中国的3D打印研究(1993-2014)——基于文献计量学的分析

陈燕和

(1．湖北师范学院资源枯竭城市转型与发展研究中心，湖北?黄石 435002；2．华中科技大学，湖北?武汉 430074)

中国的3D打印研究(1993-2014)——基于文献计量学的分析

陈燕和1，2

(1．湖北师范学院资源枯竭城市转型与发展研究中心，湖北?黄石 435002；2．华中科技大学，湖北?武汉 430074)

〔摘要〕本文对中国3D打印学术论文进行分析，总结研究特征与规律，将为后续研究指明方向。对于筛选出的1 145篇论文，本文主要运用文献计量学方法进行了研究，统计指标主要是百分比、频次等。现有文献中，关于3D打印工艺SLS、FDM、医学应用、产品开发应用方面的研究成果丰富，对3D打印的探索性研究、应用研究居多，解释性研究、基础研究偏少。国家自然科学基金对3D打印研究的支持时间最早、力度最大。高校、研究所是3D打印研究的主力军，企业的研究相对薄弱。下载频次靠前的文献的研究视角是产业经济学，被引频次、文献被引-下载比排名居前的均为华中科技大学的研究成果。

〔关键词〕3D打印；文献计量学；被引-下载比

与传统“减材制造”方式不同，3D打印(Three Dimensional Printing，3DP)勿需使用“模具”、“刀具”、“夹具”等传统工具，不需要“车”、“钳”、“刨”、“铣”、“钻”等传统工艺，而是将金属、陶瓷、塑料、砂等材料根据零件或物体的三维模型数据，通过3D打印机(3D printer)以材料累加的方式直接“打印”出产品。20世纪80年代，3D打印理念与技术在美国出现；90年代，几所中国高校开始3D打印技术研究。但是，由于技术不成熟、生产成本高等原因，3D打印技术一直处于实验室研究阶段，对于多数人而言还是陌生事物。直到2012年，3D打印还只是软件工程、自动控制、材料科学、机械学、医学、军事学等理工学科背景学者们的研究对象；2012年下半年，网络、报纸、新闻媒体大量推出关于3D打印的文章，在学术期刊上，基于艺术学、教育学、社会学、法学、经济学等多学科的3D打印研究文献数量急剧增长。为了对中国3D打印的研究轨迹有一个整体认识，本文筛选了1 000多篇文献，运用文献计量学方法，对文献进行整理分析——一方面，总结中国学者研究领域转换的特征与规律，为后续研究指明方向；另一方面，为贯通3D打印“产——学——研”三环节提供思路，为3D打印市场化、产业化发展铺平道路。

本文第一部分为引言，第二部分是文献来源与检索方法，第三至第六部分分别从文献研究内容、研究类型与研究视角、文献年度分布与来源、文献基金资助、撰文方式与研究力量分布、文献学术层次统计的角度对中国3D打印进行文献计量学分析，最后是结论与讨论。

1　文献来源与检索方法

1.1文献来源

检索数据库：中国知网(CNKI)。

1.2检索词的确定

对3D打印进行检索的范围，本文拟定为3D打印术语、3D打印技术、3D打印市场、3D打印产业、3D打印政策5个方面。选定检索词如下：“3D打印”、“增材制造”、“快速原型制造”、“快速成型技术”、“实体自由制造”、“分层制造”、“选择性激光烧结”、“直接金属激光烧结”、“熔融沉积成型”、“立体平版印刷”、“数字光处理”、“熔丝制造”、“融化压模”、“分层实体制造”、“电子束熔化成型”、“选择性热烧结”、“粉末层喷头三维打印”、“掩膜图像投影光同化工艺”、“直接制模铸造”、“选区激光熔化”、“激光近净成形”、“电子束选区熔化”、“立体底片固化法”、“三维印刷法”、“热塑性塑料”、“金属粉末”、“陶瓷粉末”、“合金”、“共晶系统金属”、“可食用材料”、“光硬化树脂”、“液态树脂”、“聚乳酸”、“ABS树脂”、“金属线”、“塑料线”、“纸”、“金属膜”、“塑料薄膜”、“钛合金”、“热塑粉末”、“石膏”、“光敏树脂”、“铝氧粉”、“光聚合物”、“陶瓷粉末”、“Al2O3”、“不锈钢”、“钨”、“SiC”、“碳化钨粉”。

