磨料水射流切割技術專利分析

余武

摘 ?要：文章通過專利數據庫檢索數據的篩選、統計與分析結果，梳理國內外有關磨料水射流技術的專利申請、磨料水射流領域的技術發展脈絡，主要技術分支的申請，核心專利和重要申請人等信息，并剖析磨料水射流切割技術發展的重點方向。

關鍵詞：磨料水射流技術;技術分支;核心專利;重要申請人

中圖分類號：TG48 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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

磨料水射流技術是近30年來迅速發展起來的一種新的冷態切割技術，其通過高壓水使磨料粒子加速，從而沖擊工件表面進行切割加工，在加工過程中不會產生熱變形和熱應變。受傳統的表面清洗及表面加工技術中氣力噴砂、噴丸加工和表面磨削加工等技術的啟示，衍生了后混合式磨料射流技術，1983年美國開發出第一臺后混合磨料射流切割機，自此標志該技術進入實用階段[1-2]。磨料射流切割技術憑借其獨特的優勢，在表面加工中得到了快速發展，并廣泛應用于各工業部門。

1 數據總體情況

本文基于CPRSABS中文檢索數據庫和DWPI檢索數據庫的檢索結果，對所獲得的該領域的專利申請進行統計、分析與研究，并對磨料水射流技術切割主要涉及的技術進行分解，參見表1。本次檢索時間截止2017年4月，經過檢索及篩選，最終確定的涉及磨料水射流技術技術的全球專利申請共計1206項，其來自全球39個國家或地區的總計100位申請人，總體發展趨勢呈現增長態勢。

2 對數據進行統計和分析

2.1 申請量的年度分布

圖1為磨料水射流切割技術申請量的年度分布，分別從全球范圍和中國范圍展示了磨料水射流切割技術申請量的年度分布。從圖中可得出，在全球范圍內，磨料水射流技術的專利申請量總體呈上升趨勢，而在中國國內的專利申請，由于國內相關研究起步較晚，在2001年以前幾乎沒有申請相關技術專利，從2010年開始國內專利申請數量得以迅速增長。

2.2 申請量的地域分布

根據專利申請的地域分布情況，可反映出企業對產品的市場戰略布局重心。通過統計磨料水射流技術專利申請的所在國家和地區產權組織，分析得到圖2的地域分布數據，從圖中可以看出，排名前六的國家是中國、美國、日本、韓國、德國和俄國，其總和占據了所有專利申請量的75%，是磨料水射流技術最主要的技術市場。而其中，在中國申請的專利數量最多達到了16.22%，由此表明國外的企業，越來越重視其在中國市場的發展，并積極在中國申請專利技術保護，以謀求占領中國的技術市場。

2.3 磨料水射流切割技術的重點專利技術領域

統計全球范圍內，磨料水射流技術一級分支下的專利申請量，其中有關磨料水射流技術的磨料混合系統的申請量占比為73%，噴射系統的申請量占比為27%，可見，目前在磨料水射流技術領域的研究還是側重于磨料混合系統的研發;而在磨料混合系統的二級分支中，如圖2所示，前混合式占比30%，是磨料水射流技術結構領域中的研究熱點，后混合式占比14.29%，新型微磨料混和占比16.43%;在磨料噴射系統的二級分支中，磁力脈沖占比15.71%，超聲增強占比9.29%，螺旋導料占比14.29%。

2.4 核心專利

判斷核心專利的兩個重要指標為數據庫中專利文獻的被引頻次數和同組專利數量;基于次數的多少對本領域的專利申請進行排序，一般而言，被引頻次數越高則說明該專利的比重值越高，另一指標同族專利數量越大，則說明該專利的市場經濟價值越高。分析前十篇被引頻次最高的專利申請，看出主要是集中在美國、歐專局以及世界知識產權組織進行了申請，且這些專利申請大多都有較多的同族專利申請，從這個角度也可看出美國在磨料水射流切割技術領域的研究一直處于領先地位。從技術上分析，這些核心專利主要集中在磨料混合系統，從早期磨料水射流切割技術的引入，到精細加工的應用啟蒙，由此可見該領域內的核心技術還是在現有結構的基礎上進行改進，研究焦點由傳統的混合模式向更加穩定的微細磨料水射流加工轉變，以及新型的輔助加工系統研究。

2.5 專利技術發展演進

根據磨料水射流切割技術在各個時期的專利文獻的梳理與分析結果，可將磨料水射流技術技術專利申請的發展分為以下三個主要發展階段：第一階段（1966年-1983年）為發展初期。在該階段該技術并不是用來切割物體，最初是用來對設備進行清潔，例如用于液壓系統中清潔的沖洗鉆，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展，為高壓水射流技術的科研工作奠定了硬件基礎。1980年首臺磨料水射流切割裝置問世，Hashish博士所在的FLOW公司在1983年提出發明申請EP0110529B1，并在文件中提出將磨粒與高壓液體混合形成水射流進行切割加工。第二階段（1984年-2010年）為快速發展期。隨著磨料水射流切割機床系統在商業方面的啟用，航天科學工作者在研究時中發現，采用磨料水射流切割用于制造飛行器零部件所需鈦、鋼、高強度復合纖維等材料時，得到的端面既整潔、也無熱變形而且不需要進行二次加工，同時又很環保，自此磨料水射流切割技術發展成為一門獨立學科，并開始廣泛運用于冶金、機械、造船和建筑等行業的金屬材料加工中。第三階段（2011年至今）為全面發展期。隨著人們對于磨料水射流技術的進一步認識和研究，其廣闊的發展潛力也在不斷被挖掘，磨料水射流技術的各個分支都成為了全球企業和學者的研究熱點，磨料漿體射流作為對傳統混合模式的改進，也為新型的微細磨料水射流技術奠定了基礎，同時多種模式及系統的結合也開啟了磨料水射流的新方向。

綜合各個時期可以看出，從美國FLOW公司的Hashish博士提出將磨料與純水混合形成射流開始，美國開始大力發展磨料水射流切割技術，并一直處于世界領先地位，隨著磨料水射流技術在全球范圍內的應用熱潮，各大企業及高校都紛紛響應并進一步將該技術壯大，而磨料水射流憑借其較好的冷態切割效果和效率，能適應各種復雜結構和材料工件的切割、鉆孔、拋光加工，且易控制操作的優點開始全面發展。

3 結束語

通過對磨料水射流技術相關的各方專利數據的統計與分析，能夠實現對磨料水射流技術技術領域專利申請狀況與相關信息的全面掌握，并基于這些信息形成有關磨料水射流技術專利態勢，隨著社會需求不斷增大，同時對磨料水射流技術提出了更高的要求以及自動化控制技術的發展，在全球范圍內，磨料水射流技術的磨料混合系統目前仍是磨料水射流技術領域重點發展方向，其中又以微細磨料射流最受關注。

隨著社會對使用性及可靠性提出了進一步的需求，磨料水射流技術磨料混合系統的創新和改進成為了新一時期的主要發展方向，同時對于磨料水射流技術與輔助技術如超聲增強和磁力脈沖等的結合也逐漸成為研究熱點。

參考文獻：

[1]弓永軍.磨料水射流切割技術研究現狀及其發展趨勢[J].液壓與氣動，2016（10）：1-5.

[2]李海斌.磨料高壓水射流切割關鍵技術的研究[D].武漢大學，2015.

[3]宋勝偉，趙存友.磨料射流切割技術[J].煤礦機械，2004（6）：69-71.