基于专利数据的钛合金激光增材制造技术态势分析

鲍芳芳 宗 骁 冯 新 丁贤飞 南 海 张爱斌

（1.中国航发北京航空材料研究院，北京 100095；2. 北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心，北京 100095）

0 引言

钛合金作为具备优异性能的结构材料，在航空航天、武器装备等领域被广泛应用。钛合金激光增材制造以粉或丝材为原料通过高功率激光原位冶金熔化/快速凝固逐层堆积，具有加工周期短、原材料利用率高、高柔性化等优点。围绕钛合金激光增材制造的学术研究不断涌现，主要集中于研究状况、宇航应用、性能研究等方面。该研究选择从专利文献角度出发，对全球钛合金激光增材制造技术予以整体性揭示，以期为我国钛合金激光增材制造技术的专利申请与布局等提供参考。

首先，对钛合金激光增材制造技术进行分解，按照检索策略制定检索式，在Incopat专利数据库中展开检索，检索时间2021年5月20日。结果显示：截至2021年5月20日，经Incopat同族合并及人工筛选后得到全球钛合金激光增材制造技术专利383件，包括发明专利351件、实用新型专利15件和发明授权专利17件。研究基于383件专利进行分析。然后，通过专利时间、地域、机构等揭示全球钛合金激光增材制造技术信息概况，通过重点专利、高被引专利、同族专利等呈现全球钛合金激光增材制造技术专利主要情况。

1 专利概况

1.1 申请时间与地理分布

就申请时间来说，全球钛合金激光增材制造技术专利集中于2013—2020年，8年专利共计324件，占比84.6%。包括2013年的11件专利、2014年的19件专利、2015年的26件专利、2016年的28件专利、2017年的40件专利、2018年的46件专利、2019年的81件专利和2020年的73件专利。根据近10年全球钛合金激光增材制造技术专利申请时间与数量变动情况绘制的全球钛合金激光增材制造专利申请图，如图1所示。

图1 钛合金激光增材制造专利申请趋势

就地理分布来说，全球钛合金激光增材制造技术专利主要集中于中国，中国拥有该领域专利308件，占比80.4%。此外，还有德国的22件专利、日本的14件专利、韩国的8件专利、俄罗斯的7件专利、英国的6件专利、美国的4件专利、加拿大的2件专利、法国的2件专利、印度的2件专利和波兰的2件专利等。

中国钛合金激光增材制造技术专利以北京市、广东省、江苏省、陕西省、辽宁省、山东省、上海市、浙江省、湖南省和湖北省为主，10省市专利共计257件，占全国专利总数的83.4%。包括北京市的47件专利、广东省的35件专利、江苏省的34件专利、陕西省的31件专利、辽宁省的28件专利、山东省的20件专利、上海市的17件专利、浙江省的16件专利、湖南省的15件专利和湖北省的14件专利。

1.2 申请机构与技术构成

就申请机构类别来说，全球钛合金激光增材制造技术专利申请机构主要集中于高校和企业，如图2所示。其中，高校专利157件，占比41%；企业专利104件，占比27%；科研单位专利48件，占比12.5%；个人专利18件，占比4.7%。

图2 钛合金激光增材制造专利申请机构类型

就申请机构构成来说，全球钛合金激光增材制造技术专利申请机构主要有西安交通大学，专利11件；山东建筑大学，专利11件；中国科学院金属研究所，专利10件；华中科技大学，专利9件；淮阴工学院，专利7件；西北工业大学，专利7件；北京航空航天大学，专利6件；哈尔滨工业大学，专利5件；中国航发北京航空材料研究院，专利5件。

就技术构成来说，全球钛合金激光增材制造专利技术构成如图3所示。按照IPC分类的划分，钛合金激光增材制造技术专利主要集中在B22F、B33Y和C22C这3类，其中，B22F的IPC释义为金属粉末的加工，由金属粉末制造制品，金属粉末的制造（用粉末冶金法制造合金入C22C），金属粉末的专用装置或设备，专利214件；B33Y的IPC释义为增材制造，即三维[3D]物品制造，通过增材沉积，增材凝聚或增材分层，如3D打印，立体照片或选择性激光烧结，专利193件；C22C的IPC释义为合金（合金的处理入C21D、C22F），专利98件。需要注意的是，由于同一件专利IPC分类号会有多个，因此，图3中按照IPC分类号统计出的钛合金激光增材制造专利总数远远超过检索到的专利总数。