1.3检索标准

检索文献入选标准为：(1)论文关于技术、材料、市场、产业、政策方面的主题与3D打印有关。(2)公开发表在国内正式期刊的论文。(3)论文第一作者的署名研究机构位于中国大陆。(4)论文使用文字为中文。

1.4检索方法

检索项：题名、关键词、摘要；检索模式：模糊匹配；检索范围：期刊；检索时间跨度：1990-2014年。检索到的最早文献发表于1993年，由于部分检索数据会随时间推移而发生变化，如下载频次、被引频次，时间越长，下载、被引的机会越大，下载、被引频次就会增加，因此，考虑到可比性，本文设定所有数据检索的截止时间为2014年12月31日。

为保证检索文献与主题的相关性，在对所检索文献进行人工复核后，最终筛选出论文1 145篇。

1.5统计方法

使用文献计量学的方法，采用的统计指标主要是百分比、频次等。

2　文献研究内容、研究类型与研究视角统计

2.1文献研究内容统计

根据检索结果，3D打印文献的研究内容可以分为：3D打印软件与扫描技术、3D打印控制系统、3D打印技术与原理、3D打印机、3D打印工艺、3D打印耗材、3D打印应用(牙科、医学、医疗、模具设计、工业设计、产品开发、产品制造、复制、文物修复、艺术创作、包装设计、军事、刑事技术、航空航天、珠宝设计、鞋类、建筑、工程和施工、3D打印经济(市场、产业、经济影响、3D打印社会影响、3D打印培训与教育、3D打印法律(知识产权)。

2.2文献研究类型统计

按照研究目的、研究深度分类，可以将文献划分为探索性研究、描述性研究、解释性研究、预测性研究、综合性研究五类；按照研究功能分类，可以划分为基础研究、应用研究、综合研究三类。

2.2.1按照研究目的、研究深度分类

1 145篇论文中，探索性研究论文最多，为679篇，占比为59.3%；描述性研究次之，346篇，占比30.2%；综合性研究103篇，占比9.0%；解释性研究15篇，占比1.3%；预测性研究2篇，占比0.2%(见表1)。

表1　按研究目的、研究深度分类

资料来源：作者整理。

2.2.2按照研究功能分类

1 145篇论文中，应用研究论文最多，为678篇，占比为59.2%；基础研究次之，275篇，占比24.0%；综合研究最少，192篇，占比16.8%(见表2)。

表2　按研究功能分类

资料来源：作者整理。

3　文献年度分布与来源统计

3.1文献年度分布统计

1991年，国内刊物上首次公开发表关于3D打印的文献《选择性激光烧结工艺》，但该文是翻译文章，由宋进桂节译自学术期刊“Automotive Engineering”1990年第9期的同名文章。因此，根据检索标准，该文没有入选。华中科技大学(当时名为华中理工大学)尹希猛、王运赣、黄树槐1993年合作发表的《快速成型技术——90年代新的造型工具》一文是国内较早的研究文献。

根据文献年度分布统计，国内关于3D打印的研究分为3个阶段：(1)零散研究阶段。从1993-1998年，年文献数少于20。其中，1993年仅有2篇，1994年3篇。1995-1998年，年文献数逐年递增。(2)稳定研究阶段。从1999-2012年，文献数在34～70篇之间波动。1999年起，文献数均在30篇以上，并相对稳定；2004年，年文献数增加到55篇，2006年达到阶段性高点——70篇。直到2012，文献数都在39～70间波动。(3)热门研究阶段。2013-2014年，由于3D打印成为年度热门词汇，多学科背景的学者开始对3D打印进行研究，文献数剧增，分别达到176篇、267篇(见表3)。

表3　文献年度分布

资料来源：作者整理。

3.2文献来源统计

关于3D打印研究的文献来源广泛：排名前三的分别是《航空制造技术》(21篇)、《中国机械工程》(20篇)、《机械设计与制造》(18篇)、《铸造》、《机械工程师》、《热加工工艺》、《新技术新工艺》、《现代制造工程》(16篇)、《中国经济和信息化》、《机电产品开发与创新》、《电加工与模具》(13篇)、《新材料产业》、《杭州科技》、《CAD/CAM与制造业信息化》(12篇)、《高科技与产业化》、《工业设计》、《工程塑料应用》、《机械科学与技术》(11篇)、《中国组织工程研究》、《铸造技术》、《制造技术与机床》(10篇)。

