工业设计必了解的产品工艺和表面处理方法.docx
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工业设计必了解的产品工艺和表面处理方法
工业设计必了解的产品工艺和表面处理方法
（2014-7-7 10:
56）
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LDS3D打印激光直接成型技术热转印
表面立体印刷（水转印）WaterTransferPrinting
水转印——是利用水的压力和活化剂使水转印载体薄膜上的剥离层溶解转移，基本流程为：
一）膜的印刷：
在高分子薄膜上印上各种不同图案；
二）喷底漆：
许多材质必须涂上一层附着剂，如金属、陶瓷等，若要转印不同的图案，必须使用不同的底色，如木纹基本使用棕色、咖啡色、土黄色等，石纹基本使用白色等；
三）膜的延展：
让膜在水面上平放，并待膜伸展平整；
四）活化：
以特殊溶剂（活化剂）使转印膜的图案活化成油墨状态；
五）转印：
利用水压将经活化后的图案印于被印物上；
六）水洗：
将被印工件残留的杂质用水洗净；
七）烘干：
将被印工件烘干，温度要视素材的素性与熔点而定；
八）喷面漆：
喷上透明保护漆保护被印物体表面；
九）烘干：
将喷完面漆的物体表面干燥。
水转印技术有两类，一种是水标转印技术，另一种是水披覆转印技术，前者主要完成文字和写真图案的转印，后者则倾向于在整个产品表面进行完整转印。
披覆转印技术（CubicTransfer）使用一种容易溶解于水中的水性薄膜来承载图文。
由于水披覆薄膜张力极佳，很容易缠绕于产品表面形成图文层，产品表面就像喷漆一样得到截然不同的外观。
披覆转印技术可将彩色图纹披覆在任何形状之工件上，为生产商解决立体产品印刷的问题。
曲面披覆亦能在产品表面加上不同纹路，如皮纹、木纹、翡翠纹及云石纹等，同时亦可避免一般板面印花中常现的虚位。
且在印刷流程中，由于产品表面不需与印刷膜接触，可避免损害产品表面及其完整性。
金属拉丝Benchdrawingmetal
铝合金的表面拉丝工艺：
拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。
直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。
它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。
直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。
连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。
改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。
断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。
制取原理：
采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。
乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。
这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。
波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。
利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。
旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。
它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。
螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌面上，与桌子边沿成60度左右的角度，另外做一个装有固定铝板压茶的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹竞度。
