中國的3D打印研究(1993-2014)——基于文獻計量學的分析

陳燕和

(1．湖北師范學院資源枯竭城市轉(zhuǎn)型與發(fā)展研究中心，湖北?黃石 435002；2．華中科技大學，湖北?武漢 430074)

中國的3D打印研究(1993-2014)——基于文獻計量學的分析

陳燕和1，2

(1．湖北師范學院資源枯竭城市轉(zhuǎn)型與發(fā)展研究中心，湖北?黃石 435002；2．華中科技大學，湖北?武漢 430074)

〔摘要〕本文對中國3D打印學術(shù)論文進行分析，總結(jié)研究特征與規(guī)律，將為后續(xù)研究指明方向。對于篩選出的1 145篇論文，本文主要運用文獻計量學方法進行了研究，統(tǒng)計指標主要是百分比、頻次等。現(xiàn)有文獻中，關(guān)于3D打印工藝SLS、FDM、醫(yī)學應用、產(chǎn)品開發(fā)應用方面的研究成果豐富，對3D打印的探索性研究、應用研究居多，解釋性研究、基礎研究偏少。國家自然科學基金對3D打印研究的支持時間最早、力度最大。高校、研究所是3D打印研究的主力軍，企業(yè)的研究相對薄弱。下載頻次靠前的文獻的研究視角是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學，被引頻次、文獻被引-下載比排名居前的均為華中科技大學的研究成果。

〔關(guān)鍵詞〕3D打??；文獻計量學；被引-下載比

與傳統(tǒng)“減材制造”方式不同，3D打印(Three Dimensional Printing，3DP)勿需使用“模具”、“刀具”、“夾具”等傳統(tǒng)工具，不需要“車”、“鉗”、“刨”、“銑”、“鉆”等傳統(tǒng)工藝，而是將金屬、陶瓷、塑料、砂等材料根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過3D打印機(3D printer)以材料累加的方式直接“打印”出產(chǎn)品。20世紀80年代，3D打印理念與技術(shù)在美國出現(xiàn)；90年代，幾所中國高校開始3D打印技術(shù)研究。但是，由于技術(shù)不成熟、生產(chǎn)成本高等原因，3D打印技術(shù)一直處于實驗室研究階段，對于多數(shù)人而言還是陌生事物。直到2012年，3D打印還只是軟件工程、自動控制、材料科學、機械學、醫(yī)學、軍事學等理工學科背景學者們的研究對象；2012年下半年，網(wǎng)絡、報紙、新聞媒體大量推出關(guān)于3D打印的文章，在學術(shù)期刊上，基于藝術(shù)學、教育學、社會學、法學、經(jīng)濟學等多學科的3D打印研究文獻數(shù)量急劇增長。為了對中國3D打印的研究軌跡有一個整體認識，本文篩選了1 000多篇文獻，運用文獻計量學方法，對文獻進行整理分析——一方面，總結(jié)中國學者研究領域轉(zhuǎn)換的特征與規(guī)律，為后續(xù)研究指明方向；另一方面，為貫通3D打印“產(chǎn)——學——研”三環(huán)節(jié)提供思路，為3D打印市場化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展鋪平道路。

本文第一部分為引言，第二部分是文獻來源與檢索方法，第三至第六部分分別從文獻研究內(nèi)容、研究類型與研究視角、文獻年度分布與來源、文獻基金資助、撰文方式與研究力量分布、文獻學術(shù)層次統(tǒng)計的角度對中國3D打印進行文獻計量學分析，最后是結(jié)論與討論。

