内容简介
本书从产品设计的角度出发,针对来自14 个国家75 种具有不同特征的产品,介绍了162 种制造工艺。全书共分9 章,分别介绍了6 种固态切割加工工艺、20 种板材加工工艺、10 种连续长度材料的加工工艺、19 种薄壁中空件加工工艺、11 种其他态转固态的材料加工工艺、16 种具有复杂形状和表面的制品的加工工艺、微模电铸等14 种新工艺,40 种表面处理技术,以及26 种连接技术。
全书涵盖了所有与大规模和批量生产有关的近现代制造技术,覆盖面之广超出了绝大部分同类书籍。书中所介绍的各类技术均包括工艺总结、产量、单价与投资成本、加工速度、表面质量、形状类型/ 复杂程度、尺寸规格、精度、相关材料、典型产品、类似方法、可持续问题等内容,且图文并茂,好读易懂。
本书适用面广,可供产品设计人员、制造人员使用,也可供需要了解产品制造技术的管理人员、投资人员阅读,还可供高等院校相关专业师生参考。
目录
目录
3 引言
6 工艺对比
16 1:固态切割——用切割工具进行制品的加工
18 机械加工
21 计算机数控(CNC)切割
24 电子束加工(EBM)
26 车削
29 旋坯成形和盘车拉坯成形
33 等离子弧切割
36 2:板材——以板材为原料的制品的加工
38 化学蚀刻
40 模切
42 水射流切割
44 电火花线切割(EDM)
46 激光切割
48 氧乙炔焰切割
50 板料成形
52 热弯玻璃
54 钢板电磁成形
56 金属旋压
59 金属切割
61 工业折叠
64 热成型
67 爆炸成形
70 铝板超塑成形
73 钢的无模内压成形
76 金属胀形
78 胶合板弯曲
81 胶合板深度三维成型
84 胶合板模压成型
86 3:连续——由连续长度的材料所制成的制品的加工
88 压延
90 吹塑薄膜
92 挤注成型
94 挤压成型?
97 拉挤成型
100 拉挤复合成型TM
102 辊压成形
104 旋转锻造
106 预弯成形金属丝编织
110 单板剪裁
112 4:薄壁中空——薄壁中空制品的加工
114 手工吹制玻璃
116 烧拉玻璃管
118 机吹玻璃吹制成型
122 机压玻璃吹制成型
125 塑料吹塑成型
127 注射吹塑成型和注拉吹塑成型
130 挤出吹塑成型和共挤吹塑成型
132 浸渍成型
135 旋转铸塑
138 注浆成型
141 金属液压成形
144 反向冲击挤压
147 纸浆成型
150 接触成型
152 真空浇注工艺(VIP)
154 高压釜成型
156 缠绕成型
159 离心铸造
162 电铸
164 5:其他态转固态——将材料转变为固态制品的加工
166 烧结
168 热等静压(HIP)
170 冷等静压(CIP)
172 模压成型
174 传递模塑成型
176 发泡成型
179 胶合板壳发泡成型
182 膨胀木材法
185 锻造
188 粉末锻造
190 精密铸造原型(pcPRO?)
192 6:复杂——具有复杂形状和表面的制品的加工
194 注射成型
197 反应注射成型(RIM)
199 气体辅助注射成型
201 MuCell? 微发泡注射成型
204 嵌件成型
207 多重注射成型
210 模内装饰
212 模外装饰
214 金属注射成型(MIM)
217 高压压铸
220 陶瓷注射成型(CIM)
222 熔模铸造
226 砂型铸造
229 玻璃压制
232 压力辅助注浆成型
234 黏塑性加工(VPP)
236 7:先进——先进的加工技术
238 喷墨打印
240 纸基快速原型
242 轮廓工艺
244 立体光刻(SLA)
248 微模电铸
250 选择性激光烧结(SLS)
253 用于纤维缠绕的Smart MandrelsTM 工艺
255 金属板料渐进成形
258 3D 针织
260 数字光合成
262 用于活性材料的FDM 工艺
264 多射流熔融
266 多喷头打印
268 快速液体打印
270 8:表面加工工艺
272 装饰
272 染料升华印染
272 真空金属喷涂
273 植绒
273 酸蚀
274 激光雕刻
274 丝印
275 电解抛光
275 移印
276 绒面涂料
276 热箔冲印
277 包覆成型
277 喷砂
278 功能
278 i-SD 系统
278 模内装饰技术
279 自愈合涂层
279 防液涂层
280 陶瓷涂层
280 粉末涂层
281 磷酸盐涂层
281 热喷涂
282 表面硬化
282 高温涂层
283 厚膜金属化
283 防护涂层
284 喷丸
284 等离子弧喷涂
285 镀锌
285 去毛刺
286 化学抛光
286 金属蒸镀
287 汽蒸
287 酸洗
288 不粘涂料(有机)
288 不粘涂料(无机)
289 装饰与功能
289 镀铬
289 阳极氧化
290 收缩性薄膜包装
290 浸涂
291 陶瓷上釉
291 搪瓷
292 9:连接
294 连接方法
296 金属包覆
296 UV 粘合
297 高频(HF) 焊接
297 超声波焊接
298 点焊
