产品造型材料与工艺 第一章 概论

产品造型设计材料与工产品造型设计材料与工艺艺北京邮电大学工业设计教研中心联系方式： 87083598(小灵通 ) 宋荆洲2007.9上帝造人上帝造人 ,设计造物设计造物 摘自 “美的工业设计公司 ”一个有吸引力的工业设计能使其在一个有吸引力的工业设计能使其在众多产品中显露出来，它具有与众不同的众多产品中显露出来，它具有与众不同的符号体系，使消费者在购买时很容易辨认符号体系，使消费者在购买时很容易辨认出自己所钟意的产品。出自己所钟意的产品。美的工业设计公司董事长兼总经理 /李锦魁产产 品品 设计设计 主要主要 项项目目 工程工程 设计设计 工工 业业 造型造型 设计设计功能 设计 制定技 术 指 标 和功能原理方案 实现 功能原理， 进 行总 体布局与构思造型方案结 构 设计 结 构方案 配合 结 构方案 进 行形 态设计 ；与造型有关的 结构 设计工 艺设计 编 制工 艺 及工装 设计 面 饰 工 艺 ， 监 督 实 施造型 设计 方案操作使用 设计 操作与 显 示的原理、 结 构 设计 操作、 维 修等空 间设计 、形 态设计 、人机因素 设计 及包装 设计维 修 设计 装配 维护 保养技 术设计装运安装 装运及安装方式 结 构 设计安全 设计 安全防 护 技 术设计 安全防 护 造型、装 饰设计色彩与涂装 外 观 保 护 技 术 方案 色彩涂装方案 设计工业造型设计与工程设计的区别工业造型设计与工程设计的区别本门课程的本门课程的 重要性重要性n 材料和工艺是产品造型设计的物质技术材料和工艺是产品造型设计的物质技术条件，是产品设计得以实现的桥梁条件，是产品设计得以实现的桥梁n 如何选用材料及其造型工艺，使其性能特点与加工特点相一致，最终实现设计的目标和要求？学习这门课程的目的？学习这门课程的目的？ n 学会根据产品造型设计的目的和要学会根据产品造型设计的目的和要求，灵活地利用各种材料的内在功求，灵活地利用各种材料的内在功能和表面特征，合理地能和表面特征，合理地 选择选择 材料的材料的加工工艺，设计出功能好、性能高加工工艺，设计出功能好、性能高、款式新颖的产品！、款式新颖的产品！重点 、 难点n 重点 金属和非金属 常用造型材料 的特点和工艺n 难点 如何充分利用 造型材料及其成型工艺，实现完美的造型设计 特别是造型结构的合理性、可加性、材料的合理性课程的体系结构n 第一章第一章 概论概论n 第二章第二章 金属材料及其加工技术金属材料及其加工技术n 第三章第三章 工程塑料及其加工技术工程塑料及其加工技术n 第四章第四章 工业陶瓷及其加工技术工业陶瓷及其加工技术n 第五章第五章 玻璃及其加工技术玻璃及其加工技术n 第六章第六章 木材及其加工技术木材及其加工技术n 第七章第七章 涂料及其涂装工艺涂料及其涂装工艺n *新材料与新工艺新材料与新工艺 *第一章 概论 第一节 材料、设计与工艺 第二节 材料的分类 第三节 材料的基本性质 第四节 造型材料应具有的特性 第五节 产品造型材料的美学基础 第六节 产品造型设计与工艺性 p 人类的生存离不开材料p 一种崭新技术的实现 ， 往往需要崭新材料的支持 p 例如：实现光通讯技术 ， 离不开 1970年制成的光导纤维材料的支持p 先进的技术反过来促进新材料的诞生第一节 材料、设计与工艺 材料在设计中的作用n 材料科技与制造技术的发展，使产品设计的内涵不断外延。n 过去工业设计师更多被束缚于产品的功能和内在因素，很多创意变为空想无法实现。