磨料水射流切割技術(shù)專利分析

余武

摘 ?要：文章通過(guò)專利數(shù)據(jù)庫(kù)檢索數(shù)據(jù)的篩選、統(tǒng)計(jì)與分析結(jié)果，梳理國(guó)內(nèi)外有關(guān)磨料水射流技術(shù)的專利申請(qǐng)、磨料水射流領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，主要技術(shù)分支的申請(qǐng)，核心專利和重要申請(qǐng)人等信息，并剖析磨料水射流切割技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向。

關(guān)鍵詞：磨料水射流技術(shù);技術(shù)分支;核心專利;重要申請(qǐng)人

中圖分類號(hào)：TG48 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0012-02

Abstract： Through the results of screening， statistics and analysis of the retrieval data of patent database， this paper traces the patent application of abrasive water jet technology at home and abroad， the technical development in the field of abrasive water jet， the application of main technical branches， core patents， important applicants and other information， and analyze the key trend of the development of abrasive water jet cutting technology.

Keywords： abrasive water jet technology; technical branch; core patent; important applicant

前言

磨料水射流技術(shù)是近30年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的冷態(tài)切割技術(shù)，其通過(guò)高壓水使磨料粒子加速，從而沖擊工件表面進(jìn)行切割加工，在加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)變。受傳統(tǒng)的表面清洗及表面加工技術(shù)中氣力噴砂、噴丸加工和表面磨削加工等技術(shù)的啟示，衍生了后混合式磨料射流技術(shù)，1983年美國(guó)開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)后混合磨料射流切割機(jī)，自此標(biāo)志該技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段[1-2]。磨料射流切割技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在表面加工中得到了快速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門(mén)。

1 數(shù)據(jù)總體情況

本文基于CPRSABS中文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)和DWPI檢索數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索結(jié)果，對(duì)所獲得的該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與研究，并對(duì)磨料水射流技術(shù)切割主要涉及的技術(shù)進(jìn)行分解，參見(jiàn)表1。本次檢索時(shí)間截止2017年4月，經(jīng)過(guò)檢索及篩選，最終確定的涉及磨料水射流技術(shù)技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)共計(jì)1206項(xiàng)，其來(lái)自全球39個(gè)國(guó)家或地區(qū)的總計(jì)100位申請(qǐng)人，總體發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

2 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析

2.1 申請(qǐng)量的年度分布

圖1為磨料水射流切割技術(shù)申請(qǐng)量的年度分布，分別從全球范圍和中國(guó)范圍展示了磨料水射流切割技術(shù)申請(qǐng)量的年度分布。從圖中可得出，在全球范圍內(nèi)，磨料水射流技術(shù)的專利申請(qǐng)量總體呈上升趨勢(shì)，而在中國(guó)國(guó)內(nèi)的專利申請(qǐng)，由于國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，在2001年以前幾乎沒(méi)有申請(qǐng)相關(guān)技術(shù)專利，從2010年開(kāi)始國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)數(shù)量得以迅速增長(zhǎng)。

2.2 申請(qǐng)量的地域分布

根據(jù)專利申請(qǐng)的地域分布情況，可反映出企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的市場(chǎng)戰(zhàn)略布局重心。通過(guò)統(tǒng)計(jì)磨料水射流技術(shù)專利申請(qǐng)的所在國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)權(quán)組織，分析得到圖2的地域分布數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，排名前六的國(guó)家是中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)和俄國(guó)，其總和占據(jù)了所有專利申請(qǐng)量的75%，是磨料水射流技術(shù)最主要的技術(shù)市場(chǎng)。而其中，在中國(guó)申請(qǐng)的專利數(shù)量最多達(dá)到了16.22%，由此表明國(guó)外的企業(yè)，越來(lái)越重視其在中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展，并積極在中國(guó)申請(qǐng)專利技術(shù)保護(hù)，以謀求占領(lǐng)中國(guó)的技術(shù)市場(chǎng)。

2.3 磨料水射流切割技術(shù)的重點(diǎn)專利技術(shù)領(lǐng)域

統(tǒng)計(jì)全球范圍內(nèi)，磨料水射流技術(shù)一級(jí)分支下的專利申請(qǐng)量，其中有關(guān)磨料水射流技術(shù)的磨料混合系統(tǒng)的申請(qǐng)量占比為73%，噴射系統(tǒng)的申請(qǐng)量占比為27%，可見(jiàn)，目前在磨料水射流技術(shù)領(lǐng)域的研究還是側(cè)重于磨料混合系統(tǒng)的研發(fā);而在磨料混合系統(tǒng)的二級(jí)分支中，如圖2所示，前混合式占比30%，是磨料水射流技術(shù)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，后混合式占比14.29%，新型微磨料混和占比16.43%;在磨料噴射系統(tǒng)的二級(jí)分支中，磁力脈沖占比15.71%，超聲增強(qiáng)占比9.29%，螺旋導(dǎo)料占比14.29%。

