產(chǎn)品造型設計材料與工藝 第3版 課件 第10、11章 新材料新技術(shù)與新工藝、產(chǎn)品造型材料與工藝實例

第十章新材料新技術(shù)與新工藝產(chǎn)品造型設計材料與工藝第十章新材料新技術(shù)與新工藝

310.1新材料

新材料是指那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的、具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。新材料與傳統(tǒng)材料之間并沒有截然的分界，新材料是在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，傳統(tǒng)材料經(jīng)過組成、結(jié)構(gòu)、設計和工藝上的改進從而提高材料性能或出現(xiàn)新的性能都可發(fā)展成為新材料。

新材料作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導，應用范圍極其廣泛，它同信息技術(shù)、生物技術(shù)一起成為二十一世紀最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。目前，一般按應用領(lǐng)域和當今的研究熱點把新材料進行分類如：電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進復合材料、先進陶瓷材料、生態(tài)環(huán)境材料、新型功能材料（含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等）、生物醫(yī)用材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、智能材料、新型建筑及化工新型材料等。第十章新材料新技術(shù)與新工藝41.電子信息材料

電子信息材料是指在微電子、光電子技術(shù)和新型元器件基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導體微電子材料，圖10-1所示為制造集成電路用的硅晶圓片。激光晶體為代表的光電子材料；介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料；光纖通信材料；磁存儲和光盤存儲為主的數(shù)據(jù)存儲材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等?？傮w發(fā)展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。

第十章新材料新技術(shù)與新工藝

圖10-1硅晶圓片52.新能源材料

新能源和可再生清潔能源技術(shù)是21世紀世界經(jīng)濟發(fā)展中最具有決定性影響的五個技術(shù)領(lǐng)域之一，新能源包括太陽能、生物能、核能、風能、地熱、海洋能等一次能源以及二次電源中的氫能等。新能源材料則是指實現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)中所要用到的關(guān)鍵材料。主要包括儲氫電極合金材料為代表的鎳氫電池材料、嵌鋰碳負極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、硅半導體材料為代表的太陽能電池材料以及鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料等。當前的研究熱點和技術(shù)前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料、燃料電池材料、多晶薄膜材料等。圖10-2所示為安裝在建筑物上的太陽能電池板。

第十章新材料新技術(shù)與新工藝

6第十章新材料新技術(shù)與新工藝

圖10-2

安裝在建筑物上的太陽能電池板

納米材料

納米材料是指由尺寸小于100nm（0.1～100nm）的超細顆粒構(gòu)成的具有小尺寸效應的零維、一維、二維、三維材料的總稱。按物理形態(tài)分，納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。當前的研究熱點和技術(shù)前沿包括：以碳納米管為代表的納米組裝材料；納米陶瓷和納米復合材料等高性能納米結(jié)構(gòu)材料；納米涂層材料的設計與合成；單電子晶體管、納米激光器和納米開關(guān)等納米電子器件的研制、超高密度信息存貯材料等。

7先進復合材料

復合材料按用途主要可分為結(jié)構(gòu)復合材料和功能復合材料兩類。

結(jié)構(gòu)復合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，由能承受載荷的增強體組元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯(lián)結(jié)增強體成為整體材料，同時又起傳力作用的基體組元（如樹脂、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）構(gòu)成。圖10-3所示為采用復合材料制造的飛機渦扇發(fā)動機風扇葉片。第十章新材料新技術(shù)與新工藝圖10-3復合材料飛機渦扇發(fā)動機風扇葉片

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功能材料是指除力學性能以外還提供其它物理、化學、生物等性能的復合材料。包括壓電、導電、雷達隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。未來的功能復合材料比重將超過結(jié)構(gòu)復合材料，成為復合材料發(fā)展的主流。未來復合材料的研究方向主要集中在納米復合材料、仿生復合材料和發(fā)展多功能、機敏、智然復合材料等領(lǐng)域。

5.生態(tài)環(huán)境材料

生態(tài)環(huán)境材料是在人類認識到生態(tài)環(huán)境保護的重要戰(zhàn)略意義和世界各國紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來的，是國內(nèi)外材料科學與工程研究發(fā)展的必然趨勢。這類材料的特點是消耗的資源和能源少，對生態(tài)和環(huán)境污染小，再生利用率高，而且從材料制造、使用、廢棄直到再生循環(huán)利用的整個壽命過程，都與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。第十章新材料新技術(shù)與新工藝9