图3 钛合金激光增材制造专利技术构成

就申请机构技术构成来说，根据全球钛合金激光增材制造专利的技术主题制图，如图4所示。图中，以热处理方法为主要研究的机构有西安交通大学、中国科学院金属研究所，以激光选区为主要研究的机构有哈尔滨工业大学、中国航发北京航空材料研究院，以打印技术为主要研究的机构有北京航空航天大学、长沙理工大学，以人体植入物为主要研究的机构有北京航空航天大学。

图4 钛合金激光增材制造专利技术主题

3 专利分析

3.1 重点专利

通过数据库中的被引证次数、同族数量、专利价值等信息对全球钛合金激光增材制造技术专利筛选，得出表1中的钛合金激光增材制造技术重点专利。从同族数量来看，申请时间为2015年7月9日、公开号为CN104928513A、申请机构为哈尔滨工业大学、名称为“一种钛合金激光3D打印改进方法”，申请时间为2015年8月31日、公开号为CN105108339A、申请机构为沈阳海纳鑫科技有限公司、名称为“一种基于钛及钛合金金属丝材的增材制造方法”，申请时间为2012年3月12日、公开号为CN103302292A、申请机构为中国科学院沈阳自动化研究所、名称为“一种激光直接成形钛合金零件工艺方法”，这3件专利的同族专利数量均为2件。从被引证次数来看，申请时间为2015年8月18日、公开号为CN105014073A、申请机构为上海航天精密机械研究所、名称为“一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造及热处理方法”的专利被引证32次（见3.2）。

表1 钛合金激光增材制造重点专利

3.2 高被引专利

从全球钛合金激光增材制造技术专利的被引用次数来看，被引用次数的多少意味着专利技术影响力的大小，该领域高被引专利详见表2。以申请时间为2015年8月18日、公开号为CN105014073A、申请机构为上海航天精密机械研究所、名称为“一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造及热处理方法”的专利为例，该专利被32件专利引证。32件专利的公开号分别为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 钛合金激光增材制造高被引专利

3.3 同族专利

从全球钛合金激光增材制造技术同族专利来看，该领域同族专利排序详见表3。以申请时间为2014年10月7日、公开号为US20160096234A1、申请机构为西门子能源股份有限公司、名称为“Laserdepositionandrepairofreactivemetals”的专利为例，该专利的同族数量为5件。该专利基于同一优先权文件，在中国（公开号CN106794551A）、欧洲（公开号EP3204184A4和EP3204184A1）、世界知识产权组织（公开号WO2016057150A1）和美国（公开号US20160096234A1）曾组织申请、公布或批准。

表3 钛合金激光增材制造同族专利排序

3.4 权利要求数

从全球钛合金激光增材制造技术专利权利要求数来看，权利要求数的多少越多意味着专利价值的高低，该领域专利权利要求数排序详见表4。以申请时间为2011年1月12日、公开号为EP2359964A1、申请机构为亚斯通科技有限公司、名称 为“Processfor Producinga3-Dimensional Componentby Meansof Selective Laser Melting（SLM）”的专利为例，该专利权利要求数有25项，意味着该专利在该领域被侵权的概率相对高。

表4 钛合金激光增材制造专利权利要求数排序

4 结论

综上分析，可以总结出以下关于全球钛合金激光增材制造技术专利的结论：1）我国在钛合金激光增材制造技术专利领域发展速度快，近些年的专利申请数量多且质量高。2）钛合金激光增材制造技术专利申请机构集中于高校和企业。3）钛合金激光增材制造专利技术热点集中在热处理方法、激光选区等主题。

相关建议：1）在钛合金激光增材技术专利数量和质量提升的同时，关注钛合金激光增材制造技术的专利转化。2）增强钛合金激光增材制造领域高校和企业间合作，以充分发挥高校和企业的各自优势。3）随着钛合金激光增材制造技术研究的日趋深入，积极应对新兴空白主题的专利布局。