增材制造领域领军人物专利分析——北航王华明院士

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一、概述
1. 王华明教授简介

△王华明院士（南极熊配图）

王华明，中国工程院院士，北京航空航天大学教授、博士生导师，激光增材制造领域专家。起步迅速、屡屡破格晋升、拥有大量学术成就的青年学者，2006年“全国五一劳动奖章”及“国家杰出青年科学基金”获得者，北京航空航天大学材料科学与工程学院“长江学者特聘教授”，2015年12月7日当选中国工程院院士。

2017年5月，获得全国创新争先奖。现任材料加工工程学科责任教授、材料加工工程及自动化系主任、航空科学与技术国家实验室“航空材料与结构”首席科学家。2012年1月18日，王华明教授主持的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明一等奖。光华龙腾奖中国设计贡献奖银质奖章获得者。如今，王华明教授团队的高性能难加工大型复杂整体关键构件激光直接制造技术已经处于国际领先水平。“金属3D打印“第一位院士。中国激光3D打印引路人。

研究方向：

1.提出“激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层”研究新方向，研究出Cr3Si/Cr2Ni3Si等耐磨性能优异并同时具有“反常磨损-载荷特性”、“反常磨损-温度特性”、“不粘金属特性”等性质的过渡金属硅化物多功能涂层材料新体系10余个，系列研究论文被《Advanced Coatings & Surface Technology 》国际期刊“专题报道”；

2.在对高推重比航空发动机关键摩擦副零部件高温高速“超常”摩擦学行为深入研究基础上，研究出含碳量高达9～12%的“激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高温自润滑特种耐磨涂层新材料”，在我国某新型航空发动机关键热端高温耐磨运动副零部件上得到成功应用，获“国防科学技术奖”二等奖；

3.在对钛合金非接触激光熔化冶金晶体择优生长特性深入实验与理论研究的基础上，发明“定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等复杂零件激光直接成形新技术”，钛合金高温持久寿命提高10倍以上；

4.突破飞机钛合金等高性能金属结构件激光快速成形关键技术及关键工艺装备技术，激光快速成形BT20钛合金机身关键结构件通过装机试飞前构件全部地面考核并已通过装机评审即将完成实际装机应用；将“合金超纯净精炼”、“定向凝固”、“快速凝固”等三大先进高温合金制备技术与“激光快速成形技术”有机融合为一体，提出“超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘”新思路及其近终形零件激光直接成形制造新技术，成功制造出直径达450mm的超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘件；

5.发明了“水冷铜模激光熔炼炉”及难熔、难加工、高活性金属材料激光熔铸材料制备与零件直接成形新工艺”，成功实现W等难熔合金及W/W5Si3等难熔金属增强超高温“原位”复合材料及其零件的激光熔铸冶金制备与成形制造，为难熔难加工高性能合金材料的制备与复杂零件成形制造找到了一条新的途径；

6.发现“高Jackson因子小面晶体”光滑液-固界面及台阶生长机制对凝固冷却速度及界面过冷度的高度不敏感性，对在经典凝固理论中被广泛接受的“随凝固冷却速度或界面过冷度的增加、小面晶体液/固界面结构将由原子尺度光滑向原子尺度粗糙转变、生长机制由侧向生长向连续生长机制转变”经典凝固理论“著名推论”的适用范围进行了合理补充。

2. 专利数据

专利数据库：国家知识产权局专利数据库；

检索档口：发明人【王华明】

检索数据量：302件。

注：据分析统计此数据中有大量重名出现，并非王教授本人，因而我们对所搜索的数据进行筛选，针对其中部分数据进行分析以保证分析的准确性。具体采用其搜索数据中，申请人为北京航空航天大学、中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所的专利进行分析，当然王教授的专利数量不仅限此。