利用毛毡的旋转与拖板的直线移动，在铝板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。
阳极氧化 Andiozing
作为轻金属的铝及其类别合金，在工业设计中已经越来越普遍。
MP3播放器、DSC、手機、NB、甚至桌面電腦等，均可見輕金屬身影（鎂合金與鋁合金為主流），NB採用鎂合金比例（含內外構件）更已超過50%，蘋果（Apple）的MP3播放器、桌面電腦與Sony的DSC，甚至大量採用鋁合金材料。
铝合金的氧化着色是小型机电产品常用的一种表面处理工艺，其作用主要是增强产品表面的抗蚀能力（如发黑、发蓝）和使产品具有装饰效果（如均匀一致的各种颜色）。
氧化着色效果与铝合金的材料成分和工艺参数有关。
铝合金表面氧化着色后通常还有后续处理工艺，使整个产品更具美观性。
另外还有一点，着色并非是氧化的后处理，是在氧化的同时进行的。
常用的有下面几种氧化着色处理方法：
（1）着色阳极氧化膜铝的阳极氧化膜，靠吸附染料而着色。
（2）自发色阳极氧化膜这种阳极氧化膜是某种特定铝材在某种合适的电解液（通常以有机酸为基）中在
电解作用下，由合金本身自发地生成一种带色的阳极氧化膜。
（3）电解着色阳极氧化膜的着色，通过氧化膜的空隙被金属或金属氧化物电沉积而着色。
铝板钻石雕刻
激光直接成型技术 LDS—LaserDirectStructuring
激光直接成型技术是一种专业镭射加工、射出与电镀制程的3D-MID「Three-dimensionalmouldedinterconnectdevice」生产技术，其原理是将普通的塑胶元件/电路板赋予电气互连功能、支撑元器件功能和塑料壳体的支撑、防护等功能，以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能结合於一体，形成所谓3D-MID，适用於ICSubstrate、HDIPCB、LeadFrame局部细线路制作。
此技术可应用在手机天线、汽车用电子电路、提款机外壳及.医疗级助听器。
目前最常见的在於手机天线，一般常见手机天线内建方法，大多采用将金属片以塑胶热融方式固定在手机背壳或是将金属片直接贴在手机背壳上，LDS可将天线直接雷射在手机外壳上，不仅避免内部手机金属干扰，更缩小手机体积。
LaserDirectStructuring制作技术是透过雷射机台接受数位线路资料後，将PCB表面锡抗蚀刻阻剂烧除，之後再施以电镀金属化，即可在塑胶表面产生金属材的线路。
LaserDirectStructuring制程主要有四步骤
1.射出成型（Injectionmolding）。
此步骤在热塑性的塑料上射出成型。
2.雷射活化（LaserActivation）。
此步骤透过雷射光束活化，藉由添加特殊化学剂雷射活化使物体产生物理化学反应行成金属核，除了活化并形成粗糙的表面，使铜在金属化过程中在塑料上扎根。
3.电镀（Metallization）。
此为LDS制程中的清洁步骤，在仅用作电极的金属化塑胶表面进行电镀5~8微米的电路，如铜、镍等，使塑料成为一个具备导电线路的MID元件。
4.组装（Assembling）。
LDS主要应用
3D-MID技术已被较广泛的应用于通讯、汽车电子、计算机、机电设备、医疗器械等行业领域。
目前最主要的应用是无线通讯产品，主要为智能手机天线及无线支付这一部分。
几乎所有已知的做智能手机的公司几乎都有相关机型使用3DMID天线。
3D打印 3Dprinting
3D打印又称积层制造（AdditiveManufacturing,AM），属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础直接制造几乎任意形状三维实体的技术。
3D打印运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体，即“层造形法”。
3D打印与传统的机械加工技术不同，后者通常采用切削或钻孔技术（即减材工艺）实现。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。
该技术在珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工（AEC），汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，枪支以及其他领域都有所应用。
