基于citespace的金屬3D打印技術景觀分析

湯月+王坤+王京安

摘要：伴隨塑料材料3D打印技術完善，金屬3D技術凸顯出巨大的發(fā)展?jié)摿?，識別金屬3D打印的技術及其熱點分析對于提高我國制造業(yè)核心競爭力具有舉足輕重的意義。本文以德溫特專利數(shù)據(jù)庫（DII）收錄的金屬3D打印技術相關專利為數(shù)據(jù)源，采用技術景觀分析方法同時借助信息可視化軟件CiteSpace對所采集的數(shù)據(jù)分別進行宏觀和微觀分析。本文首次基于citespace研究金屬3D打印的技術熱點及其前沿識別，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。

關鍵詞：金屬3D打??；技術景觀；可視化；專利分析；研究熱點

0 引言

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

1 文獻回顧

之前的研究主要從技術性能和識別預測兩個視角對3D打印技術的研究熱點、發(fā)展趨勢、進行了廣泛的研究，與國外金屬3D打印技術相比，雖然國內(nèi)發(fā)展較快但整體上差距較大，把握當前國際研究熱點和潛在的技術前沿分析，對于我國發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢實現(xiàn)制造業(yè)轉型升級具有重要意義。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1分析方法

本文結合技術景觀這一概念，搭建金屬3D打印技術分析框架，運用分析軟件citespace對專利數(shù)據(jù)庫進行宏觀和微觀分析。通過繪制科學圖譜來展示金屬3D打印技術領域的技術熱點與前沿趨勢。研究采用信息可視化專家美國Drexel信息科學與技術學院的陳超美博士基于JAVA語言開發(fā)的Citespace軟件[14]作為知識圖譜可視化工具。如張昭利用CiteSpace，以WoS （Web of Science）數(shù)據(jù)庫中商務智能的相關文獻為分析樣本，確定了商務智能的熱點研究領域和前沿發(fā)展趨勢；吳學雁等利用CietSpace，以SCIE數(shù)據(jù)庫中LED領域的三種代表期刊收錄的文獻為分析樣本，對LED研究熱點與前沿進行了可視化識別。

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（DII）。Derwent Innovations Index（簡稱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，這一數(shù)據(jù)庫將DerwentWorld Patents Index（德溫特世界專利索引，簡稱WPI）與Patents Citation Index（專利引文索引）加以整合，以每周更新的速度，提供全球專利信息。

3 金屬3D打印技術景觀分析

3.1金屬3D打印技術宏觀分析

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

3.1.1時間分布

CiteSpace可以協(xié)助統(tǒng)計數(shù)據(jù)的時間分布，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發(fā)展較快，尤其是近兩年的發(fā)文量均超過150篇。隨著時間的變化，專利數(shù)量逐步增多，基本上是呈現(xiàn)遞增的趨勢，偶爾也出現(xiàn)下跌的現(xiàn)象，總之，關于金屬3D的專利總體處于上升趨勢，相信在未來的幾年內(nèi)，相關專利也會不斷增多。

3.1.2地域及專利權人分布

全球金屬3D打印技術專利數(shù)量排名前十的專利權人，共擁有專利238項，占全部金屬3D打印技術專利的9.52%。排名前十的專利權人有4家公司在中國，3家在韓國，3家在美國?？梢钥闯?，這三個國家在金屬3D打印技術領域的研發(fā)力量占有絕對優(yōu)勢。

3.2 金屬3D打印技術微觀分析

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

3.2.1技術熱點領域識別

技術熱點分析就是結合當前研究的熱點問題和展現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)進行討的科學問題或專題。以下主要通過對國際專利分類號（IPC）和專利文獻中突現(xiàn)的關鍵詞對金屬3D打印的技術熱點內(nèi)涵進行探討，而這些排名靠前的技術分類和突現(xiàn)的關鍵詞就是目前金屬3D打印的技術的研究熱點。

3.2.2技術前沿領域識別

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

3.3趨勢分析

從上述的熱點技術與前沿技術的分析，本文認為既是熱點又是前沿的技術領域應該重點關注，即對于出現(xiàn)頻次和burst值都較高的技術應該是未來金屬3D打印發(fā)展的技術，我們對這些技術領域進行了提取。通過相關專業(yè)的整合可以分為兩個層次研究技術分析，這些技術可以做如下分類：

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

（1）主要采用鑄造工藝，在高溫條件下對鎳和鈦合金等金屬材料進行表面處理和成型加工；因為在頻次最高的金屬鑄造與粉末冶煉技術；

（2）主要用選擇性激光熔化技術，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值最高的半導體材料與工藝技術，關于半導體材料應用十分廣泛也是未來金屬3D打印的研究一個熱點材料趨勢。半導體材料可以具體到以下兩個方面。

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

（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

本研究基于CiteSpace信息可視化軟件，利用專利數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分別對金屬3D打印技術進行景觀分析，主要是從宏觀和微觀兩個方面展開的，對DII數(shù)據(jù)庫中公布的金屬3D打印相關專利（2000-2016年）進行統(tǒng)計和可視化分析后，得到如下結論：

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

第二，通過關鍵詞共現(xiàn)圖譜分析，識別了金屬3D打印領域的一些熱點技術及前沿技術，包括、選擇性激光熔化技術、選擇性燒結技術和激光處理技術、鑄造工藝、快速固化成型、自動控電技術等。

第三，分別對熱點和前沿的技術進行了匯總分類，對企業(yè)布局何種技術研發(fā)進行了側重點的分析。

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

為了更好地識別金屬3D打印技術領域的技術熱點與前沿，未來還可以基于CNKI和Web of Science中的文獻數(shù)據(jù)進行分析。同時拿來與現(xiàn)有結果對照，可能會對企業(yè)布局研發(fā)更有指導性。endprint