1　文獻來源與檢索方法

1.1文獻來源

檢索數(shù)據(jù)庫：中國知網(wǎng)(CNKI)。

1.2檢索詞的確定

對3D打印進行檢索的范圍，本文擬定為3D打印術(shù)語、3D打印技術(shù)、3D打印市場、3D打印產(chǎn)業(yè)、3D打印政策5個方面。選定檢索詞如下：“3D打印”、“增材制造”、“快速原型制造”、“快速成型技術(shù)”、“實體自由制造”、“分層制造”、“選擇性激光燒結(jié)”、“直接金屬激光燒結(jié)”、“熔融沉積成型”、“立體平版印刷”、“數(shù)字光處理”、“熔絲制造”、“融化壓模”、“分層實體制造”、“電子束熔化成型”、“選擇性熱燒結(jié)”、“粉末層噴頭三維打印”、“掩膜圖像投影光同化工藝”、“直接制模鑄造”、“選區(qū)激光熔化”、“激光近凈成形”、“電子束選區(qū)熔化”、“立體底片固化法”、“三維印刷法”、“熱塑性塑料”、“金屬粉末”、“陶瓷粉末”、“合金”、“共晶系統(tǒng)金屬”、“可食用材料”、“光硬化樹脂”、“液態(tài)樹脂”、“聚乳酸”、“ABS樹脂”、“金屬線”、“塑料線”、“紙”、“金屬膜”、“塑料薄膜”、“鈦合金”、“熱塑粉末”、“石膏”、“光敏樹脂”、“鋁氧粉”、“光聚合物”、“陶瓷粉末”、“Al2O3”、“不銹鋼”、“鎢”、“SiC”、“碳化鎢粉”。

1.3檢索標準

檢索文獻入選標準為：(1)論文關(guān)于技術(shù)、材料、市場、產(chǎn)業(yè)、政策方面的主題與3D打印有關(guān)。(2)公開發(fā)表在國內(nèi)正式期刊的論文。(3)論文第一作者的署名研究機構(gòu)位于中國大陸。(4)論文使用文字為中文。

1.4檢索方法

檢索項：題名、關(guān)鍵詞、摘要；檢索模式：模糊匹配；檢索范圍：期刊；檢索時間跨度：1990-2014年。檢索到的最早文獻發(fā)表于1993年，由于部分檢索數(shù)據(jù)會隨時間推移而發(fā)生變化，如下載頻次、被引頻次，時間越長，下載、被引的機會越大，下載、被引頻次就會增加，因此，考慮到可比性，本文設定所有數(shù)據(jù)檢索的截止時間為2014年12月31日。

為保證檢索文獻與主題的相關(guān)性，在對所檢索文獻進行人工復核后，最終篩選出論文1 145篇。

1.5統(tǒng)計方法

使用文獻計量學的方法，采用的統(tǒng)計指標主要是百分比、頻次等。

2　文獻研究內(nèi)容、研究類型與研究視角統(tǒng)計

2.1文獻研究內(nèi)容統(tǒng)計

根據(jù)檢索結(jié)果，3D打印文獻的研究內(nèi)容可以分為：3D打印軟件與掃描技術(shù)、3D打印控制系統(tǒng)、3D打印技術(shù)與原理、3D打印機、3D打印工藝、3D打印耗材、3D打印應用(牙科、醫(yī)學、醫(yī)療、模具設計、工業(yè)設計、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品制造、復制、文物修復、藝術(shù)創(chuàng)作、包裝設計、軍事、刑事技術(shù)、航空航天、珠寶設計、鞋類、建筑、工程和施工、3D打印經(jīng)濟(市場、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟影響、3D打印社會影響、3D打印培訓與教育、3D打印法律(知識產(chǎn)權(quán))。

2.2文獻研究類型統(tǒng)計

按照研究目的、研究深度分類，可以將文獻劃分為探索性研究、描述性研究、解釋性研究、預測性研究、綜合性研究五類；按照研究功能分類，可以劃分為基礎研究、應用研究、綜合研究三類。

2.2.1按照研究目的、研究深度分類

1 145篇論文中，探索性研究論文最多，為679篇，占比為59.3%；描述性研究次之，346篇，占比30.2%；綜合性研究103篇，占比9.0%；解釋性研究15篇，占比1.3%；預測性研究2篇，占比0.2%(見表1)。

表1　按研究目的、研究深度分類

資料來源：作者整理。

2.2.2按照研究功能分類

1 145篇論文中，應用研究論文最多，為678篇，占比為59.2%；基礎研究次之，275篇，占比24.0%；綜合研究最少，192篇，占比16.8%(見表2)。

表2　按研究功能分類

資料來源：作者整理。

3　文獻年度分布與來源統(tǒng)計

3.1文獻年度分布統(tǒng)計

1991年，國內(nèi)刊物上首次公開發(fā)表關(guān)于3D打印的文獻《選擇性激光燒結(jié)工藝》，但該文是翻譯文章，由宋進桂節(jié)譯自學術(shù)期刊“Automotive Engineering”1990年第9期的同名文章。因此，根據(jù)檢索標準，該文沒有入選。華中科技大學(當時名為華中理工大學)尹希猛、王運贛、黃樹槐1993年合作發(fā)表的《快速成型技術(shù)——90年代新的造型工具》一文是國內(nèi)較早的研究文獻。

