产品设计中材料选择与开发

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1、第五章产品设计中材料的选择与开发5．1设计材料的选用5．1．1设计材料的选择原则设计材料的种类多，量大面广。在设计中如何正确、合理地选用材料是—个实际而又重要的问题。设计材料的选择应遵循以下原则。①材料的外观：考虑材料的感觉特性。根据产品的造型特点、民族风格、时代特征、及区域特征，选择不同质感、不同风格的材料。②材料的固有特性：材料的固有特性应满足产品功能、使用环境、作业条件和环境保护的需要。③材料的工艺性：材料应具有良好的工艺性能，符合造型设计中成型工艺、加工工艺和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应。④材料的

2、生产成本及环境因素：在满足设计要求的基础上，尽量降低成本，优先选用资源丰富、价格低廉、有利于生态环境保护的材料。⑤材料的创新：新材料的出现为产品设计提供更广阔的前提，满足产品设计的要求。5．1．2影响材料选择的基本因素除材料本身的固有特性外，影响材料选择的基本因素主要有以下几个方面。(1)功能无论怎样的产品，都必须首先考虑产品应具有怎样的功能和所期望的使用寿命。这样的考虑必定会在选用何种材料更合适方面做出总的指导。(2)基本结构要求如何综合平衡设计中对产品的功能、人机工程学和美学方面的要求，以及针对批量生产特点的机械结构

3、、加工工艺难点和由此产生的成本问题等加以解决，已成为材料选择中的主要问题。其中材料的耐久性应是材料选择中必须最先考虑的。在大多数情况下，这样的考虑比仅考虑美学品质或节约成本而选用可能导致产品在使用过程中过早废弃的劣质材料，显然要有意义的多。(3)外观产品的外观在一定程度上受其可见表面的影响，并受材料所能允许的制造结构形式的影响，因此，外观也是材料选择应考虑的一个重要因素。就产品的表面效果来看，材料还影响着表面的自然光泽、反射率与纹理，影响着所雕采用的表面装饰材料和方式，影响着装饰的外观效果和在使用期限内的恶化程度与速度。

4、至于造型所采取的制造工艺与手段，如浇铸、模铸、冲压、弯折或切削等也在很大程度上依赖于所采用的材料。(4)安全性安全是最基本的因素。材料的选择应按照有关的标准选用，并充分考虑各种可能预见的危险。例如医院的某些电疗设备中与病人接触的部位，其表面应选择绝缘且抗静电的材料；在设备较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伤亡；在设备内部若选用易于泛潮的塑料轴承，就会因隐匿着腐蚀的危险性造成质量恶化而导致至关重要的控制件失灵。(5)控制件控制件对材料的选择也有其特殊的需求。例如，操纵键盘的材料应具有恰当的接触摩擦性

5、和冲击回弹性，以保证可靠操作和手感舒适；用作控制面板的材料应选择反射率较低并易于在其表面形成图样符号或易于贴附图样符号的材料制作，以减少眩光和便于指示控制动作。(6)抗腐蚀性抗腐蚀性是材料选择的另一个重要准则，因为它影响着产品的操作、外观、寿命和维护。在直接涉及人身安全的场合，则必须通过材料的选择来防止危险的腐蚀。例如，为了保证维修、测试、操作过程的安全，对设备中必须具备的升降机或其他必须保证生命安全为主的设备，其材料的选择就应该以保证安全为前提。(7)市场设计者必须对未来可能使用自己所设计产品的消费者进行调研。如果可能

6、，应尽量使自己的产品达到或超出消费者所期望的程度。对于材料，要考虑到消费者的态度往往受他所接触的各类产品的影响。有时消费者所期望的材料也许恰恰是设计者并不准备采用的。在有些情况下，消费者对某些产品所选用的材料还受到传统习惯的束缚，在一定时间内未必会被消费者接受。当然，这并不等于说产品选用的材料就必须永远停滞在传统的水平上。随着科学技术水平的发展，新材料、新技术的不断出现势在必然。问题在于当我们选择新材料替代传统材料时，如何在造型设计上、在广告宣传上设法让消费者能够更快地适应和接受。5．2材料工程的发展图5—1为材料科学与

7、工程领域研究的四大主题及其相互关系，其中，“应用需求”提供了本学科与社会交互作用的通道，经由这一通道，社会向材料工作者提供需求信息，材料工作者向社会提供能满足需求的材料或材料产品；“合成与加工”与社会存在着一定的相互作用，这主要体现在对环境的影响方面，例如，加工过程中污染物的排放、能耗大小等；“材料结构成分”主要研究材料内部的化学成分、晶体结构、显微结构、复合结构的成因，以及这些结构对性能的影响；“材料性能”主要研究性能的评价方法、测试方法及影响因素。随着人类文明的进步，面对人类需求在质和量方面的不断增长，对材料品种和性

8、能的要求越来越高，材料科学与工程领域发生着日新月异的变化，主要特征体现在以下几方面。①新构思、新观念不断涌现，成为此领域迅速发展的强大推力。例如，材料低维化，由三维块体材料向二维薄膜材料、一维纤维材料、零维原子簇和纳米粉体材料发展；材料梯度化，利用特殊制备方法可将不同的两种材料平缓地、无界面的连接在一起；材料复合化，