基本流程如下：
1.三维设计：
3D打印的设计过程是：
先通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印。
设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。
一个STL文件使用三角面来大致模拟物体的表面。
三角面越小其生成的表面分辨率越高。
PLY是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。
2.打印：
打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。
这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而3D打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。
一个桌面尺寸的3D打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。
3.表面处理：
目前3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：
先用当前的3D打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。
有些技术可以同时使用多种材料进行打印。
有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。
电镀工艺 Plating
电镀工艺：
电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中﹐以被镀基体金属为阴极﹐通过电解作用﹐使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来﹐形成镀层的一种表面加工方法。
镀层性能不同于基体金属﹐具有新的特征。
根据镀层的功能分为防护性镀层﹐装饰性镀层及其它功能性镀层。
电镀工艺过程：
一般包括电镀前预处理﹐电镀及镀后处理三个阶段。
对电镀层的要求：
1.镀层与基体金属﹑镀层与镀层之间﹐应有良好的结合力。
2.镀层应结晶细致﹑平整﹑厚度均匀。
3.镀层应具有规定的厚定和尽可能少的孔隙。
4.镀层应具有规定的各项指标﹐如光亮度﹑硬度﹑导电性等。
镀镍 NIckleelectroplating 镍是银白色微黄的金属﹐具有铁磁性﹐密度8.9/g.cm-2﹐熔点为14530C。
金属镍易溶于稀硝酸﹐难溶于盐酸和硫酸﹐在硝酸中处于钝化状态。
在空气中镍与氧作用﹐表面迅速生成一极薄的钝化膜﹐能抵抗大气﹐碱和一些酸的腐蚀。
镍与强碱不发生作用。
镍的标准电极电位为-0.25V﹐镀镍的应用很广﹐可分为防护装饰性和功能性两方面。
如下图中的散热器（外观色泽黑或黑中带黄）：
镀铬 Chromiumelectroplating
铬是一种微带天蓝色的银白色金属。
电极电位虽位很负﹐但它有很强的钝化性能﹐大气中很快钝化﹐显示出具有贵金属的性质﹐所以铁零件镀铬层是阴极镀层。
铬层在大气中很稳定﹐能长期保持其光泽﹐在碱﹑硝酸﹑硫化物﹑碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定﹐但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。
铬层硬度高﹐耐磨性好﹐反光能力强﹐有较好的耐热性。
在500OC以下光泽和硬度均无明显变化﹔温度大于500OC开始氧化变色﹔大于700OC才开始变软。
由于镀铬层的优良性能﹐广泛用作防护一装饰镀层体系的外表层和机能镀层。
其它电镀
镀铜﹕镀铜层呈粉红色﹐质柔软﹐具有良好的延展性﹑导电性和导热性﹐易于抛光﹐经适当的化学处理可得古铜色﹑铜绿色﹑黑色和本色等装饰色彩。
镀铜易在空气中失去光泽﹐与三氧化碳或氯化物作用﹐表面生成一层碱式碳酸铜或氯化铜膜层﹐受到硫化物的作用会生成棕色或黑色硫化铜﹐因此﹐做为装饰性的镀铜层需在表面涂覆有机覆盖层。