根據(jù)文獻年度分布統(tǒng)計，國內(nèi)關(guān)于3D打印的研究分為3個階段：(1)零散研究階段。從1993-1998年，年文獻數(shù)少于20。其中，1993年僅有2篇，1994年3篇。1995-1998年，年文獻數(shù)逐年遞增。(2)穩(wěn)定研究階段。從1999-2012年，文獻數(shù)在34～70篇之間波動。1999年起，文獻數(shù)均在30篇以上，并相對穩(wěn)定；2004年，年文獻數(shù)增加到55篇，2006年達到階段性高點——70篇。直到2012，文獻數(shù)都在39～70間波動。(3)熱門研究階段。2013-2014年，由于3D打印成為年度熱門詞匯，多學科背景的學者開始對3D打印進行研究，文獻數(shù)劇增，分別達到176篇、267篇(見表3)。

表3　文獻年度分布

資料來源：作者整理。

3.2文獻來源統(tǒng)計

關(guān)于3D打印研究的文獻來源廣泛：排名前三的分別是《航空制造技術(shù)》(21篇)、《中國機械工程》(20篇)、《機械設計與制造》(18篇)、《鑄造》、《機械工程師》、《熱加工工藝》、《新技術(shù)新工藝》、《現(xiàn)代制造工程》(16篇)、《中國經(jīng)濟和信息化》、《機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新》、《電加工與模具》(13篇)、《新材料產(chǎn)業(yè)》、《杭州科技》、《CAD/CAM與制造業(yè)信息化》(12篇)、《高科技與產(chǎn)業(yè)化》、《工業(yè)設計》、《工程塑料應用》、《機械科學與技術(shù)》(11篇)、《中國組織工程研究》、《鑄造技術(shù)》、《制造技術(shù)與機床》(10篇)。

4　文獻基金資助、撰文方式與研究力量分布統(tǒng)計

4.1文獻基金資助統(tǒng)計

本次檢索的1 145篇論文中，受各類基金資助的259篇，占總量的22.6%。

受國家級基金資助的項目共115篇，其中國家自然科學基金資助80篇，國家社科基金資助1篇，國家863計劃項目資助25篇；

受省(部)級項目資助93篇，市(廳)級項目資助24篇；校(院所)級項目資助22篇；軍隊系統(tǒng)項目資助6篇；臺灣地區(qū)項目資助1篇。

其中，同時受兩項基金資助的論文有62篇，受三項基金資助的13篇，受四項基金資助的4篇。

最早資助3D打印研究是國家自然科學基金，從1994年開始，該基金就開始資助清華大學顏永年團隊從事3D打印掃描軟件研究。

由基金支持的力度、范圍和形式可以看出，3D打印的研究受到相關(guān)部門和機構(gòu)的充分重視。

4.2文獻撰文方式統(tǒng)計

文獻撰文方式分為獨撰、合著，獨撰文獻232篇，占總篇數(shù)的20.2%；合著文獻913篇，占79.8%：2人合著文獻占總文獻數(shù)28.1%，3人合著占21.3%，4人合著占17.1%，5人及以上合著占13.3%。顯然，合作研究已經(jīng)成為3D打印研究的主要方式，尤其以2～4人合作研究方式最普遍。

4.3研究力量分布統(tǒng)計

4.3.1研究機構(gòu)類型

以文獻第一作者所在研究機構(gòu)為標準，對研究機構(gòu)分布進行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)顯示，高校、研究所是3D打印研究的主力，分別發(fā)表科研論文528篇、215篇，占總文獻數(shù)的比例分別為46.1%、18.8%。

研究機構(gòu)間的合作研究也是一股不可忽視的力量，文獻數(shù)236篇，占總文獻數(shù)的比例為20.6%。合作研究中，高校間合作發(fā)表的文獻最多，為51篇，其中中外高校合作發(fā)表文獻2篇；高校、研究所間合作發(fā)表48篇；高校、企業(yè)間合作發(fā)表33篇；研究所、醫(yī)院間合作發(fā)表26篇；研究所間合作發(fā)表22篇。

