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1材料与工艺（教案草稿）（适用产品造型与设计0522班）（一）主讲人：康瑛石二00六年九月2第一部分、材料及加工工艺概论一概论本课程的目的：工业设计师，无论是在一个设计团队里，还是独自作为一个设计咨询者，对产品的外观和外形是负有责任的。如果说产品外形在某种程度上是加工制造的结果，那么设计师必须对所有所应用的加工工艺有良好的了解，从而确信所采用的加工工艺最经济和最恰当的。如果设计师对某些现有的工艺不了解，那么他们的创造潜力将会受到限制，正如一个作曲家想要完整的谱写一首交响乐，却没能把握住两三种乐器的音色音域和音品一样。要求学生了解材料和加工方法的重要性：分配了设计项目后，需要通过想像和逐步形成最终将被加工产品的外形（即使是理论上的）。如果没有一个完整的材料和加工可能性的知识基础，会受制于对该学科的无知和忽略多种可能的应用，只会进行幻想和束手无策。有了一定的知识基础后，可提出系列可能的设计解决方案，又能在一定程度上确信他们是可被加工的。关于加工工艺：形式是对功能的解答形式追随功能：重点论述：功能1对操作说明的要求，包括对用户友好的各个方面（人为因素。用户的能力和限度）；2成本和可制造性（产品各种实际因素，材料的选择，可制造性）。通过使用工具对材料或合成材料加工成形，使形式得以实现。创造一个外形的过程。隐含着设计师同时选择了加工工艺。通常。设计师会选择一些替代材料作模型，这种作法会忽略了对实际加工工艺方法的考虑。这对产品使用的材料和外形是负面的影响的。类似平面效果图的缺点，不理解实际加工结果，而且可能不理解现实空间和实际材料性能。材料和制造加工工程和合作。如椅子材料的选择和发明生产工艺的选择和形式三者的相互依赖而发展得来的。设计和工程的相互协作是一种实际操作。现在工业设计专业的学生需要比从前更了解工业标准和材料及加工。在一个产品设计的评审中，出于对可制造性的考虑而常常对设计提出修改，而且一般很快得到审核标准。如果设计师没有精神准备去维护设计方案的合理性，也许将时取对重要设计特征的控制，在修改设计的争论和审核中成旁观者。实际上，设计师应当作好准备去向别人展示设计，维护那些不仅改善了产品的外观和性能，而且加工上比原有的方案更经济更优美的方案。因此。必须学习一些制造加工工程的语言和相关内容。本课程的目的：简单的概括和介绍一些术语，引导学生逐渐入门。本课程主要讲的内容两个方面：1、材料2、工艺材料：在工业设计范畴内，材料是指用于工业设计构成产品造型，并且不依赖人的意识而客观存在的所有物质。工艺：是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。主要包括材料的成型工艺、加工工艺、表面处理工艺。知识提示点：多看科技资料中新材料新技术的应用多了解材料的基础知识1.1设计与材料3材料是人类生存和生活中不可缺少的重要部分，它是人类文明和时代的标志，是社会科学技术发展水平的标志。从原始时代至今，人类在对材料的使用中，积累了丰富的认识和加工技术，针对不同的材料予以不同的形态设计。科学技术的发展使现代新型材料不断出现和广泛应用，对工业造型设计有着极大的推动作用。伴随这每一种新型材料的发现和应用，都会产生不同的成型加工方法和工艺制作方法，从而导致产品结构的巨大变化，形成新的设计风格。材料发展古代史(1)石器时代(2)青铜器时代(3)铁器时代材料发展近代史(1)金属材料(2)无机非金属材料(3)高分子材料(4)复合材料下面以家具中的椅子为例，了解下不同时代中椅子所选用的材料和设计风格。由此可以看出椅子设计造型的变化与发展和椅子材料的应用与发展是相辅相成、相互影响、相互促进和相互制约的。下面用照片说明：当然最好是实物！古希腊：天然石材制作的石椅子。石头－天然材料，获取方便。但是石材能承受的拉力较小，且不易加工装配，因此以石材为原料的椅子的造型风格通常是一个基座式，且为整体落地。我国明式家具：材料－木材，天然材料，自然界蓄积量大、分布广泛、取材方便。天然的色泽和美丽的花纹，易于加工和涂饰。