基于專利數(shù)據(jù)的鈦合金激光增材制造技術(shù)態(tài)勢(shì)分析

鮑芳芳 宗 驍 馮 新 丁賢飛 南 海 張愛斌

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

0 引言

鈦合金作為具備優(yōu)異性能的結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、武器裝備等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)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(yōu)點(diǎn)。圍繞鈦合金激光增材制造的學(xué)術(shù)研究不斷涌現(xiàn)，主要集中于研究狀況、宇航應(yīng)用、性能研究等方面。該研究選擇從專利文獻(xiàn)角度出發(fā)，對(duì)全球鈦合金激光增材制造技術(shù)予以整體性揭示，以期為我國(guó)鈦合金激光增材制造技術(shù)的專利申請(qǐng)與布局等提供參考。

首先，對(duì)鈦合金激光增材制造技術(shù)進(jìn)行分解，按照檢索策略制定檢索式，在Incopat專利數(shù)據(jù)庫中展開檢索，檢索時(shí)間2021年5月20日。結(jié)果顯示：截至2021年5月20日，經(jīng)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(shù)專利383件，包括發(fā)明專利351件、實(shí)用新型專利15件和發(fā)明授權(quán)專利17件。研究基于383件專利進(jìn)行分析。然后，通過專利時(shí)間、地域、機(jī)構(gòu)等揭示全球鈦合金激光增材制造技術(shù)信息概況，通過重點(diǎn)專利、高被引專利、同族專利等呈現(xiàn)全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利主要情況。

1 專利概況

1.1 申請(qǐng)時(shí)間與地理分布

就申請(qǐng)時(shí)間來說，全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利集中于2013—2020年，8年專利共計(jì)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(jù)近10年全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利申請(qǐng)時(shí)間與數(shù)量變動(dòng)情況繪制的全球鈦合金激光增材制造專利申請(qǐng)圖，如圖1所示。

圖1 鈦合金激光增材制造專利申請(qǐng)趨勢(shì)

就地理分布來說，全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利主要集中于中國(guó)，中國(guó)擁有該領(lǐng)域?qū)＠?08件，占比80.4%。此外，還有德國(guó)的22件專利、日本的14件專利、韓國(guó)的8件專利、俄羅斯的7件專利、英國(guó)的6件專利、美國(guó)的4件專利、加拿大的2件專利、法國(guó)的2件專利、印度的2件專利和波蘭的2件專利等。

中國(guó)鈦合金激光增材制造技術(shù)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(jì)257件，占全國(guó)專利總數(shù)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(qǐng)機(jī)構(gòu)與技術(shù)構(gòu)成

就申請(qǐng)機(jī)構(gòu)類別來說，全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)主要集中于高校和企業(yè)，如圖2所示。其中，高校專利157件，占比41%；企業(yè)專利104件，占比27%；科研單位專利48件，占比12.5%；個(gè)人專利18件，占比4.7%。

圖2 鈦合金激光增材制造專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)類型

就申請(qǐng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成來說，全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)主要有西安交通大學(xué)，專利11件；山東建筑大學(xué)，專利11件；中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，專利10件；華中科技大學(xué)，專利9件；淮陰工學(xué)院，專利7件；西北工業(yè)大學(xué)，專利7件；北京航空航天大學(xué)，專利6件；哈爾濱工業(yè)大學(xué)，專利5件；中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，專利5件。

就技術(shù)構(gòu)成來說，全球鈦合金激光增材制造專利技術(shù)構(gòu)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(shù)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(shè)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(jié)，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(hào)會(huì)有多個(gè)，因此，圖3中按照IPC分類號(hào)統(tǒng)計(jì)出的鈦合金激光增材制造專利總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過檢索到的專利總數(shù)。

圖3 鈦合金激光增材制造專利技術(shù)構(gòu)成

就申請(qǐng)機(jī)構(gòu)技術(shù)構(gòu)成來說，根據(jù)全球鈦合金激光增材制造專利的技術(shù)主題制圖，如圖4所示。圖中，以熱處理方法為主要研究的機(jī)構(gòu)有西安交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，以激光選區(qū)為主要研究的機(jī)構(gòu)有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，以打印技術(shù)為主要研究的機(jī)構(gòu)有北京航空航天大學(xué)、長(zhǎng)沙理工大學(xué)，以人體植入物為主要研究的機(jī)構(gòu)有北京航空航天大學(xué)。

