产品设计工程学基础-材料及成型工艺基础-概述

产品设计工程基础周年国编备上海交大媒体与设计学院设计系壹材料及成型工艺基础材料及成型工艺基础材料概述•材料的开发、使用和发展贯穿着人类历史发展的始终,拓展着人类的生产能力,推动着人类文明的进步和发展,改变着人类的生活,也深深地影响着设计的创新与发展.材料使用与时代划分人们在研究中国历史时依据对材料的使用将人类历史划分旧石器时代、新石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代…而如今随着新材料的不断涌现和多种材料的综合使用,已很难依据材料来进行历史的划分.一、设计与材料材料及成型工艺基础材料概述一、设计与材料功能需求形态需求物质性能感知特性产品功能形态美感设计材料产品材料（Material）是产品功能和形态的物质载体,一件完美的产品必定是功能、形态(结构)和材料(工艺)的和谐统一.1、材料:设计的物质基础材料及成型工艺基础材料概述一、设计与材料设计的变化与发展与材料的应用是相辅相成、相互影响、相互促进和相互制约的.2、材料发展与设计变革新材料、新工艺的出现，给椅子造型带来了新的生机材料及成型工艺基础古代石凳.石材不易加工装配,通常整体落地.明代花梨木圈椅.材质精致、坚硬,线条优美,榫卯连接,表面处理.瓦西里椅.钢管、帆布.以标准件构成.新材料、新工艺、新美学.胶合板椅.胶合板,性能有别于木材.热压弯曲成型.造型简洁、现代.新材料、新工艺的出现，给椅子造型带来了新的生机材料及成型工艺基础潘顿椅.塑料一次模压成型,造型简洁优美、色彩艳丽,充分体现了塑料的生产工艺和结构特点.Sacco椅.乙烯基布袋.内装聚苯乙烯泡沫球.造型独特、新颖,适宜各种座姿.玻璃椅.玻璃加工制成,透明、流畅.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.1、工业设计材料在工业设计的范畴内,材料是指用于工业设计并且不依赖人的意识而客观存在的所有物质,可以是石、木、金属、水等有形物质,也可以是光、影、空气乃至磁场等无形的存在.工业设计的5大材料:金属塑料玻璃陶瓷木材新材料的跟踪设计师应不断地跟踪新材料的发展,以不断丰富自己的材料库.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.2、材料的分类按材料来源分天然材料:主要指各种取自大自然而未经人类加工的各种材料,如石头、树木、植物茎叶皮、动物皮毛,大气、水等.人工材料:指采用人工方法加工和合成的各种材料.如经过冶炼产生的金属、通过化学合成生成的塑料等.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.2、材料的分类按化学结构分金属材料:化学结构为金属键的钢铁、铜、金等.无机材料:化学结构为离子键的石、玻璃、陶瓷等.有机材料:化学结构为共价键,主要有塑料、橡胶、有机纤维(皮、木材)等高分子材料复合材料:有多相材料复合而成,如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢).材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.2、材料的分类按材料形态分一次元材料:主要指具有一定断面形态的连续线材.如钢管、塑料棒、藤条等.二次元材料:指平面材料,如纸张、层压板、板金等三次元材料:指在三维空间伸展的块材、空间曲面等.在实际生产中,材料通常以一定的形态和规格供应,以满足不同需求.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、材料特性材料特性是指材料在使用和加工过程中表现出来的性能,对材料及其特性的认识是实现产品设计和创新的前提和重要保证.宏观物体由微观物质组成,材料的宏观性能由其微观结构所决定.材料的特性包括两个方面:一是材料的固有特性,即材料的物理化学性能;一是材料的派生特性,由材料的固有特性派生而来.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、材料特性材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、1材料的固有性能–物理性能密度与比重热性能•导热性:热量传递能力.