基于知识图谱的全球4D打印技术专利数据挖掘分析

4D打印技术专利中蕴藏着大量反映该技术领域发展情况的有效信息,通过数据挖掘,可以高效、准确地预测该领域技术发展趋势。本研究基于Derwent Innovations Index专利数据库,设计针对全球4D打印研究领域的专利数据挖掘分析框架,构建数据库,以CiteSpace等软件为支撑,从宏观发展趋势层面与微观技术演进层面对数据进行量化挖掘分析,绘制了该研究领域知识结构、知识演化的各类知识图谱。结果表明:从宏观角度分析,4D打印技术专利申请量增势迅猛,国内与国外趋势不同,技术发展已完成一次技术生命周期回环,待进入二次循环;以中国为主要支撑的亚洲国家是技术输出重镇,该领域全球研发实力集中度分散,核心研发机构多处于中国。从微观角度分析,4D打印技术已分化为打印结构、打印材料、打印工艺、外界激励、医疗应用五大类,且均为新兴发展领域,其中打印工艺和打印材料是该领域现阶段聚焦的关键技术。由前沿热点演化路径可知,目前该技术研究向着机电系统传感器与4D打印设备相结合的方向发展。

基于知识图谱的4D打印研究可视化分析

近年来,基于智能感应材料的增材制造技术即4D打印技术已愈发引起学者和社会的广泛关注。基于中国知识基础设施工程(Chinese knowledge infrastructure engineering search platform,CNKI)检索平台,设计针对4D打印研究领域的文献数据挖掘分析框架,构建数据库,以CiteSpace等软件为支撑进行量化研究。研究结果表明,中国4D打印研究领域科技文献发文量总体呈现指数式增长规律,在历经稳定增长阶段后,进入了快速增长期。该技术领域核心研究机构与核心作者集群重合,且呈现集群内小规模合作、集群间合作不足的特点。在微观技术分化趋势层面,4D打印研究已分化为打印材料、记忆效应、技术应用三大类;在宏观技术热点演化层面,目前该技术研究呈现出从概念集中探索到研究领域多样化的特点,向着基于4D打印超材料的研究方向发展,判断该发展趋势也是该领域未来技术机会。

基于变胞铰链的并联机构结构设计与构型分析

为了拓展变胞机构的种类,提出了一种变胞运动单元,该变胞单元采用三个旋转关节,并且三个旋转关节可以通过位置调节形成等效球铰、虎克铰以及转动副。与传统的锁定运动副来实现变胞功能的变胞单元相比,此变胞单元三种构型的切换只需对轴线位置调整,无需额外增加关节锁死电机。通过研究由线矢量构成的螺旋系统的相关性,揭示了变胞运动单元构态变化的基本原理。提出了可用于构造新型变胞并联机构的支链构型设计方法,并基于螺旋的互易性分析了各支链构型所必须满足的几何约束条件。提出了两种变胞并联机构,通过不同的支链装配形式可将其从6自由度构型转换为3自由度构型,并对支链安装形式进行改进,构造出了具有3自由度平移模式和3自由度转动模式的并联机构。对变胞支链作为中心支链组装而成的并联机构的构型及对应的运动类型进行了分析,获得了六种不同构型的并联机构。