。此外，對激光増材制造技術特點、激光増材制造復合材料的研究現狀及進展提出建議。

2.4 電弧增材制造技術

主要闡述了國內外學者綜合運用電弧增材制造技術和熱處理等技術，制造鈦合金、鋁合金等合金組織的研究現狀。從控形控性角度分析工藝參數對不同性能力學構件的影響，力求開展增材成形工藝及理論研究工作，推進該技術在現代制造業的應用[3]。

2.5 3d打印的智能發展

在大數據產業和智能制造的發展概念下，對比中外3d打印技術，特別介紹了美國3d打印和增材制造產業成功發展的競爭經驗，說明增材制造技術發展趨勢和關鍵環節。

3 結論

通過聚類分析不難發現，金屬增材制造的研究內容繁多，研究熱點之間的聯系不甚緊密，呈多維度發展態勢，表明在此領域研究的出發點多樣化，還未形成固化的模式。3d打印、激光增材制造、粉末冶金、輕稀有金屬合金與智能制造成為本領域的研究熱點。各主題之間的更迭并非一蹴而就，而是融合漸進，不斷細化分支領域。如何保證良好的成形質量，如何優化工藝參數、掃描策略來調整力學性能，是金屬增材制造技術的基礎研究內容，制定相關標準，建立專業化認證體系，推動激光增材技術和粉末冶金技術的高新技術智能化發展具有良好的研究前景。