《产品设计程序与方法》-第6章

6.1产品模型制作6.1.1产品设计中模型制作的意义与作用为了实现产品的开发、设计和应用，需要定量或定性地分析和掌握产品的功能与特性，制作模型贝是开展这项工作的有效方法。产品模型制作可以对设计效果与设计的可行性进行评估与反复推敲。在产品设计中，由于二维空间的局限性，图纸往往不能全面地反映产品整体的真实效果，而产品的三维模型却能全方位地从视觉、触觉等方面反映出设计整体的效果。产品模型制作不仅有助于设计师分析和掌握产品的功能和特性，分析其设计的可行性，还能够启发设计师的设计灵感，开拓他们的思维。下一页返回6.1产品模型制作此外，产品模型制作在降低企业风险和开发成本方面具有重要的实际意义。一般来说，一个新产品的研发要经过从市场调研、设计、样模加工、评估、开模、生产及转化为商品这几个环节。在整个过程中，开模阶段将决定并影响产品的最终效果。一方面，产品设计的每一个阶段都要投入大量的人力和物力，产品设计中的任何一个环节发生了差错，都会导致设计最终的失败或延缓产品开发的周期，其损失可想而知，而产品模型的制作正是为了对产品进行更深层次的推敲和修正，保证产品开发的顺利进行。另一方面，模具开发的费用一般比较高，动辄几万或者几百万元，如果整个设计过程中在开模阶段才发现结构不合理或者细节上的问题，再返回前一阶段进行修改，其损失之大可想而知。相对开模而言，模型既可以对定型的设计进行检验与推敲，又具有加工快、成本低的优点，通过这种三维模型效果来检测设计可能出现的问题，可以最大程度地避免损失，减少开模的风险。上一页下一页返回6.1产品模型制作此外，模型还可以小批量地加工生产，并被企业以新产品设计发布、展示、交易、订货等方式公之于众，以便获得市场的反馈，寻求合作与投资。通过市场的及时反馈，掌握市场的最新需求趋向，对于产品的推敲和验证，为后期的生产工序的准备与调试起着关键的作用。这就是设计的超前预想通过模型的表现使企业以最小的风险来获得产品开发带来的市场效益。最后，开展模型制作课程(图6-1)，对于工业设计教学工作有着重要的意义。不仅可以授人以知识和技术，培养学生动手能力和分析问题、解决问题的能力，而且，学生在模型实验室环境里，可以通过团队合作，培养团队合作精神。上一页下一页返回6.1产品模型制作6.1.2模型制作的分类工业设计产品在功能与形态上的差异性和工业设计的不同过程决定了模型所涉及的材料、工艺及其种类的多样性。而且，材料不同、形式不同的模型又对工业设计的不同过程、不同要求有着各自不同的作用。