2.4 核心專利

判斷核心專利的兩個(gè)重要指標(biāo)為數(shù)據(jù)庫(kù)中專利文獻(xiàn)的被引頻次數(shù)和同組專利數(shù)量;基于次數(shù)的多少對(duì)本領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行排序，一般而言，被引頻次數(shù)越高則說(shuō)明該專利的比重值越高，另一指標(biāo)同族專利數(shù)量越大，則說(shuō)明該專利的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高。分析前十篇被引頻次最高的專利申請(qǐng)，看出主要是集中在美國(guó)、歐專局以及世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織進(jìn)行了申請(qǐng)，且這些專利申請(qǐng)大多都有較多的同族專利申請(qǐng)，從這個(gè)角度也可看出美國(guó)在磨料水射流切割技術(shù)領(lǐng)域的研究一直處于領(lǐng)先地位。從技術(shù)上分析，這些核心專利主要集中在磨料混合系統(tǒng)，從早期磨料水射流切割技術(shù)的引入，到精細(xì)加工的應(yīng)用啟蒙，由此可見(jiàn)該領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)還是在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研究焦點(diǎn)由傳統(tǒng)的混合模式向更加穩(wěn)定的微細(xì)磨料水射流加工轉(zhuǎn)變，以及新型的輔助加工系統(tǒng)研究。

2.5 專利技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

根據(jù)磨料水射流切割技術(shù)在各個(gè)時(shí)期的專利文獻(xiàn)的梳理與分析結(jié)果，可將磨料水射流技術(shù)技術(shù)專利申請(qǐng)的發(fā)展分為以下三個(gè)主要發(fā)展階段：第一階段（1966年-1983年）為發(fā)展初期。在該階段該技術(shù)并不是用來(lái)切割物體，最初是用來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行清潔，例如用于液壓系統(tǒng)中清潔的沖洗鉆，低壓水槍等。緊接著由于高壓軟管，增壓器，密封圈，管接頭等液壓元器件的迅猛發(fā)展，為高壓水射流技術(shù)的科研工作奠定了硬件基礎(chǔ)。1980年首臺(tái)磨料水射流切割裝置問(wèn)世，Hashish博士所在的FLOW公司在1983年提出發(fā)明申請(qǐng)EP0110529B1，并在文件中提出將磨粒與高壓液體混合形成水射流進(jìn)行切割加工。第二階段（1984年-2010年）為快速發(fā)展期。隨著磨料水射流切割機(jī)床系統(tǒng)在商業(yè)方面的啟用，航天科學(xué)工作者在研究時(shí)中發(fā)現(xiàn)，采用磨料水射流切割用于制造飛行器零部件所需鈦、鋼、高強(qiáng)度復(fù)合纖維等材料時(shí)，得到的端面既整潔、也無(wú)熱變形而且不需要進(jìn)行二次加工，同時(shí)又很環(huán)保，自此磨料水射流切割技術(shù)發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科，并開(kāi)始廣泛運(yùn)用于冶金、機(jī)械、造船和建筑等行業(yè)的金屬材料加工中。第三階段（2011年至今）為全面發(fā)展期。隨著人們對(duì)于磨料水射流技術(shù)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和研究，其廣闊的發(fā)展?jié)摿σ苍诓粩啾煌诰颍チ纤淞骷夹g(shù)的各個(gè)分支都成為了全球企業(yè)和學(xué)者的研究熱點(diǎn)，磨料漿體射流作為對(duì)傳統(tǒng)混合模式的改進(jìn)，也為新型的微細(xì)磨料水射流技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)多種模式及系統(tǒng)的結(jié)合也開(kāi)啟了磨料水射流的新方向。

綜合各個(gè)時(shí)期可以看出，從美國(guó)FLOW公司的Hashish博士提出將磨料與純水混合形成射流開(kāi)始，美國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展磨料水射流切割技術(shù)，并一直處于世界領(lǐng)先地位，隨著磨料水射流技術(shù)在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用熱潮，各大企業(yè)及高校都紛紛響應(yīng)并進(jìn)一步將該技術(shù)壯大，而磨料水射流憑借其較好的冷態(tài)切割效果和效率，能適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和材料工件的切割、鉆孔、拋光加工，且易控制操作的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始全面發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)磨料水射流技術(shù)相關(guān)的各方專利數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)磨料水射流技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)狀況與相關(guān)信息的全面掌握，并基于這些信息形成有關(guān)磨料水射流技術(shù)專利態(tài)勢(shì)，隨著社會(huì)需求不斷增大，同時(shí)對(duì)磨料水射流技術(shù)提出了更高的要求以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)，磨料水射流技術(shù)的磨料混合系統(tǒng)目前仍是磨料水射流技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向，其中又以微細(xì)磨料射流最受關(guān)注。

隨著社會(huì)對(duì)使用性及可靠性提出了進(jìn)一步的需求，磨料水射流技術(shù)磨料混合系統(tǒng)的創(chuàng)新和改進(jìn)成為了新一時(shí)期的主要發(fā)展方向，同時(shí)對(duì)于磨料水射流技術(shù)與輔助技術(shù)如超聲增強(qiáng)和磁力脈沖等的結(jié)合也逐漸成為研究熱點(diǎn)。

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