主要包括：環(huán)境相容材料，如純天然材料（木材、石材等）、仿生物材料（人工骨、人工器臟等）、綠色包裝材料（綠色包裝袋、包裝容器）、生態(tài)建材（無毒裝飾材料等）；環(huán)境降解材料（生物降解塑料等）；環(huán)境工程材料，如環(huán)境修復材料、環(huán)境凈化材料（分子篩、離子篩材料）、環(huán)境替代材料（無磷洗衣粉助劑）等。

生物醫(yī)用材料

生物醫(yī)用材料是一類用于診斷、治療或替換人體組織、器官或增進其功能的新型高技術(shù)材料，是材料科學技術(shù)中的一個正在發(fā)展的新領(lǐng)域，不僅技術(shù)含量和經(jīng)濟價值高，而且與患者生命和健康密切相關(guān)。生物醫(yī)用材料按材料組成和性質(zhì)分為醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷材料和生物醫(yī)學復合材料等。金屬、陶瓷、高分子及其復合材料是應用最廣的生物醫(yī)用材料。第十章新材料新技術(shù)與新工藝10

按應用生物醫(yī)用材料又可分為可降解與吸收材料、組織工程材料與人工官、控制釋放材料、仿生智然材料等。圖10-4為采用3D打印技術(shù)制造人體器官。

生物醫(yī)用材料的研究和發(fā)展方向主要為：（1）改進和發(fā)展生物醫(yī)用材料的生物相容性評價；（2）研究新的降解材料；（3）研究具有全面生理功能的人工器官和組織材料；（4）研究新的藥物載體材料；（5）材料表面改性的研究。第十章新材料新技術(shù)與新工藝圖10-4采用3D打印技術(shù)制造人體器官11智能材料

20世紀80年代中期人們提出了智能材料（SmartMaterials或者IntelligentMaterialSystem）的概念。智能材料是模仿生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化并能實時改變自身的一種或多種性能參數(shù)，作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應的復合材料或材料的復合。智能材料是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智然處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)于一體的復雜的材料體系。它的設計與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學科領(lǐng)域。構(gòu)成智然材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導纖維、電（磁）流變液、磁致伸縮材料和智然高分子材料等。智然材料的出現(xiàn)將使人類文明進入一個新的高度，但目前距離實用階段還有一定的距離。今后的研究重點包括以下六個方面：第十章新材料新技術(shù)與新工藝12

（1）智能材料概念設計的仿生學理論研究；（2）材料智能特性及智商評價體系的研究；（3）耗散結(jié)構(gòu)理論應用于智能材料的研究；（4）機敏材料的復合-集成原理及設計理論；（5）智能結(jié)構(gòu)集成的非線性理論；（6）仿人智能控制理論。高性能結(jié)構(gòu)材料

結(jié)構(gòu)材料指以力學性能為主的工程材料，它是國民經(jīng)濟中應用最為廣泛的材料，從日用品、建筑到汽車、軍艦、飛機、衛(wèi)星和火箭等，均以某種形式的結(jié)構(gòu)框架獲得其外形、大小和強度。鋼鐵、非鐵合金等傳統(tǒng)材料都屬于此類。高性能結(jié)構(gòu)材料一般指具有更高的強度、硬度、塑性、韌性等力學性能，并適應特殊環(huán)境要求的結(jié)構(gòu)材料。包括新型金屬材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷材料和高分子材料等，圖10-5所示為我國先進的殲20隱身戰(zhàn)機，其發(fā)動機、機體等部件采用了許多高性能結(jié)構(gòu)材料制造而成。第十章新材料新技術(shù)與新工藝139.功能材料

功能材料是指表現(xiàn)出力學性能以外的電、磁、光、生物、化學等特殊性質(zhì)的材料。除前面介紹過的信息、能源、納米、生物醫(yī)用等材料外，新型功能材料主要還包括高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等。當前的研究熱點包括：納米功能材料、納米晶稀土永磁和稀土儲氫合金材料、大塊非晶材料、高溫超導材料、磁性形狀記憶合金材料、磁性高分子材料、金剛石薄膜的制備技術(shù)等。

