第十四讲工业设计的未来与发展中的新技术 基本要求:关心科学领域中新技术的出现、新技术成果的内容和应用价值以及其动态变化 重点:对新技术核心思想的理解以及应用价值和潜在能量的发现。 难点:通过了解新技术,建立创新的技术支撑点 教学内容:第10章工业设计的未来与发展中的新技术 10.工业设计的未来 102发展中的新技术 102.1蓝牙技术 1022纳米技术 102.3快速成型技术 1024碳纤维技术 102.5国内外新型纤维技术的发展及应用 第十章工业设计的未来与发展中的新技术 第一节工业设计的未来 在信息时代,其领域变得更为广阔:从纵向看,它对产品外形的改变范围已扩展到对崭新产品的开发以至人类生活方式的 设计;从横向看,其范围已由人类使用工具的概念扩展到文化、精神和环境。在未来的时代里,工业设计势必和新生活互相依 存,它将作为新生活文化的创造者而肩负重任 第二节发展中的新技术 七、蓝牙技术 “蓝牙”( Bluetooth)技术,是以1000年前统一丹麦和挪威的丹麦国王哈拉德?布鲁图斯( Haraldbluetooth)的名字命名,由 东芝、诺基亚、IBM、爱立信、英特尔等组成的标准化集团联合开发的高容量无线通信技术,它能使手提电脑、移动电话、台式 机、笔记本电脑、MP3等电子产品不用联线就能分享信息 8:·
第十四讲 工业设计的未来与发展中的新技术 基本要求：关心科学领域中新技术的出现、新技术成果的内容和应用价值以及其动态变化。 重 点：对新技术核心思想的理解以及应用价值和潜在能量的发现。 难 点：通过了解新技术，建立创新的技术支撑点。 教学内容：第10章 工业设计的未来与发展中的新技术 10.1工业设计的未来 10.2 发展中的新技术 10.2.1 蓝牙技术 10.2.2 纳米技术 10.2.3 快速成型技术 10.2.4 碳纤维技术 10.2.5 国内外新型纤维技术的发展及应用 课时安排：2课时 第十章 工业设计的未来与发展中的新技术 第一节 工业设计的未来 在信息时代，其领域变得更为广阔：从纵向看，它对产品外形的改变范围已扩展到对崭新产品的开发以至人类生活方式的 设计；从横向看，其范围已由人类使用工具的概念扩展到文化、精神和环境。在未来的时代里，工业设计势必和新生活互相依 存，它将作为新生活文化的创造者而肩负重任。 第二节 发展中的新技术 七、 蓝牙技术 “蓝牙”（Bluetooth）技术，是以1000年前统一丹麦和挪威的丹麦国王哈拉德?布鲁图斯（HaraldBluetooth）的名字命名，由 东芝、诺基亚、IBM、爱立信、英特尔等组成的标准化集团联合开发的高容量无线通信技术，它能使手提电脑、移动电话、台式 机、笔记本电脑、MP3等电子产品不用联线就能分享信息
■ Bluetooth-enabled Consumer Electronics Devices -2008 八、纳米技术 1、纳米与纳米技术 、纳米m),又称毫微米,它与厘米、分米和米样,是度量长度的单位,1纳米为干分之一微米,百万分之一毫米,大的相 于一个头发丝的百万分之一或三、四个原子的宽度 纳米科学是指在0.1-100m尺度空间内,电子、原子和分子运动与变化的学问。在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和 加工的技术被称为纳米技术。 纳洲 技术的起源与发展 1959年,诺贝尔奖得主物理学家理查德?费曼预言,说人类可以用很小的机器制造出更小的机器。这是纳米技术的最早的动 意。60年代初,日本科学家久保良吾提出“Kubo效应”,指出材料颗粒缩小到纳米尺度,性能发生突变。70年代末80年代初,随 着干净的超微粒子的制取及研究,“Kubo效应”理论日趋完善,为日后纳米技术理论研究打下了基础。1986年,美国科幻小说家 伊瑞克?揣克斯勒第一次提出纳米技术的概念 纳米技术出现以后,世界范围内对纳米科学技术的研究风起云涌,发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力进行纳米材料 产业化的研究,以求在竞争日益白热化的纳米科技领域图得一席之地 3、纳米技术的应用 纳米科技涉及到几乎现有的所有科学技术领域,它将带来一大批产业革命,导致制造和生产技术、信息和通信技术、材料 技术、能源、环保技术、医药技术、生物与农业技术等领域的重大革命