1.按用途分类工业设计模型按照用途区分的4个类别正好映射到产品设计进程中4个关键阶段，产品设计经过产品创意阶段，产品形态设计阶段，产品功能结构设计阶段和产品论证与试生产阶段，它们之间具有的对应关系为:概念模型、工作模型、工程模型、产品样机。上一页下一页返回6.1产品模型制作(1)概念模型概念模型又称为粗模，是在设计创意阶段用概括手法快速表现产品构思的造型风格、形态特点、人机关系等，重点是表达设计的思路与概念，用以验证和发展设计构想，是设计师自我交流的结果，也可作为设计团队内部研讨的样本。是在初级阶段，对形态进行初步的推敲，伴随着设计师的创意和思维同步。创意概念模型一般都是较新或是创新的设计概念，其设计创意的具体形式，一般也超前于现有的工艺加工技术。通过概念模型，延展了设计师的思维想象能力，诱导设计师探求、发展、完善新的形态，获得新的构思。概念模型(图6-2)通常选择容易加工的材料(如油泥、石膏、纸材、轻质泡沫等)进行快速制作，可以较少地考虑后期开模与生产的问题。目前，这类模型在大中专院校进行的工业设计教育中运用得比较普遍，对于开拓学生的设计思维与创新思路有着积极的作用。上一页下一页返回6.1产品模型制作(2)工作模型在完成了创意模型的制作后，接下来是产品形态设计阶段，即产品的深化阶段。通过制作在外观上很接近最终产品的工作模型，对产品造型细节进行推敲，检验设计的产品在各个方面是否符合设计诸要素，并对设计提出修正意见，使设计更为完善。对形态设计进行最终探讨和研究、提供定型生产所需形态信息、能够完全反映产品造型特点的模型，不仅仅是外观形体细节需要精确控制，而且表面质感和光影效果也要尽量做到与真实产品无异。由于工作模型以产品外观造型为主，模型本身不具备操作功能，一般不包含内部结构，设计师还可根据需要就设计中的某些具体问题进行工作模型的制作研讨，可以专门为研究形态的变化而制作模型，也可以就某一细节专门制作模型，如专门制作相关模型进行色彩、风洞、人机交互等方面的研究与探讨(图6-3)。上一页下一页返回6.1产品模型制作在进行产品色彩研究时，就可以只是制作一个简易的半球体，分别喷上不同颜色的油漆，在不同的光线和使用环境中进行研究比较;在进行一些如鼠标一类曲面比较大的产品人机工程学研究时，就可以只制作出产品的大型，忽略所有的产品细节，通过不同的使用人群进行模拟操作，记录使用者的感受、舒适程度等，来对产品造型进行不断的修正，以达到人机的完美结合。总之，工作模型是深入设计的必然产物与有效手段，通过设计师的手指，透过实物去感知与设计，有效地弥补了二维图纸与电脑虚拟形态的一些技术缺陷。在制作时常常采用油泥、石膏、木材、塑料等较为容易成型且易于修改的材料。上一页下一页返回6.1产品模型制作

(3)工程模型工程模型是在产品工程设计阶段进行结构设计、物理性能或机械性能验证而构建的模型。随着电脑技术的发展，现在工程模型一般采用三维工程设计软件构建实体模型或参数化模型，如产品设计方案的内部结构爆炸图就是在结构模型基础上生成的。该种模型基本上是工程师根据产品的结构方式和结构特点建立的，设计师起到辅助作用。根据不同要求、选用不同材料制作的不同形式模型，是为了得到某一项专业数据或者检验特定的结构特性。例如，研究交通工具风阻情况在风洞实验中使用的可以是实心模型，而反映汽车引擎等部件形状和装配关系的模型就是剖面模型或透明模型。上一页下一页返回6.1产品模型制作

(4)样机模型由于工作模型只呈现外观造型，工程模型只能反映产品的结构与功能的实现，未能反映产品的使用功能与产品造型的和谐统一，所以，为使产品设计的造型、功能等较全面地反映出来，就需要按设计产品的原大尺寸制作1:1的样机模型。样机模型是在生产之前的与设计的产品外观完全一样，并且装有机芯，可以工作的真实产品模型。样机模型不仅在造型、结构上与产品图样相符，而且模型内部的空间结构与设计图样也要基本相同，通过样机模型可以将产品的功能如实地演示出来。因为样机模型不但要满足外观造型与使用功能要求，而且还要进行演示，所以，工业设计中的样机模型多用塑料或实际产品本身所需材料制作而成。上一页下一页返回6.1产品模型制作2.按制作材料分类产品模型根据制作材料的不同，大致可以分为石膏模型、木质模型、塑料模型、油泥模型、玻璃钢模型与其他综合材料模型6类。不同材质的模型有着各自的优缺点，在实践应用中，可以根据实际产品对模型精细程度的要求和成本预算的多少来选择合适的产品模型。

(1)石膏模型的成型特性和应用范围石膏粉是洁白的粉状物质，是将天然石膏进行锻烧而成的半水石膏。可在常温下加水后慢慢凝固。石膏粉一般分两种:一种叫模型石膏，质纯色白，浇制石膏模型光滑而细洁，不留气孔。另一种叫建筑石膏，颜色较白，质量稍差，浇成的模型颜色不太洁白，凝固时间比前者稍长，有时中间会有小气孔。上一页下一页返回6.1产品模型制作影响石膏模型效果的主要因素是气孔率和机械强度，水量多贝气孔率高、强度低;反之，水量少，则气孔率低而强度高。一般来说，制作模型用的石膏浆所用石膏粉与水的比例是1门.3，注浆用石膏所用石膏粉与水的比例为4:3，母模用石膏浆中石膏粉与水的比例为5:4。水温与水量还决定了石膏凝固的速度，水温高、水量少、搅拌快，贝石膏凝固速度快，反之曼。石膏模型具有易于直接浇注、车削加工成型、模块刮削成型、翻制粗模成型后加工、骨架浇注成型加工等优点。但是，如果用石膏制作大模型则会出现体积过大的问题，不易搬运、容易损坏，而且与其他材料连接的效果也不是很理想。图6-4为学生在课程设计中的作业。石膏模型成本较低，适用于简单产品的制作开发和教学中学生作业作品的制作。上一页下一页返回6.1产品模型制作