第十章新材料新技術(shù)與新工藝圖10-5

我國先進的殲20隱身戰(zhàn)機

1410.新型建筑材料

新型建筑材料主要包括新型墻體材料、化學建材、新型保溫隔熱材料、建筑裝飾裝修材料等。其中化學建材包括建筑塑料、建筑涂料、建筑防水、密封材料、隔熱保溫材料、隔聲材料、特種陶瓷、建筑膠粘劑等。圖10-6為在橋墩、斜拉鋼繩、橋面瀝青等采用了新型建筑材料建成的滬蘇通長江公鐵大橋。第十章新材料新技術(shù)與新工藝圖10-6采用新型建材的滬蘇通長江公鐵大橋15先進陶瓷材料

先進陶瓷材料是指采用特殊的無機化合物為原料及先進的制備工藝技術(shù)制造出的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。根據(jù)工程技術(shù)對產(chǎn)品使用性能的要求，制造的產(chǎn)品可以分別具有壓電、鐵電、導電、半導體、磁性等或具有高強、高韌，高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、高熱導、絕熱或良好生物相容性等優(yōu)異性能。先進陶瓷材料一般分為結(jié)構(gòu)陶瓷、陶瓷基復合材料和功能陶瓷三類。大部分功能陶瓷在電子工業(yè)中應用十分廣泛，通常也稱為電子陶瓷材料。如用于制造芯片的陶瓷絕緣材料、陶瓷基板材料、陶瓷封裝材料以及用于制造電子器件的電容器陶瓷、壓電陶瓷、鐵氧體磁性材料等。當前的研究熱點包括陶瓷材料的強韌化技術(shù)、納米陶瓷材料的制備合成技術(shù)、先進結(jié)構(gòu)陶瓷材料體系的設計以及電子陶瓷材料的高勻、超細技術(shù)。第十章新材料新技術(shù)與新工藝16

圖10-7是外層為耐高溫陶瓷材料的神舟號飛船，能夠經(jīng)受重返大氣層時表面高達2000℃的高溫。

第十章新材料新技術(shù)與新工藝圖10-7外層為陶瓷材料的神舟號飛船

10.2新技術(shù)

新技術(shù)是指產(chǎn)品生產(chǎn)過程中采用新的技術(shù)原理、新設計構(gòu)思及新工藝裝備等，對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、改善生產(chǎn)環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)能降耗等某一方面較原技術(shù)有明顯改進，并對提高經(jīng)濟效益具有一定作用的技術(shù)。

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如許多現(xiàn)代制造技術(shù)中的快速成形技術(shù)、逆向工程技術(shù)及綠色制造技術(shù)等就是新技術(shù)?，F(xiàn)代制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機械、電子、信息、材料，能源及現(xiàn)代管理技術(shù)的最新成果，將其綜合應用于制造全過程，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低能、清潔、靈活生產(chǎn)，取得理想技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)總稱。而新產(chǎn)品是指在一定區(qū)域或行業(yè)范圍內(nèi)具有先進性、新穎性和適用性的民用工業(yè)產(chǎn)品、技術(shù)，是指采用新技術(shù)原理、新設計構(gòu)思研制生產(chǎn)，或在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、工藝等某一方面有所突破或較原產(chǎn)品有明顯改進，從而顯著提高了產(chǎn)品性能或擴大了使用功能，并對提高經(jīng)濟效益具有一定作用的產(chǎn)品。第十章新材料新技術(shù)與新工藝18

綠色制造技術(shù)

制造業(yè)是創(chuàng)造財富的主要產(chǎn)業(yè)，但同時又大量消耗掉人類社會的有限資源，并且是污染環(huán)境的主要根源。20世紀70年代以來，工業(yè)污染所導致的全球性環(huán)境惡化達到了前所未有的程度，整個地球面臨資源短缺、環(huán)境惡化、生態(tài)系統(tǒng)失衡的全球性危機。20世紀的100年消耗掉了幾千年甚至上億年才能形成的自然資源。工業(yè)界已逐漸認識到，工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境質(zhì)量的損害不僅嚴重影響了企業(yè)形象，而且不利于市場競爭，直接制約著企業(yè)的發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的制造業(yè)應是以不損害當前生態(tài)環(huán)境和不危害子孫后代的生存環(huán)境為前提，應是最有效地利用自然資源（能源和材料）和最低限度地產(chǎn)生廢氣物和排放污染物，以更清潔的工藝制造綠色產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。一種干凈而有效的工業(yè)經(jīng)濟，應是能夠模仿自然界具有材料再循環(huán)利用能力、同時又產(chǎn)生最少廢棄物的經(jīng)濟。