如金属是热的良导体,塑料是热的绝缘体.•耐热性:材料抵抗热破坏的能力,通常用耐热温度来表示.•热胀性:材料因温度变化产生膨胀或收缩的能力.通常以线膨胀系数表示.线膨胀系数以高分子材料为最大,金属次之,陶瓷最小.•阻燃性:材料抵抗火焰和高温的性能.可分为阻燃和易燃材料.•耐低温性:抵抗低温而不破坏的能力.电磁性能•导电性:材料传导电流的能力.电阻率小的材料导电性强,反之,电阻率高的为电的绝缘体.•磁性能:指材料所具有的磁性的强弱.•电磁波屏蔽性:材料抵抗电磁波干扰的能力.屏蔽性能良好的材料应具有高的电导率和磁导率.光性能•透明性:材料的透光性能.常用透光率或透明度来度量.•光泽性:材料的一种外观属性,由反射光在在空间的分布所造成.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、1材料的固有性能–力学性能1强度材料在外力(载荷)作用下抵抗过度变形和破坏的能力.根据外力作用方式的不同,材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度及抗剪强度等.2弹性和塑性材料在外力(载荷)作用下发生弹性变形和塑性变形的行为和性能.3脆性和韧性材料产生破坏而无明显变形的能力称为脆性.反之,材料能承受很大变形而不破坏的能力称为韧性.4硬度材料表面抵抗硬物压入的能力,也是材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力.硬度高的材料耐磨性、耐划伤性好.为使产品达到使用要求,首要条件是材料满足必须的力学性能.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、1材料的固有性能–化学性能材料的化学性能是指材料抵抗各种化学介质侵蚀的能力,是衡量材料质量优劣的主要性能指标.•耐腐蚀性:材料抵抗介质腐蚀破坏的能力.•抗氧化性:材料抵抗氧化的能力.•耐候性:材料在各种气候条件下,保持其性能稳定不变的能力.如玻璃、陶瓷的耐候性好,塑料的耐候性则较差.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、2材料的派生性能–感觉特性材料的感觉特性又称材料的质感,是人的感知系统因生理刺激或心理联想对材料及其表面特征作出的综合印象，因此既具有客观性也具有主观性.感觉特性是材料的灵性和艺术美感的重要体现,是一种极为重要的设计语言.触觉质感与视觉质感触觉质感是人通过手和皮肤触及材料而感知的特性.是一种直接的体验,比较真实和肯定,但较单纯、局部.视觉质感是靠眼睛的视觉来感知的材料特性.具有有间接的经验性,具有欺骗性和估量性,具有综合性、整体性.视觉质感往往会异材同质或同材异质.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、2材料的派生性能–感觉特性质地美材料的质地美是材料本身所具有的物理化学性能所引起的一种综合感受和情感反映.主要表现为软硬、轻重、冷暖、干湿、粗细等.色彩美材料的色彩可分为材料的固有色彩和材料的人为色彩.肌理美肌理是通过视觉和触觉可感受到的一种表面材质效果.可分为由材料自身的组织结构所产生的自然肌理和人为设计的人工肌理.表面肌理影响材料的光泽,形成光亮、亚光和失光效果.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、2材料的派生性能–环境特性是指材料在制备、使用、废弃直至再循环利用的过程中,与环境协调共存与否的性质.对资源和能源消耗小，对生态环境污染小，可再生利用率高或可降解的绿色环保材料的环境协调性好.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、2材料的派生性能–加工特性材料的加工特性是指材料在加工过程中所表现出来的性能,表现为可焊接性能、机械切削性能、铸造性能、热处理性能及表面处理性能等,是决定材料能否进行加工和如何进行加工的重要因素,是衡量产品造型材料优劣的重要标志.