店 产品设计材料与工艺 陈炳发 等 编 工业设计专业系列教材 设计材料的性能与特性 设计材料的选择 产品设计书籍

无法落地实现的设计概念，如同空中楼阁，因此产品设计的落地性到关重要。由于材料在设计中发挥着无可替代的作用，因此在产品设计过程中，充分考虑材料的性能、成型工艺，能够大大提高产品的可实现性。本教材主要内容包括：设计材料的相关概念、设计材料的性能与特性、设计材料的选择等；设计材料的感性认识，包括材料的质感、材料的美学规律研究；常用设计材料（金属、塑料、陶瓷、玻璃、木材）的性能、成型工艺及其在设计中的运用；*新材料技术的相关介绍。本书可作为本科高等教育工业设计、产品设计专业相关课程的教学用书，也可供工业设计、产品设计一线从业人员参考使用。

目 录

*1章
产品设计材料与工艺概述… ……… 001
1.1 材料工艺与设计… ………………… 001
■■ 1.1.1 材料的定义……………………… 001
■■ 1.1.2 材料与设计……………………… 002
■■ 1.1.3 设计中的工艺因素……………… 005
1.2 设计材料的发展… ………………… 008
1.3 设计材料的分类… ………………… 011
■■ 1.3.1 历史分类法……………………… 012
■■ 1.3.2 物质结构分类法………………… 012
■■ 1.3.3 材料加工度分类法……………… 012
■■ 1.3.4 材料形态分类法………………… 015
1.4 设计材料的性能与特性… ………… 015
■■ 1.4.1 材料的一般性质………………… 016
■■ 1.4.2 设计材料的工艺特性…………… 021
1.5 设计材料的选择… ………………… 022
■■ 1.5.1 材料的性能因素………………… 023
■■ 1.5.2 材料的市场性因素……………… 023
■■ 1.5.3 材料的环境性因素……………… 024
1.6 设计材料的质感… ………………… 025
■■ 1.6.1 质感概述………………………… 025
■■ 1.6.2 材料的质感分类………………… 026
■■ 1.6.3 影响材料质感的因素…………… 028
1.7 设计材料的美感… ………………… 030
■■ 1.7.1 材料的色彩美…………………… 031
■■ 1.7.2 材料的肌理美…………………… 032
■■ 1.7.3 材料的光泽美…………………… 034
■■ 1.7.4 材料的质地美…………………… 035
本章习题………………………………… 036
*2章
金属及其加工工艺… ……………… 037
2.1 金属材料概述… …………………… 037
■■ 2.1.1 金属材料的定义与发展历史…… 037
■■ 2.1.2 金属材料的性能………………… 040
2.2 常用金属材料及其应用… ………… 041
■■ 2.2.1 常用黑色金属…………………… 041
■■ 2.2.2 常用有色金属及其合金………… 043
2.3 金属材料的成型加工工艺… ……… 048
■■ 2.3.1 铸造……………………………… 048
■■ 2.3.2 塑性成型………………………… 051
■■ 2.3.3 切削加工………………………… 054
■■ 2.3.4 粉末冶金成型…………………… 057
2.4 金属材料的连接工艺… …………… 058
■■ 2.4.1 连接工艺的概念与分类………… 058
■■ 2.4.2 螺栓连接………………………… 058
■■ 2.4.3 焊接……………………………… 058
■■ 2.4.4 铆接……………………………… 063
■■ 2.4.5 粘接……………………………… 063
■■ 2.4.6 连接新工艺……………………… 063
2.5 金属表面处理与装饰技术… ……… 065
■■ 2.5.1 材料表面处理的功效…………… 065
■■ 2.5.2 表面处理与装饰技术的分类…… 065
■■ 2.5.3 金属材料常用表面处理和装饰
技术…………………………… 066
2.6 “学以致用”——金属产品设计
案例分析………………………… 069
本章习题………………………………… 072
第3章
塑料及其加工工艺… ……………… 073
3.1 塑料概述… ………………………… 073
■■ 3.1.1 塑料的发展历史………………… 073
■■ 3.1.2 塑料的组成……………………… 074
■■ 3.1.3 塑料的分类 … ………………… 076
■■ 3.1.4 塑料的性能……………………… 078
3.2 常用塑料的特性与应用… ………… 080
■■ 3.2.1 通用塑料………………………… 080
■■ 3.2.2 工程塑料………………………… 085
■■ 3.2.3 特种塑料………………………… 088
■■ 3.2.4 常用的塑料代号、代码汇总…… 089
3.3 塑料的成型方法… ………………… 091
■■ 3.3.1 成型方法概述…………………… 091
■■ 3.3.2 注塑成型 … …………………… 091
■■ 3.3.3 挤出成型………………………… 093
■■ 3.3.4 压制成型 … …………………… 094
■■ 3.3.5 吹塑成型………………………… 095
■■ 3.3.6 热成型 … ……………………… 096
■■ 3.3.7 滚塑成型………………………… 097
■■ 3.3.8 延压成型………………………… 097
■■ 3.3.9 发泡成型………………………… 098
3.4 塑料的二次加工… ………………… 098
■■ 3.4.1 塑料的机械加工………………… 099
■■ 3.4.2 连接……………………………… 099
■■ 3.4.3 表面装饰处理…………………… 103
3.5 塑料制备技术处理原则… ………… 106
■■ 3.5.1 壁厚 … ………………………… 107
■■ 3.5.2 脱模斜度………………………… 107
■■ 3.5.3 圆角的布置……………………… 108
■■ 3.5.4 加强筋…………………………… 109
■■ 3.5.5 支撑面…………………………… 109
■■ 3.5.6 嵌件……………………………… 110
■■ 3.5.7 分模线 ………………………… 111
■■ 3.5.8 侧向凹凸………………………… 111
■■ 3.5.9 孔的设计………………………… 112
■■ 3.5.10 模具痕迹… …………………… 112
3.6 塑料材质的鉴别及选用… ………… 113
■■ 3.6.1 塑料的鉴别方法………………… 113
■■ 3.6.2 塑料的选用原则………………… 115
3.7 “学以致用”——塑料产品设计
案例分析………………………… 118
■■ 3.7.1 普通塑料产品拆解分析——
Jonsered 鼓风机造型材料与
结构工艺分析………………… 118
■■ 3.7.2 新型塑料产品创新设计案例
分析…………………………… 125
本章习题………………………………… 128
第4章
陶瓷及其加工工艺… ……………… 129
4.1 陶瓷概述… ………………………… 129
■■ 4.1.1 陶瓷的概念……………………… 129
4.1.2 陶瓷的发展历史………………… 131