如今这种状况被彻底改变， 材料激发了材料激发了设计师的无限创意。设计师的无限创意。 例如，塑料材料的诞生例如，塑料材料的诞生n 产品设计的进步史，也是材料的发展史n 从木材、陶瓷到金属、玻璃和塑料，材料的不断创新实现着人们对于产品的种种梦想， 材料的魅力是无穷的材料的魅力是无穷的n 材料是设计的载体，设计是材料的体现n “巧妇难为无米之炊 ”；如厨师要了解食材及其加工方法n 产品的功能、形体和外观与材料的质地、感官、性能及成型工艺关系密切n 材料的感官效果；n 材料的力学、物理、化学性能；n 材料的加工工艺与性能；n 材料的改性和表面处理；n 造型设计要与材料的性能特点及其加工工艺相一致，才能实现设计的目的和要求。材料、工艺、设计三者间的关材料、工艺、设计三者间的关系系n 材料、设计和工艺材料、设计和工艺 密不可分密不可分 创新是工业设计的灵魂，新材料、新工艺和新技术正是为产品的创新设计开辟新天地！n 设计离不开对材料的认识和制造成型过程的了解设计离不开对材料的认识和制造成型过程的了解 设计如何兼顾： 实用性、科学性、艺术性、经济性 ？ 如明式家具与现代板式家具 设计师必须注重材料的 性能特点 、 实用价值 与 审美价值 ，达到功能和形式的统一 如塑料儿童餐具 要设计出好的产品，必须使材料在制成物和作用于人的过程中，真正做到 “料尽其材，物尽其用 ” 材料的定义n 材料 (广义 ) ： 指人的思想意识之外的所有物质n 材料 (狭义 )： 指工业生产加工所使用的物质n 材料的基本属性：p 必须有恰当的性能p 可用于满足人类生产和生活的某一特定需要p 须有加工和利用的可能性p 必须有某种经济性材料的五个发展阶段 一、使用纯天然材料的初级阶段 (旧石器时代 ) n 使用天然材料，如：兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等。二、人类单纯利用火制造材料的阶段 n 距今约 1万年前 20世纪初至今（横跨新石器时代、铜器时代和铁器时代） n 代表性的三大人造材料 : 陶、铜、铁材料的五个发展阶段三、利用物理和化学原理合成材料的阶段（ 20世纪初，以合成高分子材料的出现标志） 合成高分子材料 （合成塑料、合成纤维及合成橡胶等） 功能高分子材料 （经辐射的高分子聚合物） 合金材料 （铁碳合金、铝合金、铜合金等） 无机非金属材料 （陶瓷材料） 超导材料、半导体材料、光纤材料、人造金刚石、立方氮化棚、金属氢等 高性能结构材料和功能材料 （不锈钢、铁合金、超耐热钢、超硬合金、压电材料、铁电材料、热电材料、光电材料、激光材料、磁光材料、声光材料等）材料的五个发展阶段四、材料的复合化阶段 （ 20世纪 50年代，以金属陶瓷材料的出现为标志） 金属陶瓷 （金属与陶瓷的复合材料） 玻璃钢 （玻璃纤维与高分子材料的复合材料） 铝塑薄膜 在高真空状态下将铝蒸发到各种基膜上的一种薄膜产品 梯度功能材料 （组成、结构、性能随材料的空间位置而连续变化的材料） 抗菌材料 如：塑料玩具用抗菌材料、纺织品等 梯度功能材料n 一般复合材料的整体材料性能是同一的，但有时希望同一件材料两侧具有不同的性质或功能，且两侧结合完美，不至于在苛刻的条件下因性能不匹配发生破坏n 例如超音速燃烧冲压式发动机，燃烧气体的温度超过 2000 ；燃烧室壁另一侧要经受燃料液氢的冷却，温度 200 左右。n 将金属和陶瓷联合使用，陶瓷对付高温，金属对付低温。但将金属和陶瓷结合时，由于二者的界面热力学特性匹配不好，在极大的热应力下还会被破坏。