材料及成型工艺基础材料概述二、材料认知学会用材料去思考、去设计.3、2材料的派生性能–经济特性指材料的经济性指标,包括材料价格、加工成本等,是材料选用的一个重要的考虑因素.材料特性概览材料及成型工艺基础固有性能物理性能化学性能力学性能(强度、弹性)热性能(导热、耐热)电磁性能(导电、屏蔽)光学性能(颜色、透明)耐腐蚀性抗氧化性耐候性材料派生性能感觉特性经济特性加工特性环境特性材料及成型工艺基础材料概述三、材料的加工与成型对材料进行取舍和重组的过程.•材料通过加工和成型过程成为具有一定形态、结构、尺寸和表面特征的产品,使设计方案变成具有使用价值和审美价值的实体。•设计必须选择合适的材料和加工工艺才能将其制作成产品,同时,在设计时也必须考虑选用的材料及其加工工艺,应该依据切实可行的工艺条件和工艺方法来进行设计构思.•材料的加工工艺包括材料的成型工艺和材料的表面处理两部分.材料及成型工艺基础材料概述三、材料的加工与成型对材料进行取舍和重组的过程.•不同的材料有不同的成型加工方法。如金属的成型方法有铸造、锻压、焊接及切削加工等.塑料之所以成为重要的设计材料,一个重要的方面是因为其加工成型方法众多,成型自由度高.•相同的材料和结构,不同的工艺方法,成型效果差异较大;选用不同的材料和工艺方法,产品的造型和结构也会发生相应的变化.•在加工过程中,应注意对工艺方法的综合使用和对新工艺开发和利用.1材料的成型加工材料及成型工艺基础材料概述三、材料的加工与成型对材料进行取舍和重组的过程.•表面处理技术是指能改变材料表面性质和状态的表面加工和装饰艺术.•表面处理目的:一是改善表面性能,有效保护产品;二是进行表面装饰,提升材料美感.2材料的表面处理设计+材料+成型工艺+表面处理=最佳的成型效果材料及成型工艺基础材料概述在进行产品设计时,设计师需要在产品所需性能和材料特性之间进行充分比较,以对材料进行选择、改良乃至研制新材料,或是对新材料进行新用途的开发和利用,以做到”物尽其用”.材料的设计与运用已成为设计活动一个不可忽略的部分.四、材料的选用与开发学会用材料去思考、去设计.材料的选用与开发材料及成型工艺基础材料所具有的特性产品所需的功能比较与评价原材料产品用途用途开发与利用材料选择材料改良新材料研发性能、成本、加工、安全、环境保护、感性审美等材料及成型工艺基础材料概述四、材料的选用与开发学会用材料去思考、去设计.1、设计材料的开发1基础材料的改良基础材料的开发是指对基础材料的性能进行改良开发,扬长避短,从而获得期望的材料特性,扩大材料的使用范围.例如,对塑料进行改性,以增强其强度、耐高温、阻燃性、耐腐蚀等性能.2复合材料的研制是指两种或两种以上不同化学结构的材料,通过一定的工艺方法组成的多相材料,既可保持各组分的性能,又具有各组分所不具有的综合性能.金属、塑料、陶瓷、玻璃间均可进行复合.3新材料的开发是指基于全新概念和方法所开发的材料.如纳米材料与纳米加工技术的的开发等……材料及成型工艺基础材料概述依据每组感觉特性，将玻璃、陶瓷、木材、金属、塑料、橡胶、皮革等7种材料进行有序排列。练习:材料感觉特性的测定浪漫–拘谨协调–冲突亲切–冷漠温暖–凉爽自由–束缚古典–现代轻巧–笨重精致–粗略活泼–呆板科技–手工自然–人造高雅–低俗明亮–阴暗柔软–坚硬光滑–粗糙时髦–保守干净–肮脏整齐–杂乱鲜艳–平淡感性–理性材料及成型工艺基础材料概述思考练习：用材料去思考任选5种产品，从产品功能、形态和材料的特性（固有特性和派生特性）的角度，说明设计师对材料应用的合理性和创造性。为每个产品选择两种替代材料，说明理由。用PPT加以表现，课堂交流讨论。产品功能分析（20%）+材料特性分析（20%）+合理性、创造性分析（30%）+替代方案（30%）“用材料去思考”材料及成型工艺基础每种材料都有着自身的个性特色.学会用材料去思考,善于发现、利用和体现材料的特性和美感去完美地实现设计的构思和创意.“假如雅典娜的巴特农神殿不是大理石砌成,王冠不是用黄金制造,…,那么它将是平淡无奇的东西.”--桑塔耶纳美感陶艺作品.陶土烧制.陶土是一种天然材料,制作方法也多为手工,强调浑然天成,反朴归真,天人合一.“用材料去思考”材料及成型工艺基础每种材料都有着自身的个性特色.学会用材料去思考,善于发现、利用和体现材料的特性和美感去完美地实现设计的构思和创意.“假如雅典娜的巴特农神殿不是大理