4　文献基金资助、撰文方式与研究力量分布统计

4.1文献基金资助统计

本次检索的1 145篇论文中，受各类基金资助的259篇，占总量的22.6%。

受国家级基金资助的项目共115篇，其中国家自然科学基金资助80篇，国家社科基金资助1篇，国家863计划项目资助25篇；

受省(部)级项目资助93篇，市(厅)级项目资助24篇；校(院所)级项目资助22篇；军队系统项目资助6篇；台湾地区项目资助1篇。

其中，同时受两项基金资助的论文有62篇，受三项基金资助的13篇，受四项基金资助的4篇。

最早资助3D打印研究是国家自然科学基金，从1994年开始，该基金就开始资助清华大学颜永年团队从事3D打印扫描软件研究。

由基金支持的力度、范围和形式可以看出，3D打印的研究受到相关部门和机构的充分重视。

4.2文献撰文方式统计

文献撰文方式分为独撰、合著，独撰文献232篇，占总篇数的20.2%；合著文献913篇，占79.8%：2人合著文献占总文献数28.1%，3人合著占21.3%，4人合著占17.1%，5人及以上合著占13.3%。显然，合作研究已经成为3D打印研究的主要方式，尤其以2～4人合作研究方式最普遍。

4.3研究力量分布统计

4.3.1研究机构类型

以文献第一作者所在研究机构为标准，对研究机构分布进行统计分析。数据显示，高校、研究所是3D打印研究的主力，分别发表科研论文528篇、215篇，占总文献数的比例分别为46.1%、18.8%。

研究机构间的合作研究也是一股不可忽视的力量，文献数236篇，占总文献数的比例为20.6%。合作研究中，高校间合作发表的文献最多，为51篇，其中中外高校合作发表文献2篇；高校、研究所间合作发表48篇；高校、企业间合作发表33篇；研究所、医院间合作发表26篇；研究所间合作发表22篇。

高校参与的合作研究文献共179篇，占总文献数的15.6%；研究所参与的合作研究文献共108篇，占总文献数的9.4%。说明高校仍是产学研科技成果转化中科技溢出的重要来源。

第一作者所在研究机构为企业的文献61篇，占总文献数的5.3%；研究机构为医院的文献38篇，占3.3%；研究机构为政府的文献12篇，占1.0%；军队、协会、博物馆等研究机构的作者也发表了论文。

4.3.2研究机构所在地分布

研究机构所在地 排名居前的分别为北京市(130篇，占11.4%)、湖北省(123篇，占10.7%)、江苏省(117篇，占10.2%)；陕西省(112篇，占9.8%)；上海市(78篇，占6.8%)；广东省(69篇，占6.0%)。

其余省(市、区)发表的文献数占总文献数的比例均在5%以下，吉林、甘肃、海南、宁夏、贵州发表文献数均在10篇以下，未见来自青海、西藏的文献。可见，研究机构所在地区分布极不均匀。

5　文献学术层次统计

为了更为科学地表明文献学术水平，本文设计了“被引-下载比”这一相对指标：

被引-下载比=被引频次/下载频次

被引-下载比的取值范围为0～1。

5.1文献下载频次统计

文献下载频次最高的为王雪莹2012年发表于《中国高新技术企业》的《3D打印技术与产业的发展及前景分析》一文，该文被下载8 116次；排名第二的是王忠宏、李扬帆、张曼茵2013年发表于《经济纵横》的《中国3D打印产业的现状及发展思路》一文，该文下载频次为5 237。下载频次排名前二的文献的研究视角都是产业经济学，说明经济学领域对3D打印的兴趣非常强，反映了读者对于3D打印产业化发展的期待。

下载频次居前的还有王灿才2012年在《丝网印刷》发表的《3D打印的发展现状分析》一文，下载频次为3 769，该文是对3D打印的综合研究；贺超良、汤朝晖、田华雨、陈学思2013年发表于《高分子学报》的《3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展》一文的下载频次为2 913，该文是对3D打印的研究述评。

