基于專利數據的鈦合金激光增材制造技術態勢分析

鮑芳芳 宗 驍 馮 新 丁賢飛 南 海 張愛斌

（1.中國航發北京航空材料研究院，北京 100095；2. 北京市先進鈦合金精密成型工程技術研究中心，北京 100095）

0 引言

鈦合金作為具備優異性能的結構材料，在航空航天、武器裝備等領域被廣泛應用。鈦合金激光增材制造以粉或絲材為原料通過高功率激光原位冶金熔化/快速凝固逐層堆積，具有加工周期短、原材料利用率高、高柔性化等優點。圍繞鈦合金激光增材制造的學術研究不斷涌現，主要集中于研究狀況、宇航應用、性能研究等方面。該研究選擇從專利文獻角度出發，對全球鈦合金激光增材制造技術予以整體性揭示，以期為我國鈦合金激光增材制造技術的專利申請與布局等提供參考。

首先，對鈦合金激光增材制造技術進行分解，按照檢索策略制定檢索式，在Incopat專利數據庫中展開檢索，檢索時間2021年5月20日。結果顯示：截至2021年5月20日，經Incopat同族合并及人工篩選后得到全球鈦合金激光增材制造技術專利383件，包括發明專利351件、實用新型專利15件和發明授權專利17件。研究基于383件專利進行分析。然后，通過專利時間、地域、機構等揭示全球鈦合金激光增材制造技術信息概況，通過重點專利、高被引專利、同族專利等呈現全球鈦合金激光增材制造技術專利主要情況。

1 專利概況

1.1 申請時間與地理分布

就申請時間來說，全球鈦合金激光增材制造技術專利集中于2013—2020年，8年專利共計324件，占比84.6%。包括2013年的11件專利、2014年的19件專利、2015年的26件專利、2016年的28件專利、2017年的40件專利、2018年的46件專利、2019年的81件專利和2020年的73件專利。根據近10年全球鈦合金激光增材制造技術專利申請時間與數量變動情況繪制的全球鈦合金激光增材制造專利申請圖，如圖1所示。

圖1 鈦合金激光增材制造專利申請趨勢

就地理分布來說，全球鈦合金激光增材制造技術專利主要集中于中國，中國擁有該領域專利308件，占比80.4%。此外，還有德國的22件專利、日本的14件專利、韓國的8件專利、俄羅斯的7件專利、英國的6件專利、美國的4件專利、加拿大的2件專利、法國的2件專利、印度的2件專利和波蘭的2件專利等。

中國鈦合金激光增材制造技術專利以北京市、廣東省、江蘇省、陜西省、遼寧省、山東省、上海市、浙江省、湖南省和湖北省為主，10省市專利共計257件，占全國專利總數的83.4%。包括北京市的47件專利、廣東省的35件專利、江蘇省的34件專利、陜西省的31件專利、遼寧省的28件專利、山東省的20件專利、上海市的17件專利、浙江省的16件專利、湖南省的15件專利和湖北省的14件專利。

1.2 申請機構與技術構成

就申請機構類別來說，全球鈦合金激光增材制造技術專利申請機構主要集中于高校和企業，如圖2所示。其中，高校專利157件，占比41%；企業專利104件，占比27%；科研單位專利48件，占比12.5%；個人專利18件，占比4.7%。

圖2 鈦合金激光增材制造專利申請機構類型

就申請機構構成來說，全球鈦合金激光增材制造技術專利申請機構主要有西安交通大學，專利11件；山東建筑大學，專利11件；中國科學院金屬研究所，專利10件；華中科技大學，專利9件；淮陰工學院，專利7件；西北工業大學，專利7件；北京航空航天大學，專利6件；哈爾濱工業大學，專利5件；中國航發北京航空材料研究院，專利5件。

就技術構成來說，全球鈦合金激光增材制造專利技術構成如圖3所示。按照IPC分類的劃分，鈦合金激光增材制造技術專利主要集中在B22F、B33Y和C22C這3類，其中，B22F的IPC釋義為金屬粉末的加工，由金屬粉末制造制品，金屬粉末的制造（用粉末冶金法制造合金入C22C），金屬粉末的專用裝置或設備，專利214件；B33Y的IPC釋義為增材制造，即三維[3D]物品制造，通過增材沉積，增材凝聚或增材分層，如3D打印，立體照片或選擇性激光燒結，專利193件；C22C的IPC釋義為合金（合金的處理入C21D、C22F），專利98件。需要注意的是，由于同一件專利IPC分類號會有多個，因此，圖3中按照IPC分類號統計出的鈦合金激光增材制造專利總數遠遠超過檢索到的專利總數。

