職稱論文刊發(fā)手板制作及其在儀器儀表設(shè)計

　　【摘 要】在大型太陽能熱水系統(tǒng)中，溫控儀表是與人直接面對的“機器”。在與人交互的過程中，造型、色彩作為視覺接口具有重要作用，因此儀表也需要工業(yè)設(shè)計造型的精細(xì)化設(shè)計。此文章介紹了一種儀表的工業(yè)設(shè)計方法一一手板制作。

　　【關(guān)鍵詞】儀表;工業(yè)設(shè)計;手板

　　一、溫控儀器儀表的工業(yè)設(shè)計探討

　　在供熱、供電、太陽能等行業(yè)，智能控制概念越來越深入人心。智能控制系統(tǒng)一般分為主控制器、顯示面板、導(dǎo)線等部分。作為離用戶最近的用戶控制儀表，通過工業(yè)造型設(shè)計，儀表更加人性化，脫離出工業(yè)化產(chǎn)品冷漠的概念。而手板制作是工業(yè)設(shè)計的必要階段。

　　二、手板的概念

　　手板也叫首板、快速成型或mockup等，是產(chǎn)品的第一樣品。在設(shè)計師完成產(chǎn)品設(shè)計后不用開模具，根據(jù)產(chǎn)品外觀或結(jié)構(gòu)圖紙做出一個或幾個與真實產(chǎn)品相同的用來檢查外觀、結(jié)構(gòu)合理性或者作市場調(diào)研的樣品，這就是手板。作用主要有：檢驗外觀設(shè)計;檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免直接開模具的風(fēng)險性;使產(chǎn)品面世時間大大提前，搶占商機。

　　手板的制作過程分三步：計算機建立三維模型(Pro/E、Soli dworks等軟件)、用激光快速成型機或數(shù)控機床加工、后期處理。

　　三、手板的加工工藝

　　手板制作方式有手工制作手板和數(shù)控手板。在早期，沒有相應(yīng)的設(shè)備，數(shù)控技術(shù)落后，手板制作主要靠手工完成，材料、工藝都有很大的局限性。目前很少有純手工手板了。數(shù)控手板精度較高，自動化程度高，做出來的手板能體現(xiàn)批量生產(chǎn)產(chǎn)品的效果，后期輔以細(xì)節(jié)部分手工打磨等工序，所以當(dāng)前手板制作多數(shù)是用數(shù)控加工的方法。

　　數(shù)控手板按加工方法分為激光快速成型(RP)和CNC加工兩種，兩者各有其專門的加工材料。

　　1、激光快速成型(RP)

　　激光快速成型由原材料的不同分為SLA和SLS兩種。

　　SLA是采用立體雕刻(Stereolithography)原理的一種工藝，又稱光敏樹脂選擇性固化，是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)。過程是：在樹脂槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下會快速固化。成型過程開始時，可升降的工作臺處于液面下一個截面層厚的高度，聚焦后的激光束，在計算機的控制下，按照截面輪廓的要求，沿液面進行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂固化，從而得到該截面輪廓的樹脂薄片。然后，工作臺下降一層薄片的高度，以固化的樹脂薄片就被一層新的液態(tài)樹脂所覆蓋，以便進行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)，直到整個產(chǎn)品成型完畢。最后進行清洗、去處支撐、二次周化以及表面光潔處理等。

　　光敏樹脂選擇性固化快速成型技術(shù)適合于制作中小形工件，能直接得到樹脂或類似工程塑料的產(chǎn)品。SLA快速原型的手板表面質(zhì)量較好、系統(tǒng)分辨率高、成型精度較高。

　　SLS的加工方法與SLA技術(shù)相似，但用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物，并以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料。在成形過程中，激光參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要因素。SLS快速原型能生產(chǎn)最硬的手板，而且可以采用多種原料，例如絕大多數(shù)工程用塑料、蠟、金屬、陶瓷等，零件的構(gòu)建速度高，無需對零件進行后矯正，無需設(shè)計和構(gòu)造支撐。

　　2、CNC快速成型

　　CNC在機械加工業(yè)用處廣泛，技術(shù)相對成熟。用于手板加工效果以及精度也非常好，為目前首先考慮的手板加工手段。

　　CNC加工手板的基材可以有幾類：

　　a　ABS(國產(chǎn)、進口、透明、黑色、超高耐溫等)

　　b　475膠板、電木、塑料王等。

　　c　POM(賽鋼)、PMMA(亞加力)、PC、PP、PA、BT、PVC等。

　　d　鋁、銅等。

　　CNC機床加工設(shè)備類型非常多，自動化程度也不一而足。CNC機床的軟件會根據(jù)電腦三維模型編譯成CNC機床的編碼，通過CNC機床加工出產(chǎn)品的手板模型。一般的手板都可以分解成普通的機加工如銑、車、磨等工序，然后在機床上加工完成。

　　四、手板的后加工工藝

　　手板之所以獨立與模具、生產(chǎn)線獨立成為一個行業(yè)，就是其加工復(fù)雜性和成本之間存在一種平衡關(guān)系，有時候為了節(jié)約成本會用手工進行后處理。如果多批手板處理工藝差不多，如烤漆、噴漆等，可以同時進行處理以節(jié)約成本。比較常用的處理有：

　　1、噴砂、噴油：在表面噴一層顆?；蛴椭?，使其產(chǎn)生亞光或高亮的效果。顆粒大小、密度和油的光度、顏色等均可控制。

　　2、絲網(wǎng)印刷：使用絲網(wǎng)版在手板表面印制LOGO、圖文等，可多色。絲網(wǎng)印刷是目前最為廣泛的表面印刷工藝之一。

　　3、電鍍：在手板表面鍍金屬層，能使塑料也呈現(xiàn)出金屬的質(zhì)感。

　　4、拋光打磨、拉絲及其他手工加工方法：有時候會人工用砂紙打磨手板表面，用砂紙、鋼刷等在表面做拉絲，或者用刻刀雕刻等。

　　手板是以呈現(xiàn)最終效果為目的，經(jīng)過細(xì)膩的手工處理并不比機械生產(chǎn)的效果差。

　　五、手板在溫控儀表工業(yè)設(shè)計上的應(yīng)用

　　對于電子儀表產(chǎn)品來說，外觀設(shè)計的重要性也日益增大。在家電、電子行業(yè)的工業(yè)設(shè)計中，手板已經(jīng)普遍運用，作為設(shè)計方法引入到傳統(tǒng)加工業(yè)產(chǎn)品中，也成為一種必然趨勢。

　　上圖是我公司外委制作的溫控儀表手板(僅外殼為手板樣品)，無論從外觀效果和其驗證作用上都起到了很好的效果，手板階段的設(shè)計修改可以避免在后期批量生產(chǎn)中的許多缺陷。

　　六、結(jié)語

　　儀表發(fā)展至今，已經(jīng)不能僅有功能性，而且要有美觀性，需要工業(yè)設(shè)計來提高其附加值。而手板作為工業(yè)設(shè)計輸出的階段，可以避免批量生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，還可以提前使產(chǎn)品宣傳推廣，所以手板制作勢必會帶來儀表在工業(yè)設(shè)計上的發(fā)展。

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