八、 纳米技术 1、纳米与纳米技术 纳米(nm)，又称毫微米，它与厘米、分米和米一样，是度量长度的单位，1纳米为千分之一微米，百万分之一毫米，大约相 当于一个头发丝的百万分之一或三、四个原子的宽度。 纳米科学是指在0.1--100nm尺度空间内，电子、原子和分子运动与变化的学问。在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和 加工的技术被称为纳米技术。 2、纳米技术的起源与发展 1959年，诺贝尔奖得主物理学家理查德?费曼预言，说人类可以用很小的机器制造出更小的机器。这是纳米技术的最早的动 意。60年代初，日本科学家久保良吾提出“Kubo效应”，指出材料颗粒缩小到纳米尺度，性能发生突变。70年代末80年代初，随 着干净的超微粒子的制取及研究，“Kubo效应”理论日趋完善，为日后纳米技术理论研究打下了基础。1986年，美国科幻小说家 伊瑞克?揣克斯勒第一次提出纳米技术的概念。 纳米技术出现以后，世界范围内对纳米科学技术的研究风起云涌，发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力进行纳米材料 产业化的研究，以求在竞争日益白热化的纳米科技领域图得一席之地。 3、纳米技术的应用 纳米科技涉及到几乎现有的所有科学技术领域，它将带来一大批产业革命，导致制造和生产技术、信息和通信技术、材料 技术、能源、环保技术、医药技术、生物与农业技术等领域的重大革命
九、快速成型技术 快速成型技术( Rapid prototyping,简称RP)也叫快速原形技术,是20世纪九十年代发展起来的一门交叉性、综合性的前沿 技术,是先进制造技术的重要组成部分,也是制造技术的一次飞跃 1、快速成型技术的特点 (1)生产过程数字化。 (2)采用非接触加工方式 (3)成型时间快。 (4)产品制造过程与复杂程度无关 (5)可与传统方法结合,实现快速模具制造,快速铸造,完成单件或小批量生产等 (6)无切割,无噪音,无震动。 2、快速成型技术的工作原理 快速成型技术的成型原理是利用“分体制造、逐层叠加”成型。目前,全世界虽然有几十种快速成型系统,但是,各种快速 成型系统的基本原理都是如此。只是由于用于成型的材料不同而有所不同。 3、快速成型技术在国内外的发展状况 世界上第一台快速成型机出现在美国。到1999年为止,全世界有快速成型机五干多台,快速成型系统数十种,其中比较成 功的有SLS粉未烧结技术、SLA树脂固化成型技术、FDM熔丝成型技术、LOM成型技术等。 我国也非常重视快速成型技术的发展,现在,全国已经建立了一批专门向企业提供快速成型技术服务的RP中心,快速成型 技术在我国已经得到广泛应用。 4、快速成型技术的应用 (1)新产品外观设计验证和结构设计验证。 (2)检验复杂体统的可制造性、可装配性检验 (3)与客户或订购商的交流手段 (4)单件、小批量和特殊复杂零部件的直接生产 (5)快速模具制造 (6)在医学中的应用 十、碳纤维技术 1.碳纤维简介 碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料。它具有高比强度、高比模量、耐髙温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电 传热和热膨胀系数小等一系列优异性能,是当今世界首选的高性能纤维,包括长丝、短纤、研磨纤维等。 2.