n 1984年平井敏雄提出梯度功能材料：通过连续地改变两种材料的组成和结构，使其内部界面消失，得到功能相应于组成和结构的变化而渐变的非均质材料。n 对上述的燃烧室壁，在陶瓷和金属之间通过连续地控制内部组成和微细结构的变化，使两种材料之间不出现界面，从而使整体材料耐热应力强、机械强度好。材料的五个发展阶段五、材料的智能化阶段n 形状记忆合金n 感温磁钢n 光致变色玻璃n 热致变色玻璃n 智能混凝土等形状记忆合金n 1963年，美国海军军械研究室 试验中需要镍钛合金丝，领回来的是弯曲的，为使用方便进行拉直n 后续试验中： 当温度升到一定值的时候 ，拉得笔直的合金丝，魔术般地迅速恢复到原状，且丝毫不差。只要达到一定温度，便立即恢复到原样。n 好像在从前被 “冻 ”得失去知觉时被人们改变了形状，当温度升高到一定值， “苏醒 ”，又 “记忆 ”起原样，便恢复面目。形状记忆合金 不仅单次 “记忆 ”能力几乎可达百分之百，即使重复 500万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂 享有 “永不忘本 ”、 “百折不挠 ”等美誉，被比作一个人永不变节、坚贞不屈的精神和气节 n 1969年 7月 20日，乘坐 “阿波罗 -11号 ”登月舱的美国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下第一个人类脚印，这位勇士从月宫里传回富于哲理的声音： “ 对我个人来说，这只是迈出的一小步；但对全人类来说，这是跨了一大步 ”n 阿姆斯特朗当时的图像和声音通过形状记忆合金制成的天线从月球传输回地面形状记忆合金形状记忆合金眼睛架如何在设计运用形状记忆合金如何在设计运用形状记忆合金？形状记忆合金还可以用作消防报警装置及电器设备的保险开关装置 感温磁钢n 温度特性：在常温状态下，为铁磁物质，能够吸引硬磁， 当温度升高到某一限界时，其磁性当温度升高到某一限界时，其磁性消失。消失。 此转变温度称为居里点。居里点随着软磁材料的成分而变化n 应用：应用： 电饭煲的控制温度 103 ，在饭熟后断电，断电后不能自动复位材料的未来发展趋势n 21世纪新材料产品向着实现 智能化 、 多功能化 、环保 、 复合化 、 低成本化 、 长寿命 及 按用户进行订制 的方向发展目前新材料的发展热点 :n 信息材料： 激光材料、高亮度发光二极管材料、红外探测器材料、液晶显示材料、光纤材料等（ 只有先知道，才有可能在设计中想到、用到！只有先知道，才有可能在设计中想到、用到！ ）n 新能源材料n 绿色二次电池、氢能、燃料电池、太阳能电池和核能。如：高能储氢材料、聚合物锂离子电池材料、质子交换膜燃料电池材料、多晶薄膜太阳能电池材料等n 纳米材料n 比如纺织行业 ：纳米材料改性的功能纤维产品相继问世；抗菌抑菌、红外保温、负离子释放、自清洁、阻燃和防水防静电产品已进入市场；纳米涂料材料的未来发展趋势n 超导材料n 不断探求更高温度超导体材料在能源、电力、移动通讯等域的应用，如超导电缆n 化工新材料n 向高性能化、多功能化、精细化、低成本化、工艺无害化等方向发展材料的未来发展趋势n 高性能结构材料n 钢铁和有色金属材料向高性能、多功能化方向发展n 高性能结构陶瓷向强韧化、易成形加工方向发展n 高分子材料向集成化、智能化、多功能化方向发展n 复合材料向高性能、低成本方向发展材料的未来发展趋势第二节 材料的分类 n 按材料的发展历史分n 天然材料n 加工材料n 合成材料 n 复合材料n 智能材料或应变材料n 按材