第十章新材料新技術(shù)與新工藝19

綠色制造是綜合考慮環(huán)境影響和資源利用效率的現(xiàn)代制造模式，其目標是使產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期內(nèi)，廢棄資源和有害排放物最少，即對環(huán)境的負面影響最小，對健康無害，資源利用率最高。

綠色制造的核心內(nèi)容是：用綠色材料、綠色能源，經(jīng)過綠色的生產(chǎn)過程（綠色設計、綠色工藝技術(shù)、綠色生產(chǎn)設備、綠色包裝、綠色管理等）生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品。

實現(xiàn)綠色制造的途徑有三條：一是改變觀念，樹立良好的環(huán)境保護意識，并體現(xiàn)在具體行動上，可通過加強立法、宣傳教育來實現(xiàn)；二是針對具體產(chǎn)品的環(huán)境問題，采取技術(shù)措施，即采用綠色設計、綠色制造工藝，產(chǎn)品綠色程度的評價機制等解決所出現(xiàn)的問題；三是加強管理，利用市場機制和法律手段、促進綠色技術(shù)、綠色產(chǎn)品的發(fā)展和延伸。第十章新材料新技術(shù)與新工藝202.綠色產(chǎn)品

綠色產(chǎn)品就是在其生命過程（設計、制造、使用和銷毀過程）中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小,資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。未來市場競爭的深化，焦點不僅是產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命、功能和價格，人們同時更加關(guān)心產(chǎn)品對環(huán)境帶來的不良影響。

綠色產(chǎn)品的特征是：小型化（少用材料）；多功能（一物多用)；使用安全和方便（對健康無害）；可回收利用（減少廢棄物和污染）。

產(chǎn)品的“綠色度”是衡量產(chǎn)品滿足上述特征的程度，目前還不能定量地加以描述。但是，綠色度將是未來產(chǎn)品設計主要考慮的因素，它包括：（1）制造過程的綠色度。材料選用與管理，以及制造過程和工藝都要有利環(huán)境保護和工人健康，廢棄物和污染排放少，節(jié)約資源，減少能耗。（2）使用過程的綠色度。產(chǎn)品在使用過程中能耗低，使用方便，不對使用者造成不便和危害，不產(chǎn)生新的環(huán)境污染。（3）回收處理的綠色度。產(chǎn)品在使用壽命完結(jié)或廢棄淘汰時易于降解或銷毀。第十章新材料新技術(shù)與新工藝21

在機械制造領(lǐng)域，工藝的定義及內(nèi)涵為:工藝是使各種原材料、半成品成為產(chǎn)品的方法和過程。機械制造工藝是將各種原材料、半成品加工成機械產(chǎn)品的方法和過程、是機械工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

機械制造工藝的內(nèi)涵可以用圖10-8機械制造工藝流程圖來表示，從圖中可見，機械制造工藝流程主要由原材料和能源供應、毛坯和零件成形、零件機械加工、材料改性與處理、裝配與包裝、搬運與儲存、檢測與質(zhì)量監(jiān)控、自動控制裝置與系統(tǒng)八個工藝環(huán)節(jié)組成。按其功能不同，主要分為三類：一類是直接改變工件的形狀、尺寸、性能以及決定零件相互位置關(guān)系的加工過程，如毛坯制造、機械加工、熱處理、表面處理、裝配等，它們直接創(chuàng)造附加價值；第二類是搬運、儲存、包裝等輔助工藝過程，它們間接創(chuàng)造附加價值；第三類如檢測、自動控制等并不獨立構(gòu)成工藝過程，而是通過提高前兩類工藝過程的技術(shù)水平及質(zhì)量來發(fā)揮作用。新工藝則是在原有工藝基礎(chǔ)上進行改進或新研發(fā)出的方法、過程或流程。第十章新材料新技術(shù)與新工藝2210.3新工藝