明式家具的特点造型完美简洁，结构严谨合理，制作工艺精致。所选用木材：紫檀木、红木、楠木……特点：……（圈椅图1-1）18世纪欧洲工业革命以来，随着科技的发展，出现了各种新材料、新工艺。给家具造型带来了新的生命。1919年德国的“包豪斯”学派，主张以直线和突破陈规的构思去合理使用各种材料，讲究构图的动势感和材料质感上去对比。“动”与“视”的和谐统一。1925年以钢管和帆布为材料，世界上第一张以标准件组成的钢管椅－瓦西里椅（图片）。突破了原有木质椅子的造型范围。特点……有弹性、强度高、金属光泽、轻巧、坚固……20世纪三四十年代以后，合成树脂的迅速发展和高频胶合技术的应用。产生了一种新的椅子形态－胶合板椅（图片）新的合金技术和合成化学技术也为椅子提供了各类高性能的轻质合金材料及高分子聚合材料。塑料椅（图）采用塑料一次成型，造型简洁优美，色彩艳丽。Sacoo椅（图）采用乙烯基布缝制成一个锥形袋子，内装颗粒装泡沫球。适宜使用者采取各种坐姿。随着各种新材料、新工艺的不断涌现，给椅子的造型带来了新的生机。玻璃椅子、充气椅……19世纪以前－天然材料，材料与制品的对应关系都是相对固定的。20世纪初期塑料诞生后，由于其质地均匀，价格便宜，因此大部分器具纷纷以塑料替代天然材料。20世纪70年代以来，更多具有特殊性质的塑料品种在工业中得到广泛应用。这一时期的设计工作已不再是被动地用用塑料，而是采用能充分发挥各种材料特性地方法来进行包括汽车、飞机、家具、建筑等4地设计。又如手机：早期的手机外壳主要用金属框，不但耐摔，抗震性也大为增加。随着手机的发展，轻巧成为人们的挚爱，但是，金属框的“质量”制约了手机的发展，于是新的外壳材料应运而生，ABS合成塑料以其很好的韧性(抗震性)、密封性，很高的机械强度，耐化学腐蚀，拿在手上很有质感的特点受到人们的青睐。而后，诺基亚将金属漆应用在手机上，在市场上又掀起了金属流行色的热潮。之后西门子手机也披上了“银装”。摩托罗拉V60也大胆采用镀铝全金属质感的外壳设计，体现出作为高档手机所拥有的庄重典雅。随之而来的钛金属、镁金属等材料让手机变得越来越“酷”。出于对环保潮流要求的考虑，绿色材料的应用将成为未来手机材料的主流。目前，陶氏化学下属的电子产品外壳解决方案公司正在使用天然材料，如木材、皮革、布料等设计手机外壳，并且已有产品推出。未来时代不缺乏想象力，有很多稀奇古怪的手机材料工艺，例如某些一次性的临时手机，使用的原材料是塑料；某些环保概念的手机，使用原木。还看到过全部使用纸质的手机。使用植物外壳，从玉米和马铃薯中提炼出来的淀粉与糖通过乳酸菌的发酵加工而成。专家解释说，因为在与手机制造商的接触中发现，手机外观要有个性，要能从诸多款式中脱颖而出，就必然在手机镜面、晶点装饰、烤漆效果、个性图案印刷等方面有更多需求，一些树脂在手机外壳方面的成功应用，不但具有较高的抗冲击强度、弹性和卓越的抗极端温度能力，而且能提供不同的颜色以及视觉效果。除此之外，手机外壳材料的趋势是介电强度高、金属粘着性好、耐热、防经典等特点。小结：外观要有个性，要能从多款式中脱颖而出，不但具有较高的抗冲击强度、弹性和卓越的抗极端温度能力，能提供不同的颜色以及视觉效果。除此之外，手机外壳材料的趋势是介电强度高、金属粘着性好、耐热、防经典等特点。1.2产品造型设计的物质基础几个概念介绍：产品、产品造型设计、材料产品，是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的。一件完美的产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一。产品造型设计：产品造型设计是工业产品技术功能设计与美学设计的结合与统一，集现代科学技术与社会文化、经济和艺术为一体。是人们在一定文化艺术指导下，有意识、有目的地运用人类科学文化发展的优秀成果。用现代化工业生产方式将各种材料转变为具有一定使用价值或具有商品性的工业产品的创造活动。产品造型的物质基础－－材料在产品造型设计中，材料是用以构成产品造型的物质，无论是传统材料还是现代材料、天然材料还是人工材料、单一材料还是复合材料，均是工业产品造型的物质基础。