第14講 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的選擇

1、5/27/2022造型材料與工藝1第14講 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的 選擇與開發(fā)5/27/2022造型材料與工藝214.1 設(shè)計(jì)材料的選用 v1、設(shè)計(jì)材料的選擇原則v(1)材料的外觀：考慮材料的感覺特性。根據(jù)產(chǎn)品的造型特點(diǎn)、民族風(fēng)格、時(shí)代特征及區(qū)域特征，選擇不同質(zhì)感、不同風(fēng)格的材料。v(2)材料的固有特性：材料的固有特性應(yīng)滿足產(chǎn)品功能、使用環(huán)境、作業(yè)條件和環(huán)境保護(hù)的需要。 5/27/2022造型材料與工藝3v(3)材料的工藝性：材料應(yīng)具有良好的工藝性能，符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求，應(yīng)與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)。v(4)材料的生產(chǎn)成本及環(huán)境因素：在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，盡量降低成本

2、，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的材料。v(5)材料的創(chuàng)新：新材料的出現(xiàn)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供更廣闊的前提，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。 5/27/2022造型材料與工藝42、影響材料選擇的基本因素 v(1)功能v無論怎樣的產(chǎn)品，都必須首先考慮產(chǎn)品應(yīng)具有怎樣的功能和所期望的使用壽命。這樣的考慮必定會(huì)在選用何種材料更合適方面做出總的指導(dǎo)。 5/27/2022造型材料與工藝5v(2)基本結(jié)構(gòu)要求機(jī)械結(jié)構(gòu)加工工藝難點(diǎn)成本問題材料的耐久性 5/27/2022造型材料與工藝6v(3)外觀產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式表面的自然光澤、反射率與紋理表面裝飾材料和方式制造工藝與手段 5/27/2022造型材料與工藝7v(4)

3、安全性v安全是最基本的因素。材料的選擇應(yīng)按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)選用，并充分考慮各種可能預(yù)見的危險(xiǎn)。例如醫(yī)院的某些電療設(shè)備中與病人接觸的部位，其表面應(yīng)選擇絕緣且抗靜電的材料；在設(shè)備較暴露的位置若配置普通的平板玻璃，就易于碰撞碎裂而造成人身傷亡；在設(shè)備內(nèi)部若選用易于泛潮的塑料軸承，就會(huì)因隱匿著腐蝕的危險(xiǎn)性造成質(zhì)量惡化而導(dǎo)致至關(guān)重要的控制件失靈。 5/27/2022造型材料與工藝8v(5)控制件v控制件對(duì)材料的選擇也有其特殊的需求。例如，操縱鍵盤的材料應(yīng)具有恰當(dāng)?shù)慕佑|摩擦性和沖擊回彈性，以保證可靠操作和手感舒適；用作控制面板的材料應(yīng)選擇反射率較低并易于在其表面形成圖樣符號(hào)或易于貼附圖樣符號(hào)的材料制作，以減少

4、眩光和便于指示控制動(dòng)作。 5/27/2022造型材料與工藝9v(6)抗腐蝕性v抗腐蝕性是材料選擇的另一個(gè)重要準(zhǔn)則，因?yàn)樗绊懼a(chǎn)品的操作、外觀、壽命和維護(hù)。在直接涉及人身安全的場合，則必須通過材料的選擇來防止危險(xiǎn)的腐蝕。例如，為了保證維修、測試、操作過程的安全，對(duì)設(shè)備中必須具備的升降機(jī)或其他必須保證生命安全的設(shè)備，其材料的選擇就應(yīng)該以保證安全為前提。 5/27/2022造型材料與工藝10v(7)市場v設(shè)計(jì)者必須對(duì)未來可能使用自己所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的消費(fèi)者進(jìn)行調(diào)研。如果可能，應(yīng)盡量使自己的產(chǎn)品達(dá)到或超出消費(fèi)者所期望的程度。對(duì)于材料，要考慮到消費(fèi)者的態(tài)度往往受他所接觸的各類產(chǎn)品的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，

5、新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)勢在必然，我們選擇新材料替代傳統(tǒng)材料時(shí)，須考慮如何在造型設(shè)計(jì)、廣告宣傳上設(shè)法讓消費(fèi)者能夠更快地適應(yīng)和接受。 5/27/2022造型材料與工藝1114.2 材料工程的發(fā)展 v1、材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的四大主題及其相互關(guān)系 5/27/2022造型材料與工藝12v“應(yīng)用需求”提供了本學(xué)科與社會(huì)交互作用的通道，經(jīng)由這一通道，社會(huì)向材料工作者提供需求信息，材料工作者向社會(huì)提供能滿足需求的材料或材料產(chǎn)品；v“合成與加工”與社會(huì)存在著一定的相互作用，這主要體現(xiàn)在對(duì)環(huán)境的影響方面； 5/27/2022造型材料與工藝13v“材料結(jié)構(gòu)成分”主要研究材料內(nèi)部的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、復(fù)