機械制造工藝流程如圖10-8所示。

第十章新材料新技術(shù)與新工藝圖10-8機械制造工藝流程圖

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新技術(shù)和新工藝往往是相聯(lián)的。以下是一新技術(shù)和新工藝—硅橡膠模具快速制造的例子。其工藝流程為：以快速原型件或其他實物樣品為母件，采用硫化的有機硅橡膠進行真空澆注、烘干、固化，之后沿分型面切開硅橡膠，取出母件，即得硅橡膠模具。再應用制成的快速硅橡膠模具進行真空澆注、烘干和固化就可以得到快速成型件。由于硅橡膠本身具有良好的柔性和彈性，用硅橡膠模具可以輕易翻制出結(jié)構(gòu)復雜、花紋精細的快速成型件。一個快速硅橡膠模具根據(jù)所翻制產(chǎn)品的復雜程度有不同的使用壽命，一般情況下至少可達40件以上，可以實現(xiàn)真正意義上的小批量生產(chǎn)。圖10-9為硅橡膠模及塑料件的制作過程，圖10-10為硅橡膠真空澆注機。第十章新材料新技術(shù)與新工藝24第十章新材料新技術(shù)與新工藝

a)RP樣件b)由RP樣件制作的硅橡膠模c)由硅橡膠模翻制的塑料件圖10-9硅橡膠模及塑料件的制作圖10-10硅橡膠真空澆注機25復習思考題

10-1何為新材料，主要有哪些領(lǐng)域？舉例說明他們國民經(jīng)濟和國防建設中的作用。

10-2舉例說明什么是新技術(shù)和新工藝。

10-3綠色制造的目的是什么？

10-4新材料、新技術(shù)和新工藝對工業(yè)設計有何作用？第十章新材料新技術(shù)與新工藝第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例產(chǎn)品造型設計材料與工藝2711.12008北京奧運會火炬一、造型設計

國際奧林匹克委員會歷來重視奧運會火炬的設計，每次火炬的揭曉都成為世界關(guān)注的焦點。自1936年奧運會火炬誕生以來，它就成為奧運會主辦國歷史和文化的載體。2008年北京奧組委對于火炬有三點要求：一是要能夠反映當代中國風采和中國人的精神面貌；二是有利于電視轉(zhuǎn)播；三是要有特色，放到瑞士洛桑奧林匹克博物館與歷屆奧運會火炬在一起，能夠醒目而易于辨認。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬一、造型設計

由聯(lián)想創(chuàng)新設計中心設計的“祥云”火炬正好符合了這三點要求，使它從全球388個競標方案中脫穎而出獲選2008北京奧運火炬。北京奧運會火炬的主題元素包括作為傳統(tǒng)的云紋符號，代表中國四大發(fā)明的紙以及承載千年中國印象的漆紅。其最初的設計理念來自蘊含“淵源共生，和諧共融”的中國傳統(tǒng)“云紋”符號，通過“天地自然，人本內(nèi)在，寬容豁達”的東方精神，借祥云之勢，傳播祥和文化，傳遞東方文明。北京奧運會火炬以漆紅為主體色，紅色祥云圖紋在亮銀底色下從火炬正中部向上升騰。和諧而鮮明的設計，不僅強烈體現(xiàn)出中國傳統(tǒng)藝術(shù)與現(xiàn)代設計的交融，而且與北京奧運會的主景觀保持了完美的一致。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬一、造型設計圖11-12008北京奧運會火炬及設計理念

第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬一、造型設計

火炬在外形設計中融合了四大元素__云紋、漆紅、人本和科技?！跋樵啤被鹁嬖谡w上采用了類似紙卷和畫軸極富中國特色的別致造型，紙是中國古代四大發(fā)明之一，通過絲綢之路傳到西方，用卷軸的創(chuàng)意最能體現(xiàn)中國文化的精髓，又能與火炬精神相契合，并且這種造型簡潔大方。將中國古代四大發(fā)明之一的紙，融入到奧運火炬設計中，在西方文化中也能夠得到很好的詮釋。整個火炬是由長度相等的兩段拼接而成，這一方面體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)美學中對稱平衡的觀念，同時便于安裝火炬芯、換氣罐等?；鹁嬷黧w以銀紅兩色為主，上半部以銀色為基色，立體浮雕為漆紅色的祥云花紋，預示“祥云升騰”。印有奧運五環(huán)標志、會徽“中國印”及“Beijing2008”等LOGO。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬一、造型設計