(2)木质模型的成型特性和应用范围木材是传统的、优良的设计材料，自古以来就被用来制作家具和生活器具，是一种优良的造型材料。长期以来，木质材料在产品设计模型制作中占有重要的地位。由于它是一种天然的材料，所以也是最富有人情味的材料。天然的纹理和色泽具有很高的美学价值，但木材也有一些不可避免的缺点，比如节疤、裂纹、易弄污等，也影响了木材的使用效果。其缺点是加工工艺比较复杂，比较费时，而且不易修改。图6-5为用木质材料制作的机模型，相对于其他材料制作的模型显得比较粗糙，表现力不够丰富。尽管现在制作模型的方式多种多样，但由于木质材料取材方便，制作工具易于购买。在当今高校的模型制作中还占着不低的地位，一是可充分地利用好现有的设备资源;二是通过木质模型让学生锻炼了动手能力，并了解传统木质材料的加工工艺。上一页下一页返回6.1产品模型制作

(3)塑料模型的成型特性和应用范围塑料一般是由树脂和添加剂组成:树脂包括天然树脂如松香、玻拍、动物胶等;合成树脂如人工合成的高分子化合物。塑料的品种很多，主要有几十个品种，用于制作模型的主要是聚氯乙烯(PVC),聚苯乙烯、ABS工程塑料、有机玻璃板和发泡塑料等。塑料一般质轻、强度高、耐化学腐蚀性好，且具有很好的可塑性，可采用很多种加工方法，如漆塑成型、模压成型、注射成型、搪塑成型等方法。具有很强的形态表现能力。因此，塑料这种新兴材料已经成为设计用来表达构想的好帮手，已经成为产品模型制作中的重要材料之一。塑料模型广泛应用于家用电器(图6-6)和电子产品模型的制作。上一页下一页返回6.1产品模型制作