碳纤维材料及应用 (1)碳纤维长丝( continuous carbon fiber) 碳纤维长丝目前主要用于碳纤维缠绕压缩天然气瓶(CNGV),油田抽油杆,碳纤维电热线、碳纤维增强板材,碳纤维加固 补强布、带、预应力筋,模型骨架材料,摇篮、帐篷支架海上石油钻井平台支架,隧道、地铁工程,桥梁修复补强,风力发电 机叶片等方面 (2)短切碳纤维( chopped carbon fiber) 短切碳纤维主要应用在碳纤维增强水泥,密封填料,碳纤维増强尼龙、四氟乙烯等各种工程塑料(如笔记本电脑外壳,自 行车车架,汽车挡泥板、保险杠,增强家具板材,安全头盔等),碳纤维毡,各种导电纸,防静电材料(复合地板、地毯、矿 用风机叶片等),各种电磁屏蔽材料,CC复合耐磨耐高温密封材料,防火材料(防火壁纸、窗帘等),吸附材料,油田输气 输油管道等 (3)研磨纤维 研磨碳纤维一般用于塑料填充,包括抗静电、电磁屏蔽、复合材料富树脂表面的増强、低成本聚氨酯摩擦材料。 3.碳纤维制品 (1)碳布
九、 快速成型技术 快速成型技术（Rapid prototyping，简称RP）也叫快速原形技术，是20世纪九十年代发展起来的一门交叉性、综合性的前沿 技术，是先进制造技术的重要组成部分，也是制造技术的一次飞跃。 1、 快速成型技术的特点 ⑴ 生产过程数字化。 ⑵ 采用非接触加工方式。 ⑶ 成型时间快。 ⑷ 产品制造过程与复杂程度无关。 ⑸ 可与传统方法结合，实现快速模具制造，快速铸造，完成单件或小批量生产等。 ⑹ 无切割，无噪音，无震动。 2、 快速成型技术的工作原理 快速成型技术的成型原理是利用 “分体制造、逐层叠加”成型。目前，全世界虽然有几十种快速成型系统，但是，各种快速 成型系统的基本原理都是如此。只是由于用于成型的材料不同而有所不同。 3、 快速成型技术在国内外的发展状况 世界上第一台快速成型机出现在美国。到1999年为止，全世界有快速成型机五千多台，快速成型系统数十种，其中比较成 功的有SLS粉末烧结技术、SLA树脂固化成型技术、FDM熔丝成型技术、LOM成型技术等。 我国也非常重视快速成型技术的发展，现在，全国已经建立了一批专门向企业提供快速成型技术服务的RP中心，快速成型 技术在我国已经得到广泛应用。 4、 快速成型技术的应用 ⑴ 新产品外观设计验证和结构设计验证。 ⑵ 检验复杂体统的可制造性、可装配性检验。 ⑶ 与客户或订购商的交流手段。 ⑷ 单件、小批量和特殊复杂零部件的直接生产。 ⑸ 快速模具制造。 ⑹ 在医学中的应用。 十、 碳纤维技术 1. 碳纤维简介 碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料。它具有高比强度 、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、 传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，是当今世界首选的高性能纤维，包括长丝、短纤、研磨纤维等。 2. 碳纤维材料及应用 ⑴ 碳纤维长丝（continuous carbon fiber） 碳纤维长丝目前主要用于碳纤维缠绕压缩天然气瓶（CNGV），油田抽油杆，碳纤维电热线、碳纤维增强板材，碳纤维加固 补强布、带、预应力筋，模型骨架材料，摇篮、帐篷支架,海上石油钻井平台支架，隧道、地铁工程，桥梁修复补强，风力发电 机叶片等方面。 ⑵ 短切碳纤维（chopped carbon fiber） 短切碳纤维主要应用在碳纤维增强水泥，密封填料，碳纤维增强尼龙、四氟乙烯等各种工程塑料（如笔记本电脑外壳，自 行车车架，汽车挡泥板、保险杠，增强家具板材，安全头盔等），碳纤维毡，各种导电纸，防静电材料（复合地板、地毯、矿 用风机叶片等），各种电磁屏蔽材料，C/C复合耐磨耐高温密封材料，防火材料（防火壁纸、窗帘等），吸附材料，油田输气、 输油管道等。 ⑶ 研磨纤维 研磨碳纤维一般用于塑料填充，包括抗静电、电磁屏蔽、复合材料富树脂表面的增强、低成本聚氨酯 摩擦材料。 3. 碳纤维制品 ⑴ 碳布