6、合結(jié)構(gòu)的成因，以及這些結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響；v“材料性能”主要研究性能的評(píng)價(jià)方法、測試方法及影響因素。 5/27/2022造型材料與工藝142、材料科學(xué)與工程領(lǐng)域發(fā)展變化的特點(diǎn) v(1)新構(gòu)思、新觀念不斷涌現(xiàn)，成為此領(lǐng)域迅速發(fā)展的強(qiáng)大推力。例如，材料低維化，由三維塊體材料向二維薄膜材料、一維纖維材料、零維原子簇和納米粉體材料發(fā)展；材料梯度化，利用特殊制備方法可將不同的兩種材料平緩地、無界面地連接在一起；材料復(fù)合化，包括纖維復(fù)合、顆粒復(fù)合、納米復(fù)合、原位復(fù)合等；材料仿生化，可以做到結(jié)構(gòu)仿生(形似)和功能仿生(神似)；材料智能化，集傳感、執(zhí)行功能為一體；材料綠色化，積極探索廢棄材料的二次利用，大力發(fā)展

7、綠色材料。 5/27/2022造型材料與工藝15v(2)營造特殊環(huán)境，利用極端手段，制備特殊材料，獲取特殊性能。例如，在微重力條件下制備超純晶體材料、特殊自潤滑材料、優(yōu)良磁性材料和超導(dǎo)材料等；在高溫、高壓條件下合成金剛石、氧化物和非氧化物超硬材料；在快速冷卻條件下生產(chǎn)非晶態(tài)材料、微晶材料和納米材料；在自蔓延條件下合成各類金屬間化合物、梯度材料；在激光束、電子束、離子束作用下制備各類非平衡材料、實(shí)施材料表面改性。 5/27/2022造型材料與工藝16v(3)強(qiáng)烈依賴其它高新技術(shù)，材料領(lǐng)域成為其它高新技術(shù)綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)地。當(dāng)今新材料的合成和制備大多在高溫、高真空、特殊氣氛等非平衡環(huán)境中進(jìn)行。20世

8、紀(jì)80年代后期納米器件(巴基球)的發(fā)現(xiàn)就是綜合應(yīng)用激光技術(shù)、高真空技術(shù)和精細(xì)測試技術(shù)的范例，發(fā)現(xiàn)者因此于1996年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 5/27/2022造型材料與工藝17v(4)經(jīng)濟(jì)實(shí)力成為制約材料領(lǐng)域發(fā)展速度、深度和廣度的關(guān)鍵因素。20世紀(jì)90年代，美國每年用于材料研制和開發(fā)的費(fèi)用均為數(shù)十億美元；日本、美國、德國、法國等發(fā)達(dá)國家先后制定了材料資助頂目，對(duì)新材料研制和開發(fā)給予了高度重視。各國都希望材料這塊 “基石”更加牢固，以便在這塊 “基石”上建筑更加雄偉的人類文明大廈。 5/27/2022造型材料與工藝1814.3 設(shè)計(jì)材料的開發(fā) v1、材料開發(fā)的循環(huán)過程 5/27/2022造型材料與工藝19

9、2、新材料的開發(fā)v(1)新材料種類電性材料磁性材料超導(dǎo)材料光學(xué)材料新能源材料生物材料環(huán)境材料智能材料形狀記憶材料梯度功能材料復(fù)合材料納米材料軟物質(zhì)v參考書：新材料概論陳光主編，科學(xué)出版社5/27/2022造型材料與工藝20(2)新材料發(fā)展的標(biāo)志 v引起生產(chǎn)力的大發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。從石器、陶瓷器、青銅、鑄鐵、鋼、塑料到各種新材料的出現(xiàn)，均標(biāo)志著一個(gè)相應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史時(shí)期。例如，單晶硅的問世，導(dǎo)致以計(jì)算機(jī)為主體的微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展；光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)，使整個(gè)通訊業(yè)產(chǎn)生了質(zhì)的變化。5/27/2022造型材料與工藝21v根據(jù)需要設(shè)計(jì)新材料，一改以往根據(jù)產(chǎn)品功能來選擇材料的方式，而是建立一種由材料來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的新觀念。這種材料設(shè)計(jì)可以從組成、結(jié)構(gòu)和工藝來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的觀念。更重要的一點(diǎn)是：一種新材料已經(jīng)不是只具有某一單一功能，在一定條件下可能具有多種功能，從而使材料為高新技術(shù)產(chǎn)品的智能化、微型化提供基礎(chǔ)。 5/27/2022造型材料與工藝22(3)新材料對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的影響和作用 v在產(chǎn)品進(jìn)一步電子化、集成化和小型化的趨勢下，新材料的使用有可能突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還可能引起一場材料與技術(shù)的革命，產(chǎn)生新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)格。因此，設(shè)計(jì)工作應(yīng)與新材料開發(fā)建立一種互相融合的關(guān)系。 v產(chǎn)品外觀形象具有未來性。