分析数据量：19件

二、专利信息分析1.   趋势分析

1.1 申请趋势分析

本项目分析了专利申请的数量随时间的变化情况，每个数据点代表该年内有多少专利申请。通常来说，专利申请量随时间的上升代表了相关技术创新趋向活跃，技术发展较为迅速；专利申请量的持平和下降则代表技术创新趋向平淡，技术发展较为迟缓，或技术已经趋于落后并被其他技术取代，专利申请趋势能够在一定程度上反应出技术的发展历程、技术生命周期的具体阶段以及预测未来一段时间内的发展趋势。但需注意，因为专利从申请到公开存在的延迟（通常有1～2年）

如下图所示，王教授作为发明人的专利申请始于1998年【图中未显示】，但是，从增材制造技术来看，王教授在增材制造的第一篇专利为：2002年6月26日申请的水冷铜模激光熔炼炉，权利人为：北京航空航天大学。在2002年之后，王教授的研究重心就放在了增材制造技术领域。

从申请趋势来看，我们统计的数据中得出，王教授的申请量比较平稳，近几年都会有专利申请，数量不多，相比较2002年和2013年数量有所增加，对于发明人的监控角度来说，值得大家予以分析。

由于专利制度的原因，2016年之后的部分专利尚未公开，所以，可以预判王教授在该技术领域的专利申请还会有所增加。

1.2 授权趋势分析

本项目分析了专利授权的数量随时间的变化情况，每个数据点代表该年内有多少件专利授权。通常来说，专利授权数量随时间的上升代表了相关技术创新趋向活跃，技术发展较为迅速；专利授权量的持平和下降则代表技术创新趋向平淡，技术发展较为迟缓，或技术已经趋于落后并被其他技术取代；但是由于受到各专利受理机构审查制度的影响，专利从申请到授权需要一段时间。

如下图可以看出，王教授作为发明人的专利授权趋势呈也处于平稳波动，当然也由于本分析采用的数据有限，就当前数据看来，2005年和2014年的授权量相对较多，近几年出现下滑，当然受到专利受理机构审查制度的影响，专利授权需要一段时间，尤其发明专利需要更长的时间，后期还会有王教授的专利陆续授权。

2.技术构成分析

通过分析不同技术分支内专利数量的分布情况，来发现一组专利中较为重要的技术分支。通常来讲，相关专利数量较多，且在总专利数量中占比达到一定比例的技术分支是较为重要的技术分支。

IPC分类号：本项目分析了技术在专利审查时审查员赋予的分类号，即IPC分布情况，每个数据点代表该IPC下共有多少件已公开的专利申请。通常来说，公开专利申请数量较多的IPC受更多申请人关注，技术创新相对活跃；公开专利申请数量较少的IPC则仅有少数申请人从事技术创新工作，总体来讲活跃度较弱。需要注意的是，此项分析的效果和理解方向与IPC和所分析专利的相关度有关，不能一概而论。

如下图可以看出，王教授的研发重心是B22F3、C23C4、B23K26等技术领域，上述IPC的含义是：

B22F3：由金属粉末制造工件或制品，其特点为用压实或烧结的方法；所用的专用设备，【金属粉末为原料的增材制造技术和设备】

C23C4：熔融态覆层材料喷镀法，例如火焰喷镀法，等离子喷镀法或放电喷镀法的镀覆【增材制造技术】

B23K26：用激光束加工，例如焊接、切割或打孔【增材制造技术】

同时，从整体的IPC排名来看，王教授在增材制造领域的覆盖度较高，除了上面三个技术领域之外，还有B23K37【非专门适用于仅包括在本小类其他一大组中附属设备或工艺】、C22C29、【以碳化物、氧化物、硼化物、氮化物或硅化物或其他金属化合物为基的合金，增材制造材料】C23C24【自无机粉末起始的镀覆，增材制造工艺】等。

3. 专利质量分析

3.1 专利质量总体分析

本项目分析了所分析的专利的专利质量的分布情况，每一个数据点代表的是有多少件专利的专利质量落在该星级上。专利质量综合反映了专利在技术、权利和市场等各方面的评价结果。需要注意的是，若专利中缺少必要的技术信息，也会影响其本指标的评价结果。