火炬把手部分，則噴涂了漆紅色的橡膠漆。這種紅色并不是普通的紅，而是采用了源于漢代、具有中國傳統(tǒng)文化特色的“漆紅”，它具有飽和的色彩度、色調(diào)沉穩(wěn)而又明快的特點。圖11-1展示了2008北京奧運會火炬及設計理念。奧運會火炬的大小手感如何，對火炬手的傳遞活動有著很大的影響。如果火炬太重，火炬手很可能拿不了多久手就會發(fā)酸。而“祥云”的“體重”只有985克，這在歷屆奧運會火炬中是偏輕的。火炬全長72厘米，下端握柄橫截面尺寸為4厘米×5厘米，非常適宜手握和傳遞，透露出人文關(guān)懷和很好的人機工程。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬一、造型設計

火炬由上、下二個外殼、燃燒器和燃料罐四個部分組成，燃燒器采用了兩種完全不同的燃燒系統(tǒng)，一種是在全球和全國各地傳遞的地面火炬，另一種則是成功點亮地球第三極的珠峰火炬。燃燒器設計借鑒了火箭發(fā)動機技術(shù)，多項技術(shù)世界首創(chuàng)，申請了十幾項專利。采用了預燃和主燃“雙火焰”結(jié)構(gòu)，燃燒穩(wěn)定可靠，抗風雨能力很強，即使上層的主火焰熄滅，下層的預燃火焰仍能立即將其重新點燃。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬一、造型設計圖11-2

2022北京冬奧運會火炬

第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬二、材料設計

根據(jù)火炬使用條件，對外殼材料提出如下要求：重量輕、有一定強度、成形工藝性好、材料質(zhì)感好、耐腐蝕和一定的耐高低溫度性能（燃燒的火焰和珠峰地區(qū)-40℃）。塑料和不銹鋼不能同時滿足上述要求，最終選用高質(zhì)量的鋁合金，滿足重量、強度、防銹、耐一定的高低溫、成形工藝性好的要求。下部把手為了防滑和美觀，同時手握上去不會有冰冷感，而是傳遞給人一種溫暖親切的感覺，考慮涂皮革漆，最終選用一種特殊的金屬表面高觸感橡膠漆。

第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬二、材料設計

“漆紅”具有飽和色彩度，色調(diào)沉穩(wěn)而又明快。由于特制的橡膠漆在剛噴上和干了之后的顏色還會有差別，為了調(diào)制出這種特別的紅色，前后總共進行了3輪調(diào)色，用了18塊色板。云紋的紅顏色則考慮在表面處理時解決。燃料罐選用耐壓和塑性好的鋁合金材料，可承受14MPa壓強。燃料為環(huán)保性好的丙烷，燃燒后生成二氧化碳和水，火炬外形制作材料屬可回收材料。

第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬三、工藝設計

火炬外殼成形難度在于：（1）設計為異形結(jié)構(gòu)，火炬口成桃形（實際是一個放大的云紋），外觀過渡流暢且有弧度；（2）在異形殼體外表做出立體云紋，這對蝕刻和著色都有非常大的難度；（3）殼體壁厚僅0.8毫米，這給中間連接件的設計以及上下殼體配合造成很大困難。其工藝的復雜性和難度都是設計人員以前從未遇到過的，經(jīng)過反復研究和試驗，異形結(jié)構(gòu)成形采用沖壓工藝，由于是彎形自由曲面，所以在模具設計制造上應用了從模型到模具的逆向工程技術(shù)，用模具實現(xiàn)輕薄高品質(zhì)鋁合金錐體曲面一次整體成型。立體云紋采用了蝕刻方法，防腐和染色采用雙色陽極氧化著色工藝，使防腐、著色和增加表面硬度結(jié)合在一起。下半段把手上的橡膠漆，采用了噴涂工藝涂覆。

第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬三、工藝設計

圖11-2為經(jīng)壓延、立體蝕紋，雙色氧化著色以及橡膠漆噴涂工藝加工后的火炬鋁合金外殼。燃料罐由整塊材料冷拉深直接成型，壁厚小于1mm。燃料罐與穩(wěn)壓裝置以螺紋接口方式連接，不僅定位精確，而且密封和更換方便。圖11-32008北京奧運火炬鋁合金外殼

第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬三、工藝設計

圖11-4

3D編織成型北京冬奧會火炬碳纖維復合材料外殼第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例11.12008北京奧運會火炬四、小結(jié)