(4)油泥模型的成型特性和应用范围油泥是一种人工制造的材料，加工方便，可塑性强，可以回收和反复使用，表面不易开裂并可刮腻后打磨涂饰。所以，油泥模型被广泛地用于异形和曲线较为复杂的模型形态塑造，也常被用于设计模型的制作与设计推敲。油泥模型制作中，为了增强模型的强度和降低制作的费用，一般还要和其他材料搭配使用。一个油泥模型主要由支撑材料、填充材料和油泥三部分组成。油泥材料的主要成分是滑石粉、凡士林和工业用蜡，使用时需要加热的温度一般在55℃-60℃，但不同品种的油泥加温软化的温度也不同，其冷却的温度也有所差别。上一页下一页返回6.1产品模型制作在油泥模型制作加工中，通过计算机放样与三坐标仪进行测点找对称来加工形态，可以极大地提升模型制作的精度与质量(图6-7)。高质量的油泥模型也可以运用三坐标仪进行测点扫描输入计算机后，直接与工程软件对接而应用于工程开模。在车辆设计如摩托车、汽车的造型设计中，通过油泥模型与计算机辅助设计的配合，不断进行推敲和修正的方法已经得到了非常广泛的应用。(5)玻璃钢模型的成型特性和应用范围玻璃钢(FRP)指的是玻璃纤维增强塑料，是玻璃纤维增强复合材料的重要组成部分。根据其材料自身性能特性，现在广泛应用于雕塑、工艺品、汽车和建筑等领域。上一页下一页返回6.1产品模型制作玻璃钢主要由玻璃纤维和树脂两部分组成。玻璃纤维俗称“玻璃布”，指高温熔融后通过拉丝、喷吹、甩丝等方式使玻璃熔液成为纤维状的纤维纺织制品。树脂称为聚合物，在玻璃钢材料中树脂是指热固性树脂，如不饱和聚醋树脂、乙烯基醋树脂和环氧树脂等。玻璃钢模型制作的前提是将流动性的树脂放入模具中使其成型。模具的制作是玻璃钢模型制作的基础，模具的质量也直接影响着翻制出来模型的质量。模具可以用石膏、玻璃钢等来制作(如图6-8)，玻璃钢制作的模具较石膏精细，但费用相对较高。上一页下一页返回6.1产品模型制作玻璃钢材料的优点是强度高、破损安全性好、成型工艺性优越，可以进行批量生产。而且在玻璃钢材料表面上漆等材质处理方面有较好的应用性能，特别是在大型产品后期模型的制作中有着不可替代的优势。它也可以在一些产品的试生产阶段做到与生产线上产品一样的效果。所以，其在工业设计产品模型制作上有着很大的应用范围，尤其是在一些大型的产品设计的最后成型、验证阶段，或从其他材质的模型如木材、油泥、石膏进行转换作最后的效果处理，可起到重要的作用。上一页下一页返回6.1产品模型制作(6)综合材料模型的应用综合材料模型是指制作的模型由多种材料加工构成。现代产品，其构成的材料一般都不是只有一种材质，如一部手机，就包含了工程塑料、合金、铜、玻璃等材料，手机的电路板和芯片又包含有各种金属和非金属及合成材料等。一辆高级轿车更是由成千上万的部件组成，其中各个部件的制作材料来源广泛:铝合金的发动机、陶瓷的火花墨、胡桃木的操控台、真皮的坐椅。所以，为了更加真实地反映产品的效果，模型制作的各个部件往往尽量应用各种相近的材料进行加工，才能使制作的产品模型达到真实模拟的效果。由于产品造型形态的复杂性与模型表达的局限性，同一产品形态的不同部位又必须遵循材料加工特性与工艺条件以满足形态塑造的需要。上一页下一页返回6.1产品模型制作由于在综合材料模型中，模型制作的材料是多种多样的，只要适合产品的形态特征，也可以在产品制作中进行一些废物利用，如易拉罐、废纸板等，一些废旧电器上的各种按键、开关，都可以应用到产品模型制作中来。另外，还可以买一些配套用的部分，这些部件往往是不易制作或者是用其他材料制作出来效果不好的部件。在制作汽车模型时，一些汽车车轮就可以从模型店或者玩具店直接买到(图6-9)，在木质材料为主体的模型中也可以综合运用金属、塑料等材质。各种材料的性质有所差异，在制作过程中，一定要注意掌握好各种材料之间的结合问题，特别是注意连接的效果与强度。上一页下一页返回6.1产品模型制作6.1.3模型制作的主要流程各种材料的产品模型有着各自的特点。可根据不同的要求选择不同的材料的模型。