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2013十大生产工艺

好的设计离不开合理的、先进的生产工艺,生产工艺的进步可以推升新的工业设计,反之,工业设计则可以拓展、推动生产工艺的成熟和商业化。两者相互促进,相辅相成。今天我们的年终总结把焦点转向生产工艺,下面介绍的生产工艺或者是已经很成熟,但是设计师们将其应用在新的产品生产、制造上,或者是因为产品设计需求而开发的全新生产工艺。

本文是设计癖2013年终总结系列文章之一,如果你想了解所有系列文章,请移步至设计癖Top 10

下面我们就看一下设计癖在过去一年中介绍的生产工艺(点击大标题查看详细内容):

极端却又极端合理:新版Mac Pro的生产工艺剖析

苹果今年发布了全新的专业级电脑Mac Pro,其极端的工业设计让观看者瞠目结舌。苹果的设计师和工程师们从内到外对Mac Pro进行全新设计,其中的亮点之一就是一次成型的圆筒式铝金属机箱。你可能不知道这个看上去像是一个玻璃容器的机箱实际上是通过一块圆饼状的金属铝冲压而成的,然后经过酸洗、切削、抛光、激光切割等多道工序,最后在和其它部件组装在一起。苹果自己说Mac Pro「极端,却又极端合理」,从工业设计角度看,这种说法并不夸张。

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苹果发布了一段视频,详细演示了这个天外来客的诞生过程,从中我们可以看到各种常见的生产工艺。来自俄勒冈州波特兰的产品设计师Greg Koenig对这段视频进行了详细解读,苹果的工业设计实力略见一斑。下面我就来一起看看Mac Pro的生产工艺。

首先,苹果并没有采用什么神奇的技术制造东西,在苹果公布的官方视频里面,所有技术都是现在在当地工厂中正在使用的技术。苹果的过人之处在于将制造工艺和高精度融为一体,并大规模生产,往往采用是航空、医疗行业的科技。

Mac Pro最大的亮点是制造圆筒机箱所采用的深拉伸冲压(deep draw stamping)工艺。

大部分金属冲压需要经过一两个模具才能生产出最终的造型。但是Mac Pro面临的挑战是如何在大规模生产的情况下避免撕裂、皱纹和形变,保持完美的圆筒表面。为此,Mac Pro的机箱经过了一系列模具,逐渐将金属铝饼变成最终的圆筒造型。

深拉伸冲压工艺在生产净成形部件时效率很高,苹果本可以用一大块金属铝在车床上车出同样的圆筒,但是那样会浪费大量金属。相比之下深拉伸冲压工艺生产出来的零件接近最终造型,然后用车床清理零件表面,达到预期容限,抛光之后放回加工中心加工出电源键开孔等,最后进行阳极化表面处理。

MIT科学家通过模仿桑蚕织茧来3D打印小亭子

设计师往往通过仿生设计从大自然里获得设计灵感,这些被模仿的对象是物竞天择中的幸存者,是久经考验的,其中往往蕴含着问题的最佳解。MIT媒体实验室的科研人员们正在从桑蚕身上寻找答案,通过模仿蚕编织蚕茧的方式来3D打印一个小亭子,目的是打破现有加层制造技术在建造规模方面的限制。

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3D打印亭子的项目由建筑师兼介导物质集团(Mediated Matter Group)创始人Neri Oxman领衔,还有来自塔夫茨大学和哈弗大学的研究人员。该小组将微型磁铁固定在桑蚕的头部,用来发现蚕是如何在自己的头部周围“打印”蚕茧的。通过跟踪蚕的头部的运动轨迹,科学家们希望把收集的跟踪数据导入到3D打印机里面,打印机上连有机器臂,从而在更大规模上研究生物结构。

目前3D打印机大多用来生产同种性质的单一材料,而大自然里的材料往往显示出多样化的特性。比如蚕在织茧时头部呈8字形旋转,从而会改变蚕丝纤维的密度和纹路,通过这种动作能够根据结构和环境的限制来控制蚕茧的机械性质,进而让编织出来的蚕茧外面粗糙,内部柔软。相当于一部可以打印多种材料的移动3D打印机。

GE开发出冷喷涂工艺,有望让损坏的金属零件「返老还童」

在生活中有不少这样的例子,一台很贵的电器或机器,因为某个零件损坏了,没有地方更换,就不得不报废,造成了很大浪费。这种情况对工业机械和设备来说更是如此,给企业造成了很大损失。冷喷涂技术有望解决这个问题。