镀镉﹕镉是银白色有光泽的软质金属﹐其硬度比锡硬﹐比锌软﹐可塑性好﹐易于锻造和辗压。
镉的化学性质与锌相似﹐但不溶解于碱液中﹐溶于硝酸和硝酸铵中﹐在稀硫酸和稀盐酸中溶解很慢。
镉的蒸气和可溶性镉盐都有毒﹐必须严格防止镉的污染。
因为镉污染后的危害很大﹐价格昂贵﹐所以通常采用镀锌层或合金镀层来取代镀镉层。
目前国内生产中应用较多的镀镉溶液类型有﹕氨羧络合物镀镉﹑酸性硫酸盐镀镉和氰化物镀镉。
此外还有焦磷酸盐镀镉﹑碱性三乙醇胺镀镉和HEDP镀镉等。
镀锡﹕锡具有银白色的外观﹐原子量为118.7﹐密度为7.3g/cm3,熔点为2320C﹐原子价为二价和四价﹐故电化当量分别为2.12g/A.h和1.107g/A.h。
锡具有抗腐蚀﹑无毒﹑易铁焊﹑柔软和延展性好等优点。
锡镀层有如下特点和用途﹕1﹐化学稳定性高﹔2﹐在电化序中锡的标准电位纰铁正﹐对钢铁来说是阴极性镀层﹐只有在镀层无孔隙时才能有效地保护基体﹔3﹐锡导电性好﹐易焊﹔4﹐锡从-130C起结晶开始开始发生变异﹐到-300C将完全转变为一种晶型的同素异构体﹐俗称”锡瘟”﹐此时已完全失去锡的性质﹔5﹐锡同锌﹑镉镀层一样﹐在高温﹑潮湿和密闭条件下能长成晶须﹐称为长毛﹔6﹐镀锡后在2320C以上的热油中重溶处理﹐可获得有光泽的花纹锡层﹐可作日用品的装饰镀层。
电镀单金属方面还有镀铅﹑镀铁﹑镀银﹑镀金等。
电镀合金方面有﹕电镀铜基合金﹐电镀锌基合金﹐电镀镉基﹑铟基合金﹐电镀铅基﹑锡基合金﹐电镀镍基﹑钴基合金﹐电镀钯镍合金等。
复合电镀方面有﹕镍基复合电镀﹐锌基复合电镀﹐银基复合电镀﹐金刚石镶嵌复合电镀。
表面喷涂（塑料件）Spary
表面喷涂（塑料件）：
构成涂料的四大要素包括：
1．树脂（Resin）；
2．颜料（Pigment）；
3．溶剂（Solvent）；
4．其他添加剂（Additive）。
涂料干燥的种类有如下几种：
1．挥发干燥（利用稀释剂蒸发干燥）；2．融合干燥（分子与分子因挥发耐相聚合）；3．氧化干燥（不饱和脂肪酸与空气中氧结合）；4．利用架桥反应而干燥 （利用架桥剂即所谓硬化剂形成架桥而硬化）；5．紫外线硬化（不饱和聚脂类加入剂后由紫外线波长300-400mn照射后分子聚合而硬化）。
UV工艺介绍：
UV涂料可通过浸涂、淋涂、漆涂、旋涂，甚至真空涂等方法涂布后，再经紫外线光子照射而固化成膜。
与一般的溶剂型涂料相比，UV涂料的特点如下：
1．固化速度快，2．常温固化，3．节约能源，4．节省占地面积，5．不污染环境，6．提升产品性能。
移印 Padprintin
移印工艺是 80年代传到中国的特种印刷技术，由于其在小面积、凹凸面的产品上面进行印刷具有非常明显的优势，弥补了网版印刷工艺的不足。
90年代初期，随着中国市场的进一步开放，大批以电子、塑胶、礼品、玩具等传统产业为主体的外资企业相继进入中国市场，移印技术和网版印刷技术作为主要的装饰方式更是得到超常的发展，据不完全统计，移印技术和网版印刷技术在上述行业的应用分别达到27%、64%、51%、66%。
移印指的是——承印物为不规则的异形表面（如仪器、电气零件、玩具等），使用铜或钢凹版，经由硅橡胶铸成半球面形的移印头，以此压向版面将油墨转印至承印物上完成转移印刷的方式。
移印机适用行业：
塑料业、玩具业、玻璃业、金属业、电子业、体育用品、文具业、光学业、IC封装业等。
移印机适用范围：
尺、笔、球形物、洋娃娃眼睛、手表、照相机、吹风机之外壳、陶磁、医药器具、球拍、录音带、电子零件、IC、CPU、DRAM、计算机外壳、按键、装饰标志、大哥大机壳等印刷。
从总体来说，移印工艺的技术含量不高，在发达国家生产成本居高不下的情况下要想继续发展是很困难的，所以移印产业向中国这样的低劳动力成本的发展中国家转移是必然的趋势，目前，国外除了还制造自动化程度高的移印生产线的少数几家企业，大部分企业将生产基地搬到了中国。
热转印 Heattransfer（print）
热转印 是将花纹或图案印刷到耐热性胶纸上，通过加热，加压，将油墨层的花纹图案印到成品材料上的一种技术。
即使是多种颜色的图案，由于转印作业只是一个流程，故客户可缩短印刷图案作业，减少由于印刷错误造成的材料（成品）损失。
利用热转印膜印刷可将多色图案一次成图，无需套色，简单的设备也可印出逼真的图案。
热转印设备用于装饰铝形材、各类金属版材，可达到木制品或大理石的效果。