2008北京奧運會火炬設計成功的關(guān)鍵因素之一是該設計中心構(gòu)建了一個多專業(yè)協(xié)同創(chuàng)新平臺，設計團隊由跨越工業(yè)設計、平面設計、材料工程、機械工程、人類學和社會學等十大學科專業(yè)人員組成，并歷時一年多合作完成。在奧運會火炬設計的創(chuàng)作過程中，工程師不斷給工業(yè)設計師提出各種建議，幫助工業(yè)設計師更好地把設計和工藝結(jié)合起來，去實現(xiàn)創(chuàng)意。從2008奧運火炬設計和制造可以看出，設計人員不僅要美學、工業(yè)造型功底深厚，而且對材料和制造工藝也要有足夠的了解。北京奧運會火炬不僅體現(xiàn)了中國文化的哲學理念，同時也象征著科技奧運、人文奧運和綠色奧運的和諧統(tǒng)一。所以，北京奧運會火炬堪稱是一系列先進設計理念和工藝，美術(shù)、工業(yè)設計、材料設計、工藝設計完美結(jié)合的典范。

4011.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩一、外觀造型設計

奧運會吉祥物有兩大用處：一是詮釋“更高、更快、更強、更團結(jié)”的新奧林匹克精神，并展示“和平、溫暖、可愛又友善”的中國新形象；二是通過以吉祥物為主要代表的奧運特許商品開發(fā)，帶動奧運會的商業(yè)運營，創(chuàng)造市場銷售業(yè)績。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-5冰墩墩4111.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩一、外觀造型設計設想冰墩墩是一只未來的航天熊貓，正在執(zhí)行探索太空的任務，它從月球上饒有興致地觀看著地球上正在北京舉辦的2022年冬奧會的精彩比賽。其造型設計由五部分構(gòu)成，幼齡熊貓形象、冰晶外殼、彩色光環(huán)、手掌愛心和冬奧會會徽。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-6冰墩墩設計形象元素4211.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩一、外觀造型設計“冰墩墩”的設計摒棄繁雜傳統(tǒng)紋樣的堆砌，強調(diào)簡約，將冰晶外殼與熊貓形象相結(jié)合，其靈感來自中國傳統(tǒng)小吃冰糖葫蘆，晶瑩透亮，創(chuàng)造了奧運會歷史上第一個雙層材料的吉祥物，透著未來科技感，如圖11-7所示。其臉部的彩色光環(huán)靈感來源于如圖11-8所示的冬奧會國家速滑館——“冰絲帶”，流動的明亮色彩線條，象征著冰雪運動的賽道和5G高科技，絢爛的“冰絲帶”也正是奧運五環(huán)色彩的幻化。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-7冰晶外殼圖11-8國家速滑館4311.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩一、外觀造型設計如圖11-9所示的“金墩墩”是作為獎杯外的“伴手禮”。相較冰墩墩，金墩墩多了金色花環(huán)，與往屆奧運會中的枝葉均為橄欖枝有所不同，金墩墩所用的花枝是獨具中國意蘊的“松竹梅”。在中國傳統(tǒng)文化里，松與竹經(jīng)冬天而不凋零，梅花耐寒而開放，被稱作“歲寒三友”，寓意堅韌、頑強和旺盛的生命力。因此，金墩墩上的“歲寒三友”飽含著對獲獎運動員的稱頌、敬意和美好祝福。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-9金墩墩4411.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩二、材料設計冰墩墩毛絨玩具由硅膠外殼和毛絨熊貓兩部分組裝而成，工藝并不難，難度在于冰殼創(chuàng)意上。采用PVC塑料硬殼可以保證它透明不變色，采用硅膠軟殼可以實現(xiàn)很好的擁抱感、溫暖度，基于觸摸體驗的考慮，最終選擇了軟硅膠外殼，如圖11-10所示，而這種硅膠外殼是由環(huán)保PVC（聚氯乙烯）及PC（聚碳酸酯）制作而成，耐腐蝕、耐拉伸。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-10軟硅膠透明外殼4511.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩二、材料設計圖11-11所示的“冰墩墩雪容融”屬于陶瓷類的“冰墩墩”，產(chǎn)自泉州德化縣，傳承了千年的德化瓷燒制技藝。圖11-12所示為陶瓷版冰墩墩的制作過程（燒制-上色-噴漆）。