基于citespace的金属3D打印技术景观分析

汤月+王坤+王京安

摘要：伴随塑料材料3D打印技术完善，金属3D技术凸显出巨大的发展潜力，识别金属3D打印的技术及其热点分析对于提高我国制造业核心竞争力具有举足轻重的意义。本文以德温特专利数据库（DII）收录的金属3D打印技术相关专利为数据源，采用技术景观分析方法同时借助信息可视化软件CiteSpace对所采集的数据分别进行宏观和微观分析。本文首次基于citespace研究金属3D打印的技术热点及其前沿识别，开拓了研究视野，也为企业战略决策和行业发展提供重要参考。

关键词：金属3D打印；技术景观；可视化；专利分析；研究热点

0 引言

本文旨在利用CiteSpace以德温特专利数据库（DⅡ）中收录的金属3D打印技术相关专利数据为分析样本，确定对金属3D打印领域的技术热点、前沿及发展趋势。

1 文献回顾

之前的研究主要从技术性能和识别预测两个视角对3D打印技术的研究热点、发展趋势、进行了广泛的研究，与国外金属3D打印技术相比，虽然国内发展较快但整体上差距较大，把握当前国际研究热点和潜在的技术前沿分析，对于我国发挥后发优势实现制造业转型升级具有重要意义。

2数据来源与研究方法

2.1分析方法

本文结合技术景观这一概念，搭建金属3D打印技术分析框架，运用分析软件citespace对专利数据库进行宏观和微观分析。通过绘制科学图谱来展示金属3D打印技术领域的技术热点与前沿趋势。研究采用信息可视化专家美国Drexel信息科学与技术学院的陈超美博士基于JAVA语言开发的Citespace软件[14]作为知识图谱可视化工具。如张昭利用CiteSpace，以WoS （Web of Science）数据库中商务智能的相关文献为分析样本，确定了商务智能的热点研究领域和前沿发展趋势；吴学雁等利用CietSpace，以SCIE数据库中LED领域的三种代表期刊收录的文献为分析样本，对LED研究热点与前沿进行了可视化识别。

2.2数据来源

本文研究数据来源于德溫特专利数据库（DII）。Derwent Innovations Index（简称DII）是由Thomson Derwent与Thomson ISI公司共同推出的基于Web的专利信息数据库，这一数据库将DerwentWorld Patents Index（德温特世界专利索引，简称WPI）与Patents Citation Index（专利引文索引）加以整合，以每周更新的速度，提供全球专利信息。

3 金属3D打印技术景观分析

3.1金属3D打印技术宏观分析

金属3D打印技术宏观分析包括了技术的时间和空间分布，主要是从整体上把握技术的发展全貌。

3.1.1时间分布

CiteSpace可以协助统计数据的时间分布，以2007-2016年为例，可以发现以“金属3D打印”为主题的科技论文和专利文献发展较快，尤其是近两年的发文量均超过150篇。随着时间的变化，专利数量逐步增多，基本上是呈现递增的趋势，偶尔也出现下跌的现象，总之，关于金属3D的专利总体处于上升趋势，相信在未来的几年内，相关专利也会不断增多。

3.1.2地域及专利权人分布

全球金属3D打印技术专利数量排名前十的专利权人，共拥有专利238项，占全部金属3D打印技术专利的9.52%。排名前十的专利权人有4家公司在中国，3家在韩国，3家在美国。可以看出，这三个国家在金属3D打印技术领域的研发力量占有绝对优势。

3.2 金属3D打印技术微观分析

技术的微观分析主要是对技术的热点、前沿识别以及趋势分析，接下来分析的是金属3D打印技术主要从技术的专利数量，主题词突现，以及技术在时间上归类展开分析，同时借助于可视化的分析软件citespace中的时区图和网络图将其更加直观的反映出来。

3.2.1技术热点领域识别

技术热点分析就是结合当前研究的热点问题和展现出来的数据进行讨的科学问题或专题。以下主要通过对国际专利分类号（IPC）和专利文献中突现的关键词对金属3D打印的技术热点内涵进行探讨，而这些排名靠前的技术分类和突现的关键词就是目前金属3D打印的技术的研究热点。

3.2.2技术前沿领域识别

利用CiteSpace提供的词频探测技术，通过软件中时区图考察词频的时间分布，将其中频次变化率高的词（burst term）从大量的主体词中探测出来，依靠词频的变动趋势，而不仅仅是频次的高低，来确定前沿领域和发展趋势。#0.circuit board主要截取了第一阶段也是最为重要的阶段，节点的中心度是指网络中所有最短路径通过该点的比例，中心度高的节点在网络中起到了桥梁作用。

3.3趋势分析

从上述的热点技术与前沿技术的分析，本文认为既是热点又是前沿的技术领域应该重点关注，即对于出现频次和burst值都较高的技术应该是未来金属3D打印发展的技术，我们对这些技术领域进行了提取。通过相关专业的整合可以分为两个层次研究技术分析，这些技术可以做如下分类：

首先就是占据在频次最高的金属铸造与粉末冶炼技术，通过相关关键词共现词谱分析和详细检索可以具体划分为以下几个方面：

（1）主要采用铸造工艺，在高温条件下对镍和钛合金等金属材料进行表面处理和成型加工；因为在频次最高的金属铸造与粉末冶炼技术；

（2）主要用选择性激光熔化技术，以数据为支撑，将以铜为核心的金属材料混合、加热、快速冷却到基底上；

其次是Burst值最高的半导体材料与工艺技术，关于半导体材料应用十分广泛也是未来金属3D打印的研究一个热点材料趋势。半导体材料可以具体到以下两个方面。

（1）主要用选择性烧结技术和激光处理技术，将磁石、铬、锰为原材料的金属合金进行热处理和快速淬火等工艺技术，从而改变材料的微观结构；

（2）将以铝和铜为核心的金属材料熔化处理并快速固化成型。

4总结

本研究基于CiteSpace信息可视化软件，利用专利数据库中的数据分别对金属3D打印技术进行景观分析，主要是从宏观和微观两个方面展开的，对DII数据库中公布的金属3D打印相关专利（2000-2016年）进行统计和可视化分析后，得到如下结论：

第一，金属3D打印相关技术主要集中在美国、中国、韩国的一些制造业企业手中。

第二，通过关键词共现图谱分析，识别了金属3D打印领域的一些热点技术及前沿技术，包括、选择性激光熔化技术、选择性烧结技术和激光处理技术、铸造工艺、快速固化成型、自动控电技术等。

第三，分别对热点和前沿的技术进行了汇总分类，对企业布局何种技术研发进行了侧重点的分析。

本文研究数据来源为德温特数据库，没有与其他数据库的数据进行整合、比较，研究结果有待完善。鉴于CiteSpace软件自身的局限性，无法绘制研究热点随着时间变化的路径，只能静态的阐述战略性新兴产业的研究热点，阀值的选择具有主观性，导致绘制的知识图谱有一定局限性，尤其是对“关键词共现知识图谱的边缘散点”影响较大，使本文关于“研究前沿”的论述有一定局限。

为了更好地识别金属3D打印技术领域的技术热点与前沿，未来还可以基于CNKI和Web of Science中的文献数据进行分析。同时拿来与现有结果对照，可能会对企业布局研发更有指导性。endprint