从下图可以看出，以王教授为发明人的专利质量中核心部分是2星半质量，说明其专利质量并不是很高。

3.2 权利要求数分析

本项目分析的是所分析的专利的权利要求的数量分布情况，每一个数据点代表的是有多少件专利具有的权利要求数量落在该区段。一般来说，专利权利要求的个数可以反映该专利的技术创新程度，技术覆盖范围和权利稳定性，有价值的专利一般都表现为权利数量多且技术覆盖范围广。因此，权利要求数量较多的专利，技术含金量较高，技术覆盖范围也相对较广，权利较为稳定。

如下图所示，以王教授为发明人的权要数量主要集中于6-10项，由于国内权项多于10项要额外收附加费，所以，该公司的权要数量属于国内普遍情况。相比较而言，权要数量多的专利更值得我们关注，其往往是该公司的高价值专利。

3.3 PDF全文页数分析

本项目分析的是所分析的专利的PDF全文页数的分布情况，每一个数据点代表的是有多少件专利其PDF全文的页数落在该区段内。PDF全文页面的多少，能在一定程度上反映了专利质量和创新性。一般来说，PDF全文页数较多，专利质量相对较高。

如下图所示，以王教授为发明人的专利全文主要是6-10页，也属于国内普通情况，本文不过多阐释。需要提醒的是，仍需关注11-15页、16-20页的专利文献。

4.法律状态分析

4.1专利类型分析

本分析项分析了专利类型分布情况，每一个数据点代表的是该专利类型下有多少件专利。受到各专利受理机构审查制度的影响，发明专利一般来说都需要经过实质审查才能授权，一般来说发明专利的技术含金量和专利质量都比较高，因此对于专利类型的研究能够从一个侧面反映专利的质量，相关技术的技术含金量和技术先进性。通常来讲，所分析的专利中，发明专利数量较多且达到一定占比，说明相关技术技术含金量高，而且专利质量较高。

如下图所示，以王教授为发明人的专利发明占比较高，达到73.7%，说明创新度比较高。

4.2各类型的专利申请趋势分析

本项目分析的是发明专利、实用新型专利和外观设计专利各自的申请数量随时间的变化情况。受到各专利受理机构审查制度的影响，发明专利一般来说都需要经过实质审查才能授权，一般来说发明专利的技术含金量和专利质量都比较高，因此对于专利类型的研究能够从一个侧面反映专利的质量，相关技术的技术含金量和技术先进性。通常来讲，所分析的专利中，如果发明专利数量较多且申请数量随时间呈上升趋势，则说明相关技术含金量较高，且创新趋向活跃，技术发展较为迅速；如果发明专利数量较少且申请数量随时间趋于平缓或呈下降趋势，则说明相关技术创新趋向平淡，技术发展较为迟缓。

从下图可以看出，王教授作为发明人的专利中，主要以发明为主，虽然发明较多，但根据下图可以看出，发明的趋势近些年来有所下降，而实用新型的申请量趋势有所上升，当然这与专利的审查制度也是有关系的，存在部分未公开的现象，综合来看，王教授对于实用新型和发明专利均较为重视，发明专利数量偏多说明其技术创新趋向活跃，相关技术含金量较高。

4.3当前法律状态分析

本项目分析了所分析的专利的当前状态的分布情况，每个数据点代表的是该状态下拥有的专利申请的数量。专利当前状态，能够从侧面反应出专利本身的价值和技术含金量，例如，通常来说处于有效状态的专利比处于无效状态的专利有价值。

如下图所示，王教授作为发明人的专利中，放弃/终止情况的专利占比较高，达到了52.6%。这些专利中可能会存在技术金矿值得关注。下一阶段，随着王教授团队的专利管理能力的不断提升，未来的授权专利占比将会更高。

5.其他分析

5.1共同申请人分析

由于我们选择分析的数据为申请人是北京航空航天大学、中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所的专利，因而王教授作为北京航空航天大学教授、博士生导师其主要专利为就职单位，专利占比为84.2%，另外作为同是航空领域的中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所与其有合作，申请专利量占比为15.8%。当然不排除还有一些公司和高校与王教授有共同申请的专利，我们后期再进一步考证分析。