通用电气(GE)科研中心涂料和表面技术实验室开发了一种名为「冷喷涂(cold spray)」的加法制造工艺,无需焊接和机械加工就可以制造新的零件,并且还可以用来修复损坏的零件,GE认为这种工艺「有可能让金属返老还童」。

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简而言之,这种工艺把金属粉末以很快的速度喷射到受损零件的表面,沉积在零件表面的粉末可以恢复缺失的部分,这样可以大大延长零件的使用寿命。至于配方、表面处理、以及喷涂精度方面的信息,GE并没有公布。

该实验室负责人Anteneh Kebbede表示这种工艺非常适合制造大型零件。由于设备大小的限制,目前基于粉末的加法制造工艺很难制造大型零件,而冷喷涂技术则有可能做到,因为该技术唯一的限制就是喷涂面积。

冷喷涂也叫3D喷涂,是一种将材料、工艺、产品功能融为一体的技术,Anteneh称在不久的将来该技术可用来修复飞机零件等大型零件,以及在海上油田等偏远地带现场修复零件。冷喷涂还有一个优点是,由于无需加热,通过冷喷涂修复的零件很接近原来的零件。

Circuit Scribe:可以画出电路的圆珠笔

对于那些喜欢折腾电子元件的人来说,设计和焊接电路占用了不少时间和精力,现在有一种圆珠笔可以让你在纸上画出电路,把纸张变成电路板,大大节省了焊接电路所用的时间,可谓极客的福音。

「电路抄写员(Circuit Scribe)」是由Electroninks Incorporated团队设计的一款可以画出电路的圆珠笔,有了它你可以书写导电银墨水,从而把制作电路板的工作变得像是涂鸦那么简单。

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无需摇晃,无需挤压,不会扩散,没有气味,无需等待,适合各个年龄段的人群。用Circuit Scribe画完电路之后,立马就可以连接电子元件,当电路使用。

Josh Shiau的玻璃五金工具

通常五金工具都是用钢铁做成的,在人们看来玻璃是脆弱的,不结实的,而实际上玻璃的抗压缩力能力要比钢铁强八倍。

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为了挑战人们对玻璃这种材料的偏见,就读于罗德岛设计学院的工业设计师Josh Shiau设计了一系列玻璃五金工具,通过把脱蜡法和砂型铸造等传统工艺应用到玻璃上,铸造出锤子、钳子等五金工具。

MIT自组装实验室开发4D打印技术,制造具有变身功能的物品

MIT自组装实验室(Self-Assembly Lab)是一个跨学科的科研小组,致力于重新思考物品的制造和组装方式,通过将数字制造技术和某些材料的特性结合到一起,该实验室设计制作了一系列可以自我组装的物品,这些物品有大有小,只要给与一定的能量,它们便可以像变形金刚那样「变身」。

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在最近与Stratasys的一个合作项目中,双方科学家和工程师们开发了一种叫做4D打印的快速成型工艺。通过这种工艺打印出来的物品具有变身功能,可以从一种结构变成另外一种结构。比如一段直线可以变成MIT字母、一个立方体(见上图)、一个扁平结构可以变成一个立方体。

为此自组装实验室和和Autodesk联合开发了一个名为Cyborg的设计软件,该软件可以帮助设计师和工程师制作小到纳米、大到人体大小的各种结构,可以模拟自组装和可编程材料,并对设计过程中的限制和折叠进行优化。

所谓自组装(Self-Assembly)是这样一个过程:在外界干涉下,无序的组件变成一个有序的结构。目前MIT自组装实验室已经发现自组装的核心要素是由响应式模块、能量以及互动组成的一些简单组合,几乎适用于现在所有的材料和机械工艺,有望在生物、材料科学、软件、机器人、制造业、运输业、基础设施、太空探索等领域带来突破

一半水泥一半木材的混搭边桌

水泥和木材是两种经济又环保的材料,在家具可持续设计中扮演着重要的角色。墨西哥设计师Hector Leon利用当地的天然水泥和新西兰木材设计了一张混搭边桌。工字桌面采用水泥浇筑而成,桌腿和支架则用木材做成,将桌面直接放在木头支架上即可使用,无需其它固定件和工具。

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简单,结实,经济,而又不乏现代感、潮流感和时尚感。

水培垂直农场planTree

planTree是一款为2025年的城市家庭设计的一款水培垂直农场,可以让城市居民在室内种植有机蔬菜。

整个系统像一棵树那样,从下到上有传送管道和若干培养槽组成,营养和水分通过底座向上运输,经过管道和培养槽之后又流回底座,形成一个封闭的循环。

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培养槽里装有石棉、可可纤维等材料,在使用时用户只需把蔬菜的种子撒到培养槽里,然后往底座里灌满水和营养物质。