在产品造型设计的模型制作中，油泥模型由于其细腻均匀、性能稳定、表面处理比较细腻，在产品制作中有着广泛的应用。本节以制作汽车模型为例，介绍油泥模型制作的一般步骤。一般的油泥模型设计与制作流程如下。制作准备阶段一基架制作一产品内芯制作一敷油泥一粗刮油泥一细节加工一细节处理一油泥最终结果一玻璃钢模型的翻制一喷漆打磨一最终效果处理。上一页下一页返回6.1产品模型制作1.制作准备阶段我们应该确定设计意图，挑选出效果图，并根据效果图绘制三视图，三视图要求规范，标注好主要尺寸，确定制作比例，以备在模型制作与设计过程中参考。为制作模型放样做准备。由于产品模型是一个三维的物体，在制作油泥模型(特别是车辆的模型)时，用硬纸板、玻璃板或者合板等，按照产品的三视尺寸裁切出相应的放样板(图6-10)。放样的作用是为了保证模型在加工时保证其准确性，可在内芯制作、敷油泥、粗加工阶段，通过放样板对产品大型进行一个准确的把握。制作比较大的产品模型时，还可以通过投影放样的方法，将产品图像投到合适面积的板上，将产品尺寸和轮廓准确地勾勒出来。上一页下一页返回6.1产品模型制作2.基架制作做好准备工作之后，我们就开始了模型制作的第一步—制作模型的基座。基座主要由骨架和平板组成。骨架是整个模型的支撑基础，就如人的骨骼一样。骨架要有良好的承重能力，因为木料、油泥、内芯都有一定的重量，均依靠骨架的支撑，骨架要有良好的稳定性，能够在制作和移动过程中不发生形变、损坏(图6-11)。如果模型(车身)的一些附件在装配时与骨架发生干涉，修改骨架将涉及其承重性与稳固性，所以尽可能地使骨架少占空间，合理地占用空间，这就要求在模型的制作和设计过程中要有系统性的思维方式。骨架应该方便，以便于制作下一个模型时，还能对此模型骨架材料进行再度利用，这有利于节省材料，节约成本，缩短制作时间。最后，在骨架上面铺上一块结实的板材，模型制作的基架就制作好了。上一页下一页返回6.1产品模型制作3.产品内芯制作为了增强模型的强度和降低制作的费用，一个油泥模型主要由支撑材料、填充材料和油泥三部分组成。油泥模型的内芯可采用高密度苯板或聚氨醋硬质泡沫板材来进行制作(图6-12)。添加覆盖物不但可以减轻车身重量，便于移动，也可以更准确地塑造内芯的形态，使之与完成形态更加接近，从而节省油泥的用量，降低了成本。覆盖物形状的修整可以使用很多工具:美工刀、钢锯、砂纸等。如果是采用一般的包装泡沫，内芯做好后需在外表敷上一层白乳胶保证加工后的表面光滑，更有利于油泥的乳结。如果是苯板材料，还可以使用热熔性的工具，简单地说，就是电热丝，它可以通过融化苯板来完成切割的目的。上一页下一页返回6.1产品模型制作4.敷油泥油泥在使用之前应该放在恒温烤箱进行加温，油泥温度应保持在50℃-60℃，不同品牌的油泥最佳工作温度有所不同，温度过高会导致油泥的损耗很大，温度太低则油泥没有软化，可塑性受到影响。在敷油泥时，一般油泥应比实际初步设计的曲线超出1厘米左右。在敷的过程中，应从模型中间向两侧一层接一层地敷，第一层应是薄薄的，如图6-13所示，在敷油泥过程中应用拇指和手掌沿一个方向碾压添加，注意用力适度，且不可把气体敷进去，不然，对后期精修平整处理有很大影响。在敷油泥时可以通过放样板不断对产品的大型进行调整，以保证在油泥制作的每个阶段都尽量使模型接近设想形状与尺寸。上一页下一页返回6.1产品模型制作5.粗刮油泥敷好油泥后，我们便要开始粗刮。首先在车身上找好基准点，一般情况是将基准点找好后连接起来，形成坐标网格，供我们刮油泥时参考。先刮大的面，再刮小的面，然后完成面与面之间的过渡处理。粗刮模型的作用是准确地塑造出产品的大概形状。在油泥粗刮阶段，用得比较多的是锯齿刮刀和平口刮刀。一般来说，首先用宽而粗的锯齿刀，再用细而小的锯齿刀。锯齿刀的作用是快速地将大面积的面修整出来。可根据面的大小来选择不同型号的锯齿刀和平口刮刀。此外，一些锯齿钢片和平口钢片在油泥的粗刮阶段也应用得比较普遍(如图6-14)。