材料与工艺是设计的物质技术条件，是产品设计的前提，产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。任何一种产品造型设计只有与选用材料的性能特点及工艺特性相一支，才能实现设计的目标和要求。1.3材料设计19世纪以前以天然材料的利用为主。材料与制品的对应关系都是相对固定的。20世纪初期塑料诞生后，由于其质地均匀，价格便宜，因此大部分器具纷纷以塑料替代天然材料。20世纪70年代以来，更多具有特殊性质的塑料品种在工业中得到广泛应用。这一时期的设计工作已不再是被动地用用塑料，而是采用能充分发挥各种材料特性地方法来进行包括汽车、飞机、家具、建筑等地设计。新观念和新信息介绍：近年来，设计师从“以人为本”的角度出发，积极评价各种材料在设计中的价值，5挖掘材料在造型中的潜力，有意识地运用新材料和新技术来创造新产品。从而出现了“材料设计”的理念，确定了材料运用已经成为设计活动中一个不可忽视的部分。1.3.1材料设计的内容产品造型中的材料设计是已包括“物－人－环境”的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废弃处理和环境保护看成一个整体，着重研究材料特性与人、社会、环境的协调关系，使材料特性与产品的物理功能和心理功能达到高度的和谐统一，使材料具有开发新产品和新功能的可行性。图1.3.2材料设计的方式出发点：原材料所具有的特性与产品所需特性之间的充分比较主要有两种方式：一是从产品的功能、用途出发，思考如何选择或研制相应的材料；二是从原材料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。图第一种方式所思考的问题是：（1）当已有合适的材料供选时，以现有材料为前提，为了实现产品所需要的功能而选择最合适的材料；（2）当没有合适的材料供选时，则利用合适的原材料进行结构设计，研制能高度满足产品性能要求的新材料；（3）研制与开发产品化过程中的应用技术。应用技术时加工技术、成型技术、表面装饰技术等的产品化技术。第二种思考方式与第一种刚好相反。近年来随着新技术的开发，适合各种技术的新材料也得到相应发展，这些新的原材料不仅等待新用途的开发，而且还为新造型的出现打下了重要的基础。例如：可以介绍新材料有形状记忆的合金。关于材料与产品的匹配关系6材料与产品的对应关系：功能（保证维持功能的一定形态）形式（触觉视觉）的主要处理对象设计材料的分类及特性任何设计必须通过材料来创造内容，设计的结果由加工后的特定的材料得以保证，设计在很大程度上取决于材料的固有特性，材料本身具有极为复杂的特性。因此设计师必须了解和掌握材料特性，正确评估，从材料本身推演出产品所需要的结构和形式，能动的用物质技术条件，将材料特性发挥到最大限度。材料的分类：在工设的范畴里，材料是指用于工业设计并且不依赖于人的意识而客观存在的所有物质。因此材料涉及的范围非常广泛。从气态液态到固态，从单质到化合物，传统材料到现代材料，天然材料，人工材料，单一材料还是复合材料，都是涉及的物质基础。2．按材料的物质结构73.按材料的形态分类设计所用材料为了加工与使用的方便，往往事先制成一定的形态，按这些形态通常将材料形象的将材料划分为3类；材料特性的评价：材料特性包括两方面：一材料的固有特性，材料的物理特性和化学特性，如力学性能，热性能，电磁性能，光学性能和防腐性能。二材料的派生特性，由材料的固有特性派生而来，即材料的加工特性，材料的感觉特性和经济。这些特性的综合效应从某种角度决定这产品的基本特点。8材料所呈现出来的性能是材料内部结构的外在表现，受材料内部的微观结构所制约，如晶体结构，它的变化通过材料性能变化被人们所感知。如软硬脆韧敏感不敏感等的感性认识。材料特性评价一般分为两个部分进行：一基础评价（单一评价因素）二综合评价（综合的因素）91.3材料的固有特性材料的固有特性是由材料本身的组成，结构所决定的。是指材料在使用条件下表现出来的性能，它受外界条件（使用条件）的制约1.3.1材料的物理性能1密度单位体积内所含的质量质量与体积之比2力