■■ 4.1.3 陶瓷分类………………………… 140
4.2 设计常用的陶瓷材料… …………… 140
■■ 4.2.1 普通陶瓷………………………… 141
■■ 4.2.2 特种陶瓷………………………… 142
4.3 陶瓷的性质… ……………………… 145
4.4 陶瓷的加工工艺… ………………… 148
■■ 4.4.1 原料配制………………………… 148
■■ 4.4.2 坯料成型………………………… 148
■■ 4.4.3 坯体干燥………………………… 151
■■ 4.4.4 坯体装饰………………………… 151
■■ 4.4.5 上釉……………………………… 153
■■ 4.4.6 窑炉烧结………………………… 155
4.5 “学以致用”——陶瓷产品设计
案例分析………………………… 155
本章习题………………………………… 157
第5章
玻璃及其加工工艺… ……………… 158
5.1 玻璃概述… ………………………… 158
5.2 玻璃的组成… ……………………… 161
■■ 5.2.1 玻璃的主料……………………… 162
■■ 5.2.2 玻璃的辅料……………………… 162
5.3 玻璃的基本性能… ………………… 163
5.4 玻璃的分类… ……………………… 167
■■ 5.4.1 按主要成分分类………………… 167
■■ 5.4.2 按功能分类……………………… 169
■■ 5.4.3 按制造方式分类………………… 171
5.5 玻璃的成型工艺… ………………… 171
■■ 5.5.1 压制法…………………………… 172
■■ 5.5.2 吹制法…………………………… 173
■■ 5.5.3 拉制法…………………………… 174
■■ 5.5.4 延压法…………………………… 174
■■ 5.5.5 浇铸法…………………………… 175
■■ 5.5.6 浮法成型法……………………… 175
5.6 玻璃的二次加工… ………………… 176
5.7 玻璃的表面工艺… ………………… 178
5.8 “学以致用”——玻璃产品设计
案例分析………………………… 179
本章习题………………………………… 184
第6章
木材及其加工工艺… ……………… 185
6.1 木材概述… ………………………… 185
■■ 6.1.1 木材介绍………………………… 185
■■ 6.1.2 木材的分类……………………… 187
6.2 木材的结构… ……………………… 188
■■ 6.2.1 木材的基本构造………………… 188
■■ 6.2.2 木材的三切面…………………… 189
6.3 木材的特性… ……………………… 190
6.4 木材的成型工艺… ………………… 194
■■ 6.4.1 木材的加工流程………………… 194
■■ 6.4.2 木材的加工方法………………… 195
■■ 6.4.3 木材的软化处理与弯曲技术…… 199
6.5 木材的二次加工… ………………… 201
■■ 6.5.1 木材的连接……………………… 201
■■ 6.5.2 木材的表面处理………………… 206
6.6 新型木材… ………………………… 209
■■ 6.6.1 新型木材概述…………………… 209
■■ 6.6.2 常见木质材料…………………… 215
6.7 “学以致用”——木材在设计
中的应用分析……………………… 218
本章习题………………………………… 221
第7章
增材制造… ………………………… 222
7.1 增材制造概述… …………………… 222
■■ 7.1.1 增材制造的概念及基本原理…… 222
■■ 7.1.2 增材制造与传统制造的区别…… 224
■■ 7.1.3 增材制造的技术优点…………… 224
■■ 7.1.4 增材制造的工艺分类…………… 226
7.2 增材制造材料… …………………… 227
■■ 7.2.1 增材制造常用材料状态分类…… 227
■■ 7.2.2 常见的增材制造材料…………… 228
7.3 增材制造的一般工艺流程… ……… 230
■■ 7.3.1 三维建模………………………… 231
■■ 7.3.2 数据处理………………………… 232
■■ 7.3.3 参数设置………………………… 233
■■ 7.3.4 加工……………………………… 233
■■ 7.3.5 后处理…………………………… 233
7.4 增材制造常见工艺介绍… ………… 235
■■ 7.4.1 熔融沉积成型（FDM）… …… 235
■■ 7.4.2 三维打印成型（3DP）………… 236
■■ 7.4.3 分层实体制造（LOM）… …… 237
■■ 7.4.4 立体光固化成型（SLA）……… 238
■■ 7.4.5 选择性激光烧结（SLS）… …… 238
■■ 7.4.6 选择性激光熔融（SLM）……… 239
■■ 7.4.7 电子束选区熔化（EBSM）…… 240
■■ 7.4.8 激光立体成型（LSF）… ……… 241
■■ 7.4.9 电子束熔丝沉积（EBFF）… … 242
■■ 7.4.10 电弧增材制造（WAAM）…… 242
7.5 “学以致用”——增材制造应用
案例分析………………………… 244
本章习题………………………………… 246
第8章
仿生轻质功能材料概述 … ………… 248
8.1 仿生设计概述 … …………………… 248
8.2 仿生设计艺术形态基础… ………… 250
8.3 仿生结构力学… …………………… 253
■■ 8.3.1 仿生结构色……………………… 253
■■ 8.3.2 仿生轻质结构…………………… 256
■■ 8.3.3 仿生超强韧纤维………………… 258
8.4 仿生表面界面技术… ……………… 260
■■ 8.4.1 仿生黏附表面与界面…………… 260
■■ 8.4.2 仿生表面特殊浸润性能………… 263
8.5 “学以致用”——仿生爬壁机器人
案例分析……………………… 265
本章习题………………………………… 269
第9章
新材料… …………………………… 270
9.1 新材料概述… ……………………… 270
■■ 9.1.1 新材料的概念…………………… 270
■■ 9.1.2 新材料的研发趋势……………… 271
9.2 新材料与产品设计… ……………… 272
■■ 9.2.1 新材料对产品设计的影响……… 272
■■ 9.2.2 新材料的应用…………………… 273
9.3 新材料介绍… ……………………… 273
■■ 9.3.1 信息材料………………………… 273
■■ 9.3.2 新能源材料……………………… 278
■■ 9.3.3 先进复合材料…………………… 282
■■ 9.3.4 纳米材料………………………… 286
■■ 9.3.5 生态环境材料…………………… 288
■■ 9.3.6 生物医用材料…………………… 290
■■ 9.3.7 智能材料………………………… 292
■■ 9.3.8 超导材料………………………… 295
9.4 “学以致用”——碳纤维复合
材料在自行车中的运用………… 298
本章习题………………………………… 299
参考文献… ………………………… 301

