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中美增材制造领域发展对比研究及启示

2017/12/21    来源:互联网    作者:高芳  赵志耘      
关键字:增材制造  SCI  文献计量  专利分析  
通过对中国和美国增材制造领域的期刊论文和专利数据进行对比分析,揭示两国增材制造领域发展的异同。选用SCI期刊收录的论文,对比两国论文发表数量、年代分布、合作国家、机构以及高被引论文等指标,选用DII专利数据库,对比两国专利申请数量、年代分布、全球技术布局、技术类别、专利权人等指标。研究认为中国在金属构件增材制造、高分子材料等细分领域已具备一定的优势,然而尚未建立广泛的国际合作关系,缺乏具有全球视野和国际竞争力的企业。下一步需要全面落实国家宏观指导,在生物医用增材制造等新兴领域构建先发优势,通过产学研紧密合作、加强军民融合等促进中国增材制造领域的发展。

    增材制造(Additive Manufacturing,AM)是一种依据计算机i维设计模型,将材料进行逐层叠加成型制造出实体产品的过程。这种制造方式使得个性化定制需求更易被满足,产品供应周期被大幅缩短,材料成本也进一步降低。国际上经过30年左右的发展,增材制造技术在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到迅速应用。

    美国最早提出增材制造技术的多项工艺,并拥有世界上首家生产商用快速成型机的3D System公司,美国材料与试验协会ASTM (AmericanS0cietv for Testing and Materials)于2009年专门成立F42增材制造技术委员会,从专用术语、工艺、材料以及测试方法等方面进行增材制造技术标准的制定等。

    中国自20世纪90年代开始增材制造领域的研究,目前在部分细分领域已形成一定的优势。本文基于Web Of Science(WOS)科技文献检索系统收录的学术论文、Derwent Innovations Index(DII)专利数据库收录的专利,分别从基础研究和应用研究的角度对比分析中美两国在增材制造领域研发的异同,为我国增材制造领域的下一步发展提供参考借鉴。

1 数据与方法

    除了“AdditiveManufacturing”、“Rapid Manufacturing”这样的主题词之外,依据ASTM F42以及中国《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》对增材制造工艺技术的分类,将光固化快速成型技术(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、选择性激光烧结技术(Selected Laser Sintering,SLS)、选择性激光熔化技术(Selected Laser Melting,SLM)、熔融沉积成型技术(Fused Deposition Modeling,FDM)、3D打印技术(3D Printing)、激光近净成型技术(Laser Engineering Net Shape)等六类工艺技术的主题词进行扩展,得到共计38个主题词。

    以美国ISI出版的SCI为统计源,检索年限为1960年一2015年,检索日期为2015年12月20日,将文献类型限定为Article类型,基于上述38个主题词进行检索,以获得的全部论文作为分析对象,对期刊收录论文量及其年代分布、国别和机构、作者合作、高被引论文等指标进行统计分析。在Derwent Innovations Index专利数据库中,检索年限为1967年一2015年,检索日期为2015年9月14日,基于上述38个主题词进行检索,以获得的全部专利作为分析对象,对专利申请量及其年代分布、申请国/公开国、技术类别、专利权人等角度进行统计分析。

2 基于期刊论文的对比分析

2.1 年代分布

    SCI收录的全球增材制造学术论文总量为10 715篇。如图1所示,最早从20世纪6O年代末期开始出现该领域论文,直到1988年每年发表的相关论文数量均未超过10篇;1989-2000年,论文数量出现了缓慢增长趋势;2001年之后则处于快速增长状态,2014年全球发表的相关论文数量已达1252篇(2015年不完全统计数据为1333篇)。

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    图1 SCI收录增材制造论文年代分布

    美国在增材制造领域论文发表数量的变化趋势与全球趋势一致,特别是在初期和中期这种一致性表现的更为突出。美国在1973年出现首篇增材制造领域的论文,在1997年及以前年发表数量不超过70篇,1998-2006年处于乎稳发展的时期,年平均增长率达到13.49%,2007年之后进入快速增长期,2007-2015年的年平均增长率为17.04%。2014年共发表386篇,占到当年全球增材制造领域论文发表总量的30.83%。中国于1992年出现首篇增材制造领域的论文。2002-2005年期间处于平稳发展的时期,年平均增长率为14.87%,2006年之后进入该领域研究的较快增长阶段,2006-2015年的年平均增长率为27.60%。2014年共发表199篇,占到当年全球发表总量的15.89%。

2.2 国家分布及合作情况

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    图2 SCI收录增材制造论文国家,地区分布(前15位)

    对SCI收录的增材制造领域论文数量最多的前15位国家/地区进行排名,见图2。美国、中国、英国和德国的论文数量居全球前四位。美国的论文数量远多于其他国家,是中国发表论文数量的2.2倍,在总量中的占比达31%。韩国与日本在该领域的论文发表数量均占到总量的5%。

    在增材制造领域,中国与美国在全球的合作关系见表1。与美国合作的国家中排在前三位的是中国、韩国和德国,合作发表论文数量的总量占比分别为4.70%、3.15% 和2.50%。与中国合作的国家中排在前三位的是美国、英国和德国,其中与美国合作的数量最为突出,发表总量为152篇,占到中国论文总量的10.34%,而中国与英国、中国与德国合作发表论文数量的总量占比仅有4.08%和3.20%,这表明美国成为中国最为重要的研究合作伙伴。比较来看,美国与中国、韩国、德国三个国家合作发表的数量相对均衡。

    表1 中国和美国在增材制造领域的前10位合作国家

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2.3 研究机构分布

    表2 全球增材制造领域论文发表机构排名

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责任编辑:张纯子
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