通过刮与补的方法，不断参考产品尺寸和效果图，准确地把产品形状表现出来。先修一个侧面，再修另一个侧面。粗刮应在油泥敷完后整体进行，以达到尽可能的准确。上一页下一页返回6.1产品模型制作

6.细节加工粗刮油泥后，得到模型的基本形态，我们还需要对模型的细节进行深入的刻画，在这个过程中，我们要注意线条的流畅和形态的美感，一定要细致，力求完美。边线要精细刻画以体现造型的工艺特征，表面收光平整以获得良好的视觉效果。细节加工的目的，是将产品的凹面、曲面、槽、线等丰富内容表现出来，所以，针对这些制作，这阶段将使用到蛋形刮刀、三角刮刀、弧形刮刀、门缝导槽等一些精细的修饰工具(图6-15)。在此阶段制作中，除了制作出精美好看的模型外观外，还必须考虑到产品生产时的工艺结构，如形态构造连接的细节、构成形态模块生产开模的分模线的表现等。上一页下一页返回6.1产品模型制作7.油泥最终结果确认形状完全无误，各面的光顺度都要达到要求。细节处理完毕后，我们需要再一次对整个模型进行修整，保形态无误，表面光顺。用专用的油泥抛光片将表面进行抛光处理。为了使模型更加真实，效果更好，还可在模型表面贴上专门的反光膜、并选用一些其他材质的配件，如汽车模型中选用橡皮轮胎等。在表面进行刮腻子、上漆、打磨等处理。完成的油泥模型可以作直接的展示和研究用，也可通过三维红外扫描仪器将油泥进行扫描，扫描的数据经过处理后可以转化成工程数据进行开模生产。另外，油泥也可以作为玻璃钢的母模，制作出相应的模具(图6-16)，然后翻制成精致的玻璃钢模型。通过表面处理、喷漆(图6-17)等工序，成为一个坚固而展示效果更好的产品模型。上一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工手板也称首板，即产品的第一个样板。早在20世纪70年代香港开始有手板兴起，因早时都手工制作为主，因而得名“手板”，其实叫首板更为准确。一个企业成功的关键是在于创造成功的产品、而产品的成功及产品发展的命运往往维系于准确的市场及相应的设计概念，所以优秀产品设计的评价是市场份额及其美学价值，产品设计出来后只有通过快速制作样板(即手板)去面对客人，才更利于新产品的宣传。手板另一方面的意义在于使开模方面有所参照，快速而节省资金，手板是用实物表现设计，使设计更具体直观。使产品的缺陷与瑕疵都可以在产品开发的前期得以弥补和改良，让产品在开模之前有一个成熟的设计，具体表现为:下一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工(1)检验外观设计通过制作的实体模型，把设计师构想的形体、色彩、尺寸、材质反映出来。为更深入的交流、评估、修改和完善设计方案、检测设计方案的合理性提供有效的实物参照。

(2)检测结构设计手板可以验证结构是否满足规定要求，如结构的合理与否、安装的难易程度、人机学尺度的细节处理等。

(3)降低开发风险通过对手板的检测，可以在开模具之前发现问题并解决问题，避免开模具过程中出现问题，造成不必要的损失。上一页下一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工

(4)快速推向市场根据手板制作速度快的特点，很多公司在模具开发出来之前会利用手板做产品的宣传和前期的销售，快速把新产品推向市场。样机模型指设计的最终实体结果。它要尽可能具有真实感，能够体现产品投放市场后的真实效果(外观质量、材料质地、使用操作方式、功能运转原理等)。样机制作的目的是用于最后的产品直观评价和生产风险的检测，有时也用于参加各类展示活动和订货洽谈会。随着数字化技术的发展，计算机辅助设计与辅助制造技术不断得到完善，辅助设计软件和硬件设备的升级换代大大地提高了产品开发的效率和精确度。现在的样机制作已经不仅仅停留在传统手工技术基础上了，设计师在实践中有了更多更灵活的选择。如今，基于参数化建模技术平台上的激光快速成型以及NC数控精密车铣技术是当前社会上常用的样机制作手段。上一页下一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工1.激光快速成型激光快速成型(rapidprototyping,RP)技术是一项20世纪80年代后期由工业发达国家率先开发的新技术，其主要技术特征是成型的快捷性，能自动、快捷、精确地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直接制造零部件，是通过计算机软硬件设备控制堆积成型，加工快速、尺度与比例准确，缺点在于外表相对粗糙，还不能完全传达产品的最佳效果。快速成型是制造技术的一次飞跃，它从成型原理上提出一个全新的思维模式，为制造技术的发展创造了一个新的机遇。上一页下一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工快速原型制造技术起源于美国，很快发展到日本、西欧和我国，是近20年来制造技术领域的一次重大哭破。快速成型技术的商业化是从20世纪80年代末开始的，从这个时期开始，快速成型技术有了根本性的发展，出现的专利更多，首先是CharlesWHull在1986年提出了一个用激光照射液态光敏树脂，分层制作三维物体的现代快速成型机的方案。随后，美国的3DSystems公司据此专利，于1988年生产出了第一台现代快速成型机—SLA-250(液态光敏树脂选择性固化成型机)，开创了快速成型技术发展的新纪元。在此后的10年内，涌现了10多种不同形式的快速成型技术和相应的快速成型机，如薄形材料选择性切割(LOM)、丝状材料选择性熔覆(FDM)和粉末材料选择性烧结(SLS)等，并且在工业、医疗及其他领域得到了普遍的应用。上一页下一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工这些工艺方法都是在材料累加成型的原理基础上，结合材料的物理化学特性和先进的工艺方法而形成的，它与其他学科的发展密切相关。快速成型制造技术是一个具生命力的技术，近年来研究和开发人员不断探索新的方法。美国是世界上最重要的日尸设备生产国，其技术发展水平及趋势代表了世界的日尸发展水平和趋势。不仅如此，日尸的发展还派生出了一个全新的领域—快速模具制造(rapidtooling)，从而使快速成型成为现代制造业必不可少的支柱技术。我国从90年代初开始进行有关快速成型技术的研究和开发，现已取得令人瞩目的进展。国内不少大学已经对此技术开展了大量的相关研究。在工业领域，一些汽车、摩托车、家用电器和模型制造行业都已装备快速成型机，面向社会的快速成型服务中心和政府支持的快速成型中心正在建立和扩大，越来越多的行业对快速成型技术的重要性的认识也在日益加深。上一页下一页返回6.2产品手板制作与产品样机加工