(3) PYRON预氧丝 (4)碳纤维电热线 (5)碳纤维拉挤棒材 (6)碳纤维拉挤管材 (7)碳纤维编织管 (8)碳纤维表面毡 4.碳纤维材料的性能曲线 下面就碳纤维材料的相对密度、比刚度、相对热膨胀系数和比强度四项特性,分别与玻璃纤维复合材料、铝和钢三种材料 进行对比,可以更确切的了解特性。(见下图) ntiL ￥:H 相对热系 5.碳纤维应用的增长趋势 到21世纪的今天,碳纤维已经在不同的新领域中得到了广泛的应用和快速的推广。其应用量的增长趋势变化很大,从1970 的几百磅年,发展到2004年的7亿磅年的使用量(见下图)。碳纤维以其优秀的材料特性,得到了设计界的广泛青睐 50 Dollars Per Pound Carbon Fiber Price 198519880900904190020200204 Sporting Zoltck Commercialization Aere
⑵ 碳毡 ⑶ PYRON预氧丝 ⑷ 碳纤维电热线 ⑸ 碳纤维拉挤棒材 ⑹ 碳纤维拉挤管材 ⑺ 碳纤维编织管 ⑻ 碳纤维表面毡 4. 碳纤维材料的性能曲线 下面就碳纤维材料的相对密度、比刚度、相对热膨胀系数和比强度四项特性，分别与玻璃纤维复合材料、铝和钢三种材料 进行对比，可以更确切的了解特性。(见下图) 5. 碳纤维应用的增长趋势 到21世纪的今天，碳纤维已经在不同的新领域中得到了广泛的应用和快速的推广。其应用量的增长趋势变化很大，从1970 年的几百磅/年，发展到2004年的7亿磅/年的使用量(见下图)。碳纤维以其优秀的材料特性，得到了设计界的广泛青睐
6.我国碳纤维技术与国外的差距 我国早在上世纪六、七十年代就开始了碳纤维的研究工作,几乎与世界同步。至今已有30多年的历史。但产量和品质都远 不能满足国内需求,与国外差距甚远 目前,我国碳纤维产业的主要问题在国内高新技术纤维领域具有很强的代表性,原创性差,在工艺、设备、产品等方面基 本上还是以模仿为主,而且研究开发的深度和广度不够,具有重大影响的研究成果不多。纤维制成品的多样性和新颖性较差 加上应用推广力度不足,因而国内潜在市场的开发一直以来非常有限,从而在一定程度上制约了国内碳纤维等高新技术纤维的 开发速度和产业化发展的进程 十一、国内外新型纤维技术的发展及应用 近年来,世界高新技术纤维领域的形势与格局发生了重大变化。当今世界上高新技术纤维发展最快的是日本。安全、环 保、能源以及新材料是推动当今世界高新技术纤维发展的四大要素。芳纶作为当前高新技术纤维领域最具代表性的品种,备受 各国同行瞩目。由于芳纶纤维的技术难度大,致使30多年来始终被日本和美国少数国家垄断生产,同时芳纶纤维十分广阔的市 场前景和巨大的使用需求,都决定了芳纶纤维具有高额利润 讨论、思考题、作业 1、蓝牙技术目前的运用范围和未来的新发展 2、与产品设计相关的新技术
6. 我国碳纤维技术与国外的差距 我国早在上世纪六、七十年代就开始了碳纤维的研究工作，几乎与世界同步。至今已有30多年的历史。但产量和品质都远 不能满足国内需求，与国外差距甚远。 目前，我国碳纤维产业的主要问题在国内高新技术纤维领域具有很强的代表性，原创性差，在工艺、设备、产品等方面基 本上还是以模仿为主，而且研究开发的深度和广度不够，具有重大影响的研究成果不多。纤维制成品的多样性和新颖性较差， 加上应用推广力度不足，因而国内潜在市场的开发一直以来非常有限，从而在一定程度上制约了国内碳纤维等高新技术纤维的 研发速度和产业化发展的进程。 十一、 国内外新型纤维技术的发展及应用 近年来，世界高新技术纤维领域的形势与格局发生了重大变化。当今世界上高新技术纤维发展最快的是日本。安全、环 保、能源以及新材料是推动当今世界高新技术纤维发展的四大要素。 芳纶作为当前高新技术纤维领域最具代表性的品种，备受 各国同行瞩目。由于芳纶纤维的技术难度大，致使30多年来始终被日本和美国少数国家垄断生产，同时芳纶纤维十分广阔的市 场前景和巨大的使用需求，都决定了芳纶纤维具有高额利润。 讨论、思考题、作业： 1、 蓝牙技术目前的运用范围和未来的新发展。 2、 与产品设计相关的新技术