金屬增材制造技術(shù)研究熱點聚類分析

范哲超，陸 明，豐洪微

（1.內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070；2.國家工程機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 102100）

1 材料和方法

為獲得領(lǐng)域高代表性文獻，2019年12月5日，在CNKI數(shù)據(jù)庫中，選擇“期刊檢索”方式，以“SU=(增材制造+激光增材制造)”為檢索式，即以“增材制造”、“激光增材制造”為主題檢索詞進行模糊檢索，期刊來源選擇“SCI來源期刊”、“EI來源期刊”和“核心期刊”，檢索年限不作限制。為方便工具識別，以“Refworks”格式導(dǎo)出符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻，通過對初步檢索出的文獻進行統(tǒng)計歸納，納入文獻類型期刊(CNKI)的文獻摘要，剔除掉重復(fù)文獻，最后篩選出數(shù)據(jù)庫有效文獻768篇[1]。

2 結(jié)果與分析

在Citespace中導(dǎo)入正確處理后的文獻集合，選擇時間跨度為1999年～2019年，時間分區(qū)“Year Per Slice”為1年（即每一年為一個時間單位）；節(jié)點類型選擇“Keyword”；詞源選擇“Author Keyword(DE)”；反復(fù)調(diào)試后，閾值選取辦法設(shè)定為“TOPN”，數(shù)值設(shè)為25；網(wǎng)絡(luò)剪枝算法選擇“Pathfinder”，修剪分片及整體網(wǎng)絡(luò)，其他選項保持不變。

初次運行后，發(fā)現(xiàn)由于人工標(biāo)注的原因，部分關(guān)鍵詞語義相同但表達不同，如“美利堅合眾國”和“美國”；“微觀組織”和“顯微組織”；“3d打印”和“三維打印”；“激光選區(qū)熔化”和“選區(qū)激光熔化”等，因此進行同義詞合并，以確保研究的規(guī)范性。再次運行后，得到了基于關(guān)鍵詞所呈現(xiàn)的增材制造研究知識圖譜（如圖1所示），共有126個節(jié)點，210條連接。

為探究金屬增材制造領(lǐng)域研究熱點，利用Citespace的“Cluster View”（聚類視圖）對關(guān)鍵詞知識圖譜進行聚類分析，軟件把關(guān)鍵詞聚成了5個類團（如圖2所示，同種顏色的節(jié)點代表一個類團）。

圖1 金屬增材制造研究關(guān)鍵詞知識圖譜

2.1 激光選區(qū)熔化技術(shù)研究

激光選區(qū)熔化成形技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造工藝的變形成形和去除成形的常規(guī)思路，可根據(jù)零件三維數(shù)模，利用金屬粉末，直接獲得任意復(fù)雜形狀的實體零件。相對于其他能量源，激光增材制造技術(shù)具有成形精度高、構(gòu)件性能優(yōu)良、材料適應(yīng)性廣等優(yōu)點，是目前金屬增材制造領(lǐng)域的常用加工方法，其中發(fā)展最為迅速、應(yīng)用前景最為廣泛的是激光選區(qū)熔化技術(shù)[2]。

圖2 增材制造研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

2.2 粉末冶金研發(fā)

研究關(guān)注歐洲汽車制造行業(yè)結(jié)合增材制造技術(shù)和粉末冶金生產(chǎn)汽車精密零件。為提高增材制造工藝的穩(wěn)定性，提出了粉末工藝學(xué)和后處理措施，并介紹有關(guān)增材制造工藝使用的金屬粉末的化學(xué)成分和粉末形貌等方面的信息。

2.3 機械產(chǎn)品的拓?fù)鋬?yōu)化

主要論述了增材制造和拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的結(jié)合對機械產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)意義。從增材制造的理論基礎(chǔ)、增材制造結(jié)構(gòu)件的變形、機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的拓?fù)鋬?yōu)化工具等多個方面，制定了面向金屬增材制造的機械產(chǎn)品拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計流程。此外，對激光増材制造技術(shù)特點、激光増材制造復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及進展提出建議。

2.4 電弧增材制造技術(shù)

主要闡述了國內(nèi)外學(xué)者綜合運用電弧增材制造技術(shù)和熱處理等技術(shù)，制造鈦合金、鋁合金等合金組織的研究現(xiàn)狀。從控形控性角度分析工藝參數(shù)對不同性能力學(xué)構(gòu)件的影響，力求開展增材成形工藝及理論研究工作，推進該技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)的應(yīng)用[3]。

2.5 3d打印的智能發(fā)展

在大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)和智能制造的發(fā)展概念下，對比中外3d打印技術(shù)，特別介紹了美國3d打印和增材制造產(chǎn)業(yè)成功發(fā)展的競爭經(jīng)驗，說明增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 結(jié)論

通過聚類分析不難發(fā)現(xiàn)，金屬增材制造的研究內(nèi)容繁多，研究熱點之間的聯(lián)系不甚緊密，呈多維度發(fā)展態(tài)勢，表明在此領(lǐng)域研究的出發(fā)點多樣化，還未形成固化的模式。3d打印、激光增材制造、粉末冶金、輕稀有金屬合金與智能制造成為本領(lǐng)域的研究熱點。各主題之間的更迭并非一蹴而就，而是融合漸進，不斷細(xì)化分支領(lǐng)域。如何保證良好的成形質(zhì)量，如何優(yōu)化工藝參數(shù)、掃描策略來調(diào)整力學(xué)性能，是金屬增材制造技術(shù)的基礎(chǔ)研究內(nèi)容，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立專業(yè)化認(rèn)證體系，推動激光增材技術(shù)和粉末冶金技術(shù)的高新技術(shù)智能化發(fā)展具有良好的研究前景。