圖4 鈦合金激光增材制造專利技術(shù)主題

3 專利分析

3.1 重點(diǎn)專利

通過數(shù)據(jù)庫中的被引證次數(shù)、同族數(shù)量、專利價(jià)值等信息對(duì)全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利篩選，得出表1中的鈦合金激光增材制造技術(shù)重點(diǎn)專利。從同族數(shù)量來看，申請(qǐng)時(shí)間為2015年7月9日、公開號(hào)為CN104928513A、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)為哈爾濱工業(yè)大學(xué)、名稱為“一種鈦合金激光3D打印改進(jìn)方法”，申請(qǐng)時(shí)間為2015年8月31日、公開號(hào)為CN105108339A、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)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(qǐng)時(shí)間為2012年3月12日、公開號(hào)為CN103302292A、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)為中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)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(shù)量均為2件。從被引證次數(shù)來看，申請(qǐng)時(shí)間為2015年8月18日、公開號(hào)為CN105014073A、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)為上海航天精密機(jī)械研究所、名稱為“一種TC4鈦合金激光選區(qū)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(diǎn)專利

3.2 高被引專利

從全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利的被引用次數(shù)來看，被引用次數(shù)的多少意味著專利技術(shù)影響力的大小，該領(lǐng)域高被引專利詳見表2。以申請(qǐng)時(shí)間為2015年8月18日、公開號(hào)為CN105014073A、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)為上海航天精密機(jī)械研究所、名稱為“一種TC4鈦合金激光選區(qū)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(hào)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(shù)同族專利來看，該領(lǐng)域同族專利排序詳見表3。以申請(qǐng)時(shí)間為2014年10月7日、公開號(hào)為US20160096234A1、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)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(shù)量為5件。該專利基于同一優(yōu)先權(quán)文件，在中國(guó)（公開號(hào)CN106794551A）、歐洲（公開號(hào)EP3204184A4和EP3204184A1）、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織（公開號(hào)WO2016057150A1）和美國(guó)（公開號(hào)US20160096234A1）曾組織申請(qǐng)、公布或批準(zhǔn)。

表3 鈦合金激光增材制造同族專利排序

3.4 權(quán)利要求數(shù)

從全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利權(quán)利要求數(shù)來看，權(quán)利要求數(shù)的多少越多意味著專利價(jià)值的高低，該領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)利要求數(shù)排序詳見表4。以申請(qǐng)時(shí)間為2011年1月12日、公開號(hào)為EP2359964A1、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)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(quán)利要求數(shù)有25項(xiàng)，意味著該專利在該領(lǐng)域被侵權(quán)的概率相對(duì)高。

表4 鈦合金激光增材制造專利權(quán)利要求數(shù)排序

4 結(jié)論

綜上分析，可以總結(jié)出以下關(guān)于全球鈦合金激光增材制造技術(shù)專利的結(jié)論：1）我國(guó)在鈦合金激光增材制造技術(shù)專利領(lǐng)域發(fā)展速度快，近些年的專利申請(qǐng)數(shù)量多且質(zhì)量高。2）鈦合金激光增材制造技術(shù)專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)集中于高校和企業(yè)。3）鈦合金激光增材制造專利技術(shù)熱點(diǎn)集中在熱處理方法、激光選區(qū)等主題。

相關(guān)建議：1）在鈦合金激光增材技術(shù)專利數(shù)量和質(zhì)量提升的同時(shí)，關(guān)注鈦合金激光增材制造技術(shù)的專利轉(zhuǎn)化。2）增強(qiáng)鈦合金激光增材制造領(lǐng)域高校和企業(yè)間合作，以充分發(fā)揮高校和企業(yè)的各自優(yōu)勢(shì)。3）隨著鈦合金激光增材制造技術(shù)研究的日趨深入，積極應(yīng)對(duì)新興空白主題的專利布局。