高校參與的合作研究文獻共179篇，占總文獻數(shù)的15.6%；研究所參與的合作研究文獻共108篇，占總文獻數(shù)的9.4%。說明高校仍是產(chǎn)學研科技成果轉(zhuǎn)化中科技溢出的重要來源。

第一作者所在研究機構(gòu)為企業(yè)的文獻61篇，占總文獻數(shù)的5.3%；研究機構(gòu)為醫(yī)院的文獻38篇，占3.3%；研究機構(gòu)為政府的文獻12篇，占1.0%；軍隊、協(xié)會、博物館等研究機構(gòu)的作者也發(fā)表了論文。

4.3.2研究機構(gòu)所在地分布

研究機構(gòu)所在地 排名居前的分別為北京市(130篇，占11.4%)、湖北省(123篇，占10.7%)、江蘇省(117篇，占10.2%)；陜西省(112篇，占9.8%)；上海市(78篇，占6.8%)；廣東省(69篇，占6.0%)。

其余省(市、區(qū))發(fā)表的文獻數(shù)占總文獻數(shù)的比例均在5%以下，吉林、甘肅、海南、寧夏、貴州發(fā)表文獻數(shù)均在10篇以下，未見來自青海、西藏的文獻?？梢?，研究機構(gòu)所在地區(qū)分布極不均勻。

5　文獻學術(shù)層次統(tǒng)計

為了更為科學地表明文獻學術(shù)水平，本文設計了“被引-下載比”這一相對指標：

被引-下載比=被引頻次/下載頻次

被引-下載比的取值范圍為0～1。

5.1文獻下載頻次統(tǒng)計

文獻下載頻次最高的為王雪瑩2012年發(fā)表于《中國高新技術(shù)企業(yè)》的《3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析》一文，該文被下載8 116次；排名第二的是王忠宏、李揚帆、張曼茵2013年發(fā)表于《經(jīng)濟縱橫》的《中國3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路》一文，該文下載頻次為5 237。下載頻次排名前二的文獻的研究視角都是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學，說明經(jīng)濟學領域?qū)?D打印的興趣非常強，反映了讀者對于3D打印產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的期待。

下載頻次居前的還有王燦才2012年在《絲網(wǎng)印刷》發(fā)表的《3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀分析》一文，下載頻次為3 769，該文是對3D打印的綜合研究；賀超良、湯朝暉、田華雨、陳學思2013年發(fā)表于《高分子學報》的《3D打印技術(shù)制備生物醫(yī)用高分子材料的研究進展》一文的下載頻次為2 913，該文是對3D打印的研究述評。

下載頻次在500以上的共有79篇文獻，如《3D打印技術(shù)對航空制造業(yè)發(fā)展的影響》(楊恩泉，載《航空科學技術(shù)》，2013)等文獻。

5.2文獻被引頻次統(tǒng)計

文獻被引頻次排名前二的均為華中科技大學黃樹槐團隊的研究論文：被引頻次最高的是黃樹槐、張祥林、馬黎、黃乃瑜1997年發(fā)表于《中國機械工程》的《快速原型制造技術(shù)的進展》一文，被引用292次；排名第二的是尹希猛、王運贛、黃樹槐1993年發(fā)表于《中國機械工程》的《快速成型技術(shù)——90年代新的造型工具》一文，被引用95次；被引頻次排名第三的是潘琰峰、沈以赴、顧冬冬、胥橙庭2004年發(fā)表于《工具技術(shù)》的《選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀》一文，被引用88次。

被引頻次介于20～80之間的共有29篇文獻，如《選擇性激光燒結(jié)新型掃描方式的研究及實現(xiàn)》(史玉升、鐘慶、陳學彬、黃樹槐、周祖德，載《機械工程學報》，2002年)、《快速成型技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》(楊家林、王洋、陳楊，載《新技術(shù)新工藝》，2003年)等。

5.3文獻被引-下載比統(tǒng)計

文獻被引-下載比排名前二的是華中科技大學黃樹槐團隊的科研論文。排名第一的是上述該團隊的《快速成型技術(shù)——90年代新的造型工具》一文，該文下載頻次為169，被引頻次達到95，被引-下載比高達0.56；該團隊的《快速原型制造技術(shù)的進展》一文的下載頻次為447，被引頻次234，被引-下載比為0.52。