下载频次在500以上的共有79篇文献，如《3D打印技术对航空制造业发展的影响》(杨恩泉，载《航空科学技术》，2013)等文献。

5.2文献被引频次统计

文献被引频次排名前二的均为华中科技大学黄树槐团队的研究论文：被引频次最高的是黄树槐、张祥林、马黎、黄乃瑜1997年发表于《中国机械工程》的《快速原型制造技术的进展》一文，被引用292次；排名第二的是尹希猛、王运赣、黄树槐1993年发表于《中国机械工程》的《快速成型技术——90年代新的造型工具》一文，被引用95次；被引频次排名第三的是潘琰峰、沈以赴、顾冬冬、胥橙庭2004年发表于《工具技术》的《选择性激光烧结技术的发展现状》一文，被引用88次。

被引频次介于20～80之间的共有29篇文献，如《选择性激光烧结新型扫描方式的研究及实现》(史玉升、钟庆、陈学彬、黄树槐、周祖德，载《机械工程学报》，2002年)、《快速成型技术研究现状与发展趋势》(杨家林、王洋、陈杨，载《新技术新工艺》，2003年)等。

5.3文献被引-下载比统计

文献被引-下载比排名前二的是华中科技大学黄树槐团队的科研论文。排名第一的是上述该团队的《快速成型技术——90年代新的造型工具》一文，该文下载频次为169，被引频次达到95，被引-下载比高达0.56；该团队的《快速原型制造技术的进展》一文的下载频次为447，被引频次234，被引-下载比为0.52。

文献被引-下载比高于0.2的共有26篇文献，其中有6篇文献出自华中科技大学，表明该校在3D打印研究的学术水平方面具有一定优势。

6　结　论

(1)现有文献中，关于3D打印工艺SLS、FDM、3D打印医学应用、产品开发、设计与制造方面的研究最多。对于3D打印的探索性研究、应用研究仍是主流，解释性研究、基础研究偏少。

(2)各类基金资助有效地推进了3D打印研究，其中国家自然科学基金的支持时间最早、力度最大。

(3)下载频次排名前二的文献的研究视角都是产业经济学，说明了读者对于3D打印产业化发展期望很高。被引频次、文献被引-下载比排名前二的均为华中科技大学的研究成果。

参考文献

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[11]王忠宏,李扬帆.我国3D打印产业现状及发展建议[N].中国经济时报,2012-10-19，(5).

[12]殷媛媛.全球3D打印技术发展的新趋势[N].科技日报,2013-06-02，(2).

(本文责任编辑：郭沫含)

Analysis on the Studies of Chinese 3D Printing(1993-2014)——Based on the Bibliometric

Chen Yanhe1，2

(1．Hubei Normal University Research Center of Resources-exhausted Cities’ Transformation and Development，Huangshi 435002，China；2．Huazhong University of Science and Technology Postdoctoral Research Station，Wuhan 430074，China)

〔Abstract〕Analyzing chinese Three Dimensional Printing(3DP),the paper summarized the characteristics and laws;then found the direction from the following studies.Based on the bibliometric,1145 papers were statistically analyzed,and the statistical indicators are percentage,frequency etc..From the existing literatures,most of them are concentrate on 3DP techniques,such as SLS,FDM,Medical Use,and Product Development Application.It focus mainly on exploratory research and application research.National Natural Science Foundation is numbered among chinese 3DP pioneers,universities and research insititues are main forces,enterprises performing poorly in this area.Industrial Economics becomes the most frequency downloaded and used in the literatures research.The top cited frequecy and cited-download rate of research findings belong to Huazhong University of Science and Technology.

〔Key words〕three dimensional printing;bibliometric;cited-download rate

〔中图分类号〕G250.252；G252.8 [13]魏瑞斌,田大芳,武夷山.基于的图书情报学期刊发文现状分析[J].现代情报,2014,(3)：93-103.

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1008-0821(2015)06-0086-04

DOI：10．3969/j．issn．1008-0821．2015．06．016

作者简介：陈燕和(1971-)，男，副教授，博士，硕士生导师，研究方向：高新技术产业、技术经济与管理，发表论文4篇，全文转载2篇，出版专著4部。

基金项目：本文为湖北省教育厅人文社会科学研究项目“湖北省3D打印技术与产业发展研究”(项目编号：14G311)、教育部人文社会科学研究一般项目“技术进步的就业效应之量化研究”(项目编号：09YJC790076)阶段性研究成果。

收稿日期：2014-12-31

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