圖3 鈦合金激光增材制造專利技術構成

就申請機構技術構成來說，根據全球鈦合金激光增材制造專利的技術主題制圖，如圖4所示。圖中，以熱處理方法為主要研究的機構有西安交通大學、中國科學院金屬研究所，以激光選區為主要研究的機構有哈爾濱工業大學、中國航發北京航空材料研究院，以打印技術為主要研究的機構有北京航空航天大學、長沙理工大學，以人體植入物為主要研究的機構有北京航空航天大學。

圖4 鈦合金激光增材制造專利技術主題

3 專利分析

3.1 重點專利

通過數據庫中的被引證次數、同族數量、專利價值等信息對全球鈦合金激光增材制造技術專利篩選，得出表1中的鈦合金激光增材制造技術重點專利。從同族數量來看，申請時間為2015年7月9日、公開號為CN104928513A、申請機構為哈爾濱工業大學、名稱為“一種鈦合金激光3D打印改進方法”，申請時間為2015年8月31日、公開號為CN105108339A、申請機構為沈陽海納鑫科技有限公司、名稱為“一種基于鈦及鈦合金金屬絲材的增材制造方法”，申請時間為2012年3月12日、公開號為CN103302292A、申請機構為中國科學院沈陽自動化研究所、名稱為“一種激光直接成形鈦合金零件工藝方法”，這3件專利的同族專利數量均為2件。從被引證次數來看，申請時間為2015年8月18日、公開號為CN105014073A、申請機構為上海航天精密機械研究所、名稱為“一種TC4鈦合金激光選區熔化增材制造及熱處理方法”的專利被引證32次（見3.2）。

表1 鈦合金激光增材制造重點專利

3.2 高被引專利

從全球鈦合金激光增材制造技術專利的被引用次數來看，被引用次數的多少意味著專利技術影響力的大小，該領域高被引專利詳見表2。以申請時間為2015年8月18日、公開號為CN105014073A、申請機構為上海航天精密機械研究所、名稱為“一種TC4鈦合金激光選區熔化增材制造及熱處理方法”的專利為例，該專利被32件專利引證。32件專利的公開號分別為CN109355606B、CN109207892B、CN110882414A、CN110605455A、CN110551956A、CN110523984A、CN110303156A、CN110249068A、CN107414078B、CN106891006B、CN106987789B、CN109355606A、CN106180719B、CN109207892A、CN107299210B、CN108202142A、CN105522151B、CN105603255B、CN107414078A、CN107299210A、CN106987789A、CN106891006A、CN106513675A、CN106513684A、CN106270514A、CN106180719A、CN106041084A、CN105798301A、CN105648270A、CN105603255A、CN105522151A和CN105522152A。

表2 鈦合金激光增材制造高被引專利

3.3 同族專利

從全球鈦合金激光增材制造技術同族專利來看，該領域同族專利排序詳見表3。以申請時間為2014年10月7日、公開號為US20160096234A1、申請機構為西門子能源股份有限公司、名稱為“Laserdepositionandrepairofreactivemetals”的專利為例，該專利的同族數量為5件。該專利基于同一優先權文件，在中國（公開號CN106794551A）、歐洲（公開號EP3204184A4和EP3204184A1）、世界知識產權組織（公開號WO2016057150A1）和美國（公開號US20160096234A1）曾組織申請、公布或批準。

表3 鈦合金激光增材制造同族專利排序

3.4 權利要求數

從全球鈦合金激光增材制造技術專利權利要求數來看，權利要求數的多少越多意味著專利價值的高低，該領域專利權利要求數排序詳見表4。以申請時間為2011年1月12日、公開號為EP2359964A1、申請機構為亞斯通科技有限公司、名稱 為“Processfor Producinga3-Dimensional Componentby Meansof Selective Laser Melting（SLM）”的專利為例，該專利權利要求數有25項，意味著該專利在該領域被侵權的概率相對高。

表4 鈦合金激光增材制造專利權利要求數排序

4 結論

綜上分析，可以總結出以下關于全球鈦合金激光增材制造技術專利的結論：1）我國在鈦合金激光增材制造技術專利領域發展速度快，近些年的專利申請數量多且質量高。2）鈦合金激光增材制造技術專利申請機構集中于高校和企業。3）鈦合金激光增材制造專利技術熱點集中在熱處理方法、激光選區等主題。

相關建議：1）在鈦合金激光增材技術專利數量和質量提升的同時，關注鈦合金激光增材制造技術的專利轉化。2）增強鈦合金激光增材制造領域高校和企業間合作，以充分發揮高校和企業的各自優勢。3）隨著鈦合金激光增材制造技術研究的日趨深入，積極應對新興空白主題的專利布局。