热转印设备是根据热升华原理工作的，它能在3-5分钟内将所需要的木纹或大理石纹快速转印至铝形材粉末涂层表面并可渗透到涂层内部40-60微米。
铝材转印生产工序：
一是用膜机将热转印膜卷裁才所需尺寸。
二是将裁好的转印膜用转印超声波包装机根据工件的大小用超声波焊接成工件包裹袋。
三是在包装平台上将工插入用转印膜制成的工件包裹袋。
四是将包好转印膜的工件放在热转印机小车平台上，依次可放18根铝材，将铝材两端接上真空抽头并锁紧，打开真空开关，此时转印膜紧紧贴在铝材上。
小车自动将铝材送至烘烤炉内，烘烤炉自动升温220度并保温3分钟，小车自动退出烘烤炉。
五是松开真空抽头，将工件取下。
六是去掉转印膜，并检查工件质量。
平版热转印生产工艺，一是用裁膜机将热转印纸卷裁成所需尺寸。
二是将热转印纸膜附在工件表面并放在平板热輚印机上。
三是将平板推至平板热转印机加热区，按动压板开关，压板将热转印纸紧紧压在工件上，加热并保温一分钟。
四是升起压板，将工件推至件段，去掉转印膜将工件去下并检查。
热转印技术广泛应用于电器、日用品、建材装饰等。
由于具有抗腐蚀、抗冲击、耐老化、耐磨、防火、在户外使用保持15年不变色等性能，几乎所有商品都用这方式制作出来的标签。
例如打开手机壳，内部即可看到密密麻麻带有条码的标签。
很多标签要求能禁得起时间考验，长期不变形，不褪色，不能因接触溶剂就磨损，不能因为温度较高就变形变色等，故必要采用一种特殊材质打印介质及打印材料来保证这些特性，一般喷墨、激光打印技术是无法达到的。
喷砂 Sandblasting
喷砂 处理在金属表面的应用是非常普遍的，原理是将加速的磨料颗粒向金属表面撞击，而达到除锈、去毛刺、去氧化层或作表面预处理等，它能改变金属表面的光洁度和应力状态。
而一些影响喷砂技术的参数是需要留意的，如磨料种类、磨料粒度、喷射距离、喷射角度和速度等。
除了喷砂处理外，拋丸处理亦是其中的一个很好选择。
喷砂工艺可分为气压喷枪及叶轮拋丸两种，而喷砂工艺的优点在于它能够除披峰、去除在压铸、冲压、火焰切割和锻压后的毛刺，对较薄工件及有毛孔的毛刺效果更好，它可清理砂铸过程残余的砂粒、清理铸铁件或钢材的锈渍、清理热处理、烧悍、热锻、辗压等热工序后的除氧化皮。
另外，在涂层应用上，它可把现有的涂料或保护层除去，在覆盖铸件上的缺陷如龟裂或冷纹，提供光泽表面。
再加上于表面应力上，它能提供一致性的粗化表面，上油及喷涂效果，在高应力的金属件如弹簧和连接杆经局部被不断敲打，会产生变形并呈现强化现象。
此强化效果是需要使用圆形磨料如不锈钢丸，在高能量的拋丸机或专用强力喷砂机中使用。
如要测定机器的表面强化效果，可把测试工件进行拋丸或喷砂处理，然后测出变形量是否符合要求。
激光镭雕 Laser
一种用光学原理进行表面处理的工艺，手机和电子词典的按键上用的多。
简单一点的讲是这样的：
比如说我要做一个键盘，他上面有字，字有蓝色，绿色，红色和灰色，键体是白色，激光雕刻时，先喷油，蓝字，绿字，红字，灰字各喷相应的颜色，注意不要喷到别的键上，这样看上去就有蓝键，绿键等键了，再整体喷一层白色，这样就是一整块白键盘了，各蓝绿都被包在下面了。
此时就可以进行激光雕刻了，利用激光技术和ID出的按键图做成的菲林，雕掉上面白色油，比如加工字母"A",雕掉笔划上的白色，则下的或蓝或绿就露出来了，这样就形了各种颜色的字母按键了。
同时如果要透光的，就用PC或PMMA,喷一层油，雕掉字体部分，则下面有光的话就透出来了，只不过这时要考虑各种油的粘附性能。
因为各颜色键要喷不同的油，所以做结构时要考虑到这一点，各键要分开点，以免喷到不必要的地方，也有损耗大的地方不如做两个或多个，这样可以有多个可以配套。
各颜色的色差要大一点，最大的比如说黑白，这样机器容易分辨，也雕得干净，以免雕而不净，影响外观品质，还有各不同色的字体不要靠的太近。
镭雕所需油漆与普通塑壳喷漆的构成不同,称为双叶漆,质地较软,适于雕刻。
另外,喷涂外观漆之前要在原材料表面喷涂一层黑色，否则很颜色没办法雕掉。
通常镭雕机可以雕刻下述材料：
竹木制品、有机玻璃、金属板、玻璃、石材、水晶、可丽耐、纸张、双色板、氧化铝、皮革、塑料、环氧树脂、聚酯树脂、喷塑金属。
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