298 气焊
299 电弧焊
299 氩弧焊
300 钎焊
300 摩擦焊(线性和旋转)
301 等离子表面处理
301 塑料和金属的纳米粘合
302 激光焊
302 热塑性焊接
303 搅拌摩擦焊
前言/序言
引言
未知世界总是那么让人好奇,指引我们探索各种奥秘,挖掘现实世界所隐藏的本质。在儿时,电视节目让我们了解了巧克力曲奇和牛奶瓶是如何被生产出来的。如今,旅行者们喜欢参观家庭手工业作坊,观看手工艺品的制作过程。更有甚者,喜欢去观看DVD的“影片花絮”,以发现制片人的影片特效技巧为乐趣。对于设计师们而言,他们更是不停地在探索新旧方法之间的转变与融合,并将这些技术应用于设计领域。
现如今,已有机器每分钟可制造2000 个灯泡,有的机器可生产出极其细小的柔性光缆。这些机器的发明总是令作者无比惊奇,感慨它们的产生根源。究竟是怎样一种创新思想,孕育了这些工艺:将热黏的熔融态玻璃悬浮在塔楼内,以非常慢的速率滴落,从而在拉应力的作用下制成管壁厚度小于1mm的光学玻璃纤维;或者是以每分钟300 个的速度将钢丝弯成“宝石牌”回形针;又或者是那种带涡旋色彩玻璃球的制作工艺,所制成的玻璃球样式各异。不过,这些特殊物品都只针对特定的生产工艺,这不是本书要讲的内容。本书致力于阐述与任意给定物体的生产制造所相关的方法,简言之,就是介绍与工业设计相关的方法。
自第1 版出版至今,工业界出现了许许多多的创新发明,其中一部分内容被挑选了出来,在本版(以下简称本书) 中做了介绍。有些方法是高度专业化的,如电磁成形;有些是古老方法的再评估,如工业折叠;还有一些是多种工艺的组合,如挤注成型,它结合了注射成型和挤压成型两种工艺的特点。
此外,还有一些现有生产方法的特殊应用,如Marcel Wanders 的斯帕克林椅子,使用于塑料瓶产业的注射吹塑成型工艺得到了极大提升,可用于家具制作。
我们一直在寻求更具可持续性的设计方法。为阐述能源利用、物质匮乏以及良心制造的重要性,作者在本书中增加了一些细节内容,以便于读者对这些复杂体系及考虑的关键点有所了解。此外,本书还增加了一个关于精加工技术的全新章节,很多时候产品通过着色、喷涂或者是功能叠加,会很容易带来创新。本书第6 页到第13 页给出了各种技术关键因素(如产量) 的快速导览,使得读者对这些技术能有一个直观的比较,并能快速获取相应的核心信息。
本书的目的是在工业设计的范畴内探索隐藏在产品设计背后的故事。通过深入机器世界,探索集成的创新性工艺是如何将液体、固体、板材、粉末以及大块的金属变成三维形状的产品的。作者试图通过一种全新的方式,聚焦这些方法在用于大规模生产时的内在特质,并将这些方法呈现给大家。本书意在鼓舞设计师们将生产作为设计的一个创新环节而非仅仅是一种方法,从而制造出更好的产品。
本书汇集了现存的工程领域技术手册、贸易杂志以及协会网站中的相关信息,将其整理成适用于设计师们的指导手册,以便他们能够快速了解产品制造领域的相关知识。从某种意义上而言,本书作者希望在产品变革这一重要时刻,向读者呈现所有与大规模和批量生产相关的方法。旧的制造观念正在被设计工业界重新审视,每天都会有新的可能出现,它们正高度影响着我们制造、选择和消费产品的方式。过去,设计更多地以制造从属物的形式出现,创意受限于成形以及成本方面的约束。尽管目前在大多数情况下上述问题依然存在,但是制造工艺已越来越多地被设计师们视为一种设计工具,将新材料和新概念引入新的制造方法,并按预期的产量进行试生产。
书中给出的一部分例子反映了在某个发展阶段设计师和制造商们的新工具并非是自然界的工具,而是工厂的设施。以MalcolmJordan 的曲面制品为例,它在某种程度上引领了一种全新的木料成型方法。此外,作者增加了一些非传统的工艺方法,这些方法可能无法适用于那些大规模生产的产品,但它能指引一些新的发展方向,形成一些工业化生产技术与手工业方法相结合的思路,以及小型常规设备重组的指导方案。
在工业革命之前,手工业产品通常受周边地形地貌的影响。以陶瓷为例,它的设计与制造主要在富含黏土的地域,如英国西北部特伦特河畔的斯托克城,这里是Wedgwood和其他不计其数的陶瓷工厂的诞生地。与之类似,拥有大量林地的地域通常会有大量专业化的家具生产群体。材料取自本地资源,技术逐步形成并代代相传。全球化经济打破了这一现象,给地域化群体带来了很大的冲击。然而,如今技术的发展又重新将生产控制权交回到了小型手工业者和消费者手中。很多时候,这种回归是由新产品和新技术驱动的。有些时候,是由于人们跨越了机器的使用范畴,从而生产出了意料之外的产品。利用简易喷墨打印机进行原型制造就是一个典型的例子。
这类产品或技术的重新使用是革新的重要组成部分。人们不停地进行试验,把事物混合并加以交换,不断突破传统。这种创造的欲望正处于全速前行的状态。如果说旧时代的手工业者采用手工工具实现材料成形的话,那么现在的工具则是机器。只要花费约100 英镑,就可以购得一台喷墨打印机,安装好墨盒后,接着就可以开始运行,利用CAD数据驱动来生成全新