文獻被引-下載比高于0.2的共有26篇文獻，其中有6篇文獻出自華中科技大學，表明該校在3D打印研究的學術(shù)水平方面具有一定優(yōu)勢。

6　結(jié)　論

(1)現(xiàn)有文獻中，關(guān)于3D打印工藝SLS、FDM、3D打印醫(yī)學應用、產(chǎn)品開發(fā)、設計與制造方面的研究最多。對于3D打印的探索性研究、應用研究仍是主流，解釋性研究、基礎研究偏少。

(2)各類基金資助有效地推進了3D打印研究，其中國家自然科學基金的支持時間最早、力度最大。

(3)下載頻次排名前二的文獻的研究視角都是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學，說明了讀者對于3D打印產(chǎn)業(yè)化發(fā)展期望很高。被引頻次、文獻被引-下載比排名前二的均為華中科技大學的研究成果。

參考文獻

[1]Garfield,E.Journal impact factor:a brief review[J].Canadian Medical Association Journal,1999,161(8):979-980.

[2]Leydesdorff L.Top-down decomposition of the journal citation report of the social science citation index:graph-and factor-analytical approaches[J].Scientometrics.2004,60(2):159-180.

[3]Berman,Barry.3-D printing:The new industrial revolution[J].Business Horizons，2012,55(2):155-162.

[4]David Bak.Rapid prototyping or rapid production?3D printing processes move industry towards the latter[J].Assembly Automation，2003,23(4):340-345.

[5]Dolphin,Jack.3D printing-piracy or opportunity?[J].Keeping Good Companies，2012,64(5):300-303.

[6]Terry Wohlers.Can 3D Printers Reshape the World?[EB/OL].www.npr.org，2012-06-22.

[7]丁學森.文獻計量學基礎[M].北京：北京大學出版社,1992.

[8]邱均平.文獻計量學內(nèi)容分析法[M].北京：國家圖書館出版社,2008.

[9]陳燕和.3D打印產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學分析[J].湖北師范學院學報：哲學社會科學版：,2013,(5)：53-57，118.

[10]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2012,(26)：3-5.

[11]王忠宏,李揚帆.我國3D打印產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展建議[N].中國經(jīng)濟時報,2012-10-19，(5).

[12]殷媛媛.全球3D打印技術(shù)發(fā)展的新趨勢[N].科技日報,2013-06-02，(2).

(本文責任編輯：郭沫含)

Analysis on the Studies of Chinese 3D Printing(1993-2014)——Based on the Bibliometric

Chen Yanhe1，2

(1．Hubei Normal University Research Center of Resources-exhausted Cities’ Transformation and Development，Huangshi 435002，China；2．Huazhong University of Science and Technology Postdoctoral Research Station，Wuhan 430074，China)

〔Abstract〕Analyzing chinese Three Dimensional Printing(3DP),the paper summarized the characteristics and laws;then found the direction from the following studies.Based on the bibliometric,1145 papers were statistically analyzed,and the statistical indicators are percentage,frequency etc..From the existing literatures,most of them are concentrate on 3DP techniques,such as SLS,FDM,Medical Use,and Product Development Application.It focus mainly on exploratory research and application research.National Natural Science Foundation is numbered among chinese 3DP pioneers,universities and research insititues are main forces,enterprises performing poorly in this area.Industrial Economics becomes the most frequency downloaded and used in the literatures research.The top cited frequecy and cited-download rate of research findings belong to Huazhong University of Science and Technology.

〔Key words〕three dimensional printing;bibliometric;cited-download rate

〔中圖分類號〕G250.252；G252.8 [13]魏瑞斌,田大芳,武夷山.基于的圖書情報學期刊發(fā)文現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代情報,2014,(3)：93-103.

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1008-0821(2015)06-0086-04

DOI：10．3969/j．issn．1008-0821．2015．06．016

作者簡介：陳燕和(1971-)，男，副教授，博士，碩士生導師，研究方向：高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、技術(shù)經(jīng)濟與管理，發(fā)表論文4篇，全文轉(zhuǎn)載2篇，出版專著4部。

基金項目：本文為湖北省教育廳人文社會科學研究項目“湖北省3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究”(項目編號：14G311)、教育部人文社會科學研究一般項目“技術(shù)進步的就業(yè)效應之量化研究”(項目編號：09YJC790076)階段性研究成果。

收稿日期：2014-12-31

·信息計量學研究與應用·