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-11冰墩墩雪容融圖11-12陶瓷“冰墩墩”生產(chǎn)制作過程4611.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩三、工藝設計首先是完成“冰墩墩”硅膠外殼的制作，外殼透明度要求極高，硅膠外殼的生產(chǎn)流程總體是：3D建模加工模具、模壓成型和熱轉(zhuǎn)印。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-13毛絨玩具冰墩墩加工過程圖11-14熱轉(zhuǎn)印工藝4711.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩三、工藝設計其次采用傳統(tǒng)工藝完成毛絨布偶熊貓制作。（1）先把熊貓的各個部位裁片再縫合；（2）縫好整個熊貓后，在屁股處留下一個洞；（3）用填充機填充棉花；（4）藏針法封底。最后是組裝。手工摘掉身上多余的絨毛；然后將熊貓塞進冰殼擺正；最后調(diào)整位置。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例4811.2北京冬奧吉祥物——冰墩墩四、小結(jié)“冰墩墩”這個頂流IP背后的策略邏輯，即“熊貓+冰殼”，進一步抽象歸納，即“套路+變化”。所謂套路，指某種特定不變、有一套模式化的標準和規(guī)范，在“冰墩墩”身上，“熊貓”就是套路，也正因此套路，降低了傳播和學習新事物所必需的成本。變化就是創(chuàng)新，賦予新形式、新內(nèi)容、新主題、新特色，冰晶外殼為熊貓增加了更多創(chuàng)新可能。冰晶外殼設計引領(lǐng)時代潮流，有利于互聯(lián)網(wǎng)表情包與特許產(chǎn)品的多樣性開發(fā)，圍繞外殼衍生出多個變體版本如“虎墩墩”和“盲盒版墩墩”等變體，如圖11-15所示。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-15冰墩墩變體4911.3哈雷·戴維森SportsterS一、外觀造型設計作為Sportster系列里程碑式的車型，SportsterS個性張揚、特立獨行，代表了哈雷對于性能和風格的把控。車側(cè)腰線高掛的排氣、以及單車座的設計源自知名的XR750概念車，肥大的前輪與體積相對小的前叉，讓車子充滿復古的Bobber車型風格，更加緊密一體的車身充滿現(xiàn)代氣息，改變了哈雷摩托車給人的固有印象，更具科技感,如圖11-16所示。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-6哈雷·戴維森SportsterS5011.3哈雷·戴維森SportsterS一、外觀造型設計（1）車體。哈雷·戴維森SportsterS采用全新的底盤結(jié)構(gòu)以及動力總成（REVOLUTIONMAX1250T），引擎本體也成為車架結(jié)構(gòu)的一部分，排氣系統(tǒng)造型和位置做出了重大調(diào)整，形成更現(xiàn)代的整體車身結(jié)構(gòu)。SportsterS車身長寬高分別為：2265mm*843mm*1089mm，配合1518mm的軸距及228kg的車重，輕量化車身和澎湃動力完美結(jié)合，實現(xiàn)了更好的運動性能和操控性，如圖11-17所示。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-17行駛中的哈雷·戴維森SportsterS5111.3哈雷·戴維森SportsterS一、外觀造型設計（2）車頭。哈雷SportsterS一改以往延續(xù)的經(jīng)典圓形前大燈設計，采用更具現(xiàn)代氣息的圓角矩形LED照燈。車頭一塊四英寸圓形TFT液晶顯示器，將車輛信息進行匯總，提供儀表、指示器、導航等功能，這種經(jīng)典和現(xiàn)代的結(jié)合，增加了車輛的科技感,如圖11-18所示。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-18哈雷·戴維森SportsterS車頭5211.3哈雷·戴維森SportsterS一、外觀造型設計（3）色彩。哈雷·戴維森SportsterS在車身色彩方面做出了較大調(diào)整，除了延續(xù)傳統(tǒng)經(jīng)典配色外，增添了更多的變化，發(fā)動機蓋具有巧克力色緞面效果，尾氣處理系統(tǒng)采用亞光黑和銀色搭配，擺脫了之前的純黑或亮銀色，更具有現(xiàn)代氣息。在沿襲品牌色設計、保留品牌辨識度基礎(chǔ)上，增加了新的流行色元素，如圖11-19所示。第十一章產(chǎn)品造型材料與工藝實例圖11-19哈