陈炳发，1985年南京航空学院飞机制造工程专业学士本科毕业，1988年南京航空学院航空宇航制造工程专业硕士研究生毕业。南京航空航天大学教授，*家级*流专业建设点工业设计专业负责人，首批*家级*流课程国家虚拟仿真实验教学建设项目负责人，工业和信息化部工业设计重点专业负责人，江苏省工业设计实践教学（南航）中心、江苏省工业设计（南航）中心负责人。

1、践行新工科教学理念。面向新时期要求，内容设计上结合了工程技术领域的材料学，制造工艺学，机械设计原理等，也融合了设计学中的创新思维、造型方法、美学规律等方面的知识内容。2、教材结构创新。教材中将大量使用表格、图片、案例等表现形式，具体直观，使学生能够高效率地掌握知识点。每个章节，设置学习思维导图、教学要求、案例分析，产品拆解、思考题等模块，注重学习方法的引导和学习效果的检验，方便学生自学。3、丰富的资料库。多年来收集国内外5大类材料与加工工艺的图片、视频、案例资源，作为线上学习资源。拍摄了基于本教材的微课视频近450分钟，作为配套教学电子资源，使学生学习不受时空的约束，随时随地进行学习。

1、践行新工科教学理念。面向新时期要求，内容设计上结合了工程技术领域的材料学，制造工艺学，机械设计原理等，也融合了设计学中的创新思维、造型方法、美学规律等方面的知识内容。2、教材结构创新。教材中将大量使用表格、图片、案例等表现形式，具体直观，使学生能够高效率地掌握知识点。每个章节，设置学习思维导图、教学要求、案例分析，产品拆解、思考题等模块，注重学习方法的引导和学习效果的检验，方便学生自学。3、丰富的资料库。多年来收集国内外5大类材料与加工工艺的图片、视频、案例资源，作为线上学习资源。拍摄了基于本教材的微课视频近450分钟，作为配套教学电子资源，使学生学习不受时空的约束，随时随地进行学习。

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