2.加工中心制作模型(CNC)

相对快速模型，它的优点是采用物理加工成型，原料采用密度较好的具有很优异韧性和强度的工程塑料，这类模型能非常准确地反映出图纸所表达的信息，外表工艺平整，接近产品真实效果。CNC模型是近代工业的产物，综合计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)等先进技术，把计算机上构成的二维数字模型由整块材料挖掘生成。CNC模型实验系统(图6-18)相对于快速成型速度更快，外观和结构更能体现设计思想。而且CNC模型表面处理可以实现多种形式:抛光、喷砂、喷漆、丝印、特殊表面工艺处理、有机玻璃彩色透明处理、电镀、阳极处理等，其效果完全可以同开模具后生产出来的产品媲美，因此CNC模型已成为现代工业的主流，在工业设计实验中也占有重要的地位。在产品设计进程中，制作CNC手板模型是一重要且必不可缺少的环节，其工艺流程如图6-19所示。上一页返回6.3产品设计制作的发展趋势随着时代的发展，新时代的工业设计呈现出向高科技横向渗透、交叉与综合发展的趋势。一方面，由于计算机技术的高速发展CAID-CAE-CAM的技术平台一体化，进一步促进了设计技术走向综合;另一方面，由于市场竞争日益激烈，企业对工业设计要求越来越高，工业设计公司应能够向企业提供更快速、更全面的服务。设计部门与其他部门的协作更加紧密。所以，在技术上，虚拟现实日趋成熟，拓展了产品设计的手段和实现方式，提高了投资的可靠性降低了开发成本，引领产品设计往一个更高的技术高峰发展。在管理上，引入并行工程与协同设计的理念，打破传统的组织结构带来的部门分割封闭的观念，在产品开发过程的早期就考虑到其后期发展的所有因素，提高产品设计、制造的一次成功率，缩短开发周期、降低成本，增强企业的竞争力。下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势6.3.1计算机辅助工业设计的发展计算机辅助工业设计—CAID,即在计算机及其相应的计算机辅助工业设计系统的支持下，进行工业设计领域的各类创造性活动。与传统的工业设计相比，CAID在设计方法、设计过程、设计质量和效率等方面都发生了质的变化。目前从CAD到CAE到CAM是工业设计数字化实现的一个重要过程。一件工业产品CAD指的是产品的数字化建模;CAE是产品的工艺设计阶段，是选择加工方式，确定加工顺序及选用机床的过程;CAM贝是采用NC机床技术进行模型产品的物理输出。上一页下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势CAID设计的基本程序注重对产品设计工艺性、可实现性分析，从设计之初就与生产信息结合起来。目前，国内外CAID的研究主要集中在计算机辅助造型技术、人机交互技术、智能技术以及新兴技术的应用研究等方面。产品造型技术现已发展到特征造型和参数化、变量化设计阶段，为实体模型向产品模型的转化铺平了道路。同时，CIMS、并行工程、虚拟制造等设计模式的发展，使得产品模型必须解决全生命周期中的信息共享、各种模型数据的转换和网络传输等问题。目前主流计算机辅助设计软件及其特点如下:Pro/Engineer，它包括一个工业设计模块Pro/Design,用于复杂产品的设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。可用于二维图形绘制以及三维的固体建模编辑。Solidworks,Solidedge用于相对低端的设计环境，而Alias根据软件自身的功能特点，常用于大型的自由体的创建。Rhin。具有很高的自由曲面生成能力，比如适合于一些复杂的家具和其他有机产品形状的建模。上一页下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势3DMax具有动画场景生成功能，在一些设计中，需要体现产品内部部件之间的结合关系、产品的功能原理，以及场景性动画，这时利用3DMax的动画功能就可以很方便地实现零部件之间的虚拟运动，尽量表现产品的特点和性能。