然后就可以通过底座上的控制界面来调整系统的温度、湿度酸碱度等参数,在完全可控的环境下种植蔬菜。

既节省水分,也节省空间,而且也省去了土培种植的麻烦。

水泥餐刀

来自美国的美女设计师Caitlin Driver是一名珠宝设计师,一名铁匠,同时也是一名创业者。她设计了一系列名为“四把刀”的水泥餐刀,刀把用水泥做成,刀刃采用不锈钢做成。

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每把刀都针对某个流程和动作而设计,每把刀的刀片和把手都模仿了使用者在用刀期间常用的动作。设计师表示这些水泥餐刀的摇摆不定的外形代表了制作刀的两种材料及其飘忽不定的性能:金属在人们的生活中不断循环利用,周而复始;水泥的一生则是由硬变软再变硬的过程。

ecoLogicStudio的藻类养殖农场

「HORTUS.PARIS」是由ecoLogicStudio工作室设计的一个藻类养殖农场原型设计,其目的是启发新材料和空间创新。目前在巴黎EDF Foundation展出。

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这个迷你养殖场由一棵棵「大树」组成,每棵树的最底部是6个圆柱形水桶,内置水泵系统,负责把水压到树枝上,扮演树根的角色。在网上是6捆塑料吸管,每捆16根,这些管道负责水桶和树冠枝叶之间的水分和养料运输。树冠则是由若干四角星容器组成的树叶,容器里面有营养液,营养液里面种有藻类植物。树叶末端则是一些吸管组成的互动点,游客可以通过这些互动点激活生物反应器中的气泵,调整营养液中的营养成分(二氧化碳),然后系统会释放出氧气。四角星容器表面印有二维码,游客可以通过扫描这些二维码了解藻类的生长信息。能量流、物质流、信息流在整个养殖系统中交汇。整个树林组成了一个自给自足的微型生态系统。

ecoLogicStudio由Claudia Pasquero和Marco Poletto创建于2004年,该工作室致力于通过设计理论和应用来探索数字计算设计中的创新。

Bonus

计算型服装店Continuum推出“软件即时装”

很难想象有什么东西比时装更让人在乎个性化设计,人们甚至为了追求个性、凸显个性的重要性而发明了“撞衫”一词。然而单凭设计师的设计无法满足大众消费者的胃口,最靠谱的办法就是让消费者参与到服装的设计和制作过程中去,这样就有可能制作出各不相同的衣服,而通过软件设计虚拟产品无疑是一条成本极低的捷径,于是有了“软件即服装”的概念。

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计算型时装店Continuum Fashion认为时装的未来不仅在于高科技和新材料,而且在于重新评估设计、制造和零售业的本质基础。他们通过将快速制造、互动软件、在线设计等技术,让买家直接参与到设计和生产过程中。

Continuum的“D”系列时装实际上是一款软件,这款“D.dress”应用可以让你在网页上画出自己喜欢的衣服,然后将其转化为3D模型,然后输出设计好的模型,做出真正的衣服,量体裁衣。激光切割机和绘图机可以在布料上直接切割出你想要的样式,然后将其缝制成成衣。所有设计都通过小黑裙和软件中的三角测量串联起来,基本上让所有人都可以设计、制作自己的衣服。

之所以采用三角形设计也并非随意的,一方面考虑到美学效果,另外也和某些限制有关。目前有很多工业设计软件可以让时装设计师通过3D模型模仿面料,但用途并不广泛,因为模拟出的效果并不理想。所以Continuum放弃了模仿面料的想法,而是反其道行之,选择了一种让面料看上去更具数字感的面料,然后让人们把精力放在形状和款式的设计上,3D模型像素很低,更加抽象,但可以促使人们发挥自己的想象力,此外三角形的基本图案可以确保最后生成的衣服有一定趣味性。

换而言之,Continuum放弃了复杂的面料结构模拟,将其他生产工艺和流程“隐藏”起来,让用户把精力放在网页客户端上,可以像玩游戏那样进行个性化设计,用户只需在线设计,就可以直接拿到自己设计的衣服。正所谓“软件即时装”。

以上就是设计癖在2013年介绍过的部分生产工艺,在过去的一年里你见过那些让人赞不绝口的生产工艺呢?不妨告诉大家。

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留下评论 全部评论(5)

  1. 陈浩洋

    好给力

  2. 张Upon

    啧啧

  3. QUICK-MZH

  4. 空嗨

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  5. 咕噜

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