除了以上的软件，还有EDSUnigraphics,EUCLID,Autodesk等都提供了有关产品早期设计的系统模块，它们被称为工业设计模块、概念设计模块或者草图设计模块。如EDSUnigraphics主要解决的就是异地设计中的协同问题，使得不同部门的工程师和设计师在设计早期阶段，就可站在系统工程的角度，同时针对多种可选的设计方案进行评估和修改。上一页下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势6.3.2并行工程与工业设计的结合长期以来，产品开发大多沿用传统的顺序(串行)设计方法，遵循。‘概念设计(ConceptualDesign)一详细设计(etailDesign)一过程设计一加工制造一试验验收一设计修改”的设计、制造程序。由于在设计的早期不能很好地考虑后续的可制造性、可装配性、质量保证、产品销售等多种因素，因而不可避免地造成产品设计改动量大、开发周期长、成本高等问题，难以满足市场日益激烈竞争的需要。传统的串联工作模式如下:产品信息一研究开发一模具设计一加工制造一支持。它带来的后果必然是:错误将沿着设计链一直传播下去，而且通常在付出昂贵的代价或在不便修正的情况下才被发现。不仅仅是设计和制造之间，在产品设计和其他部门如装配、销售等之间的脱节更加明显。为了改变这种状况，人们提出了并行工程的思想。上一页下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势并行工程(CE)，也称并行设计(ConcurrentDesign)或同步工程(SimultaneousEngineering)，“CE是一种系统的集成方法，采用并行方法处理产品设计及相关过程，包括制造和支持过程。这种方法力图使产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产品生产周期中的所有因素，包括产品质量、成本、作业调度及用户需求”。它站在产品设计、制造全过程的高度，强调参与者群体协同工作的效应，重构产品开发过程并运用先进的设计方法学，在产品的早期阶段就考虑到其后期发展的所有因素，以提高产品设计、制造的一次成功率，从而大大地缩短产品开发周期、降低成本，增强企业的竞争力。上一页下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势并行工程在美国、日本、德国等一些发达国家中已经得到广泛的应用，其领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。例如，在1994年，美国的波音公司就开始将并行工程的方法运用于波音777系列飞机的研发上，结合CAD/CAE/CAM技术，实现了无纸化设计，试飞一次成功，比传统方法的开发时间节约了近50%,研发和生产成本也大大地降低了。目前，国内企业对并行工程非常重视，并进入一个高速发展的阶段。

CE是建立在CIMS基础上的优化运行模式。它为计算机集成制造(CIM)的总体优化提供了新的思想与技术。它通过组成多学科产品开发队伍，改进产品开发过程，利用各种先进的计算机辅助工具和PDM等技术手段，使产品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素，达到缩短产品开发周期、提高严品质量、降低严品成本的目的。上一页下一页返回6.3产品设计制作的发展趋势它强调各个部门的“协同工作”，即产品设计师、工艺师、财务分析人员、生产计划人员以及采购供应、市场营销人员在开始时就集合在一起，把过去的“传递下去”，变成各部门之间的“同室协调”，如图6-20所示。通过研究协商、加强配合，充分利用集体智慧，获取有效的知识和经验，使产品设计能更好地满足用户要求，大大减少设计中的返工现象，从而缩短产品开发周期，降低成本。现阶段，工业设计已经高科技化并且自成体系，但却与工程设计及制造脱节。工业设计与目前工程设计在很大程度上依旧是传统的串行流程，设计师与工程技术人员之间没有形