新材料在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用研究

1前言

材料作為實現(xiàn)完整產(chǎn)品眾多元素中重要的一環(huán)，對產(chǎn)品來說是不可或缺的存在。而新材料的出現(xiàn)則會對產(chǎn)品的性能外觀成本等方面產(chǎn)生不可小覷的影響。對設(shè)計師而言，更應(yīng)當(dāng)對新材料有著充分的了解和應(yīng)用經(jīng)驗，在新的高科技材料的出現(xiàn)時，能夠。根據(jù)新材料的性能及其特點合理的運用在設(shè)計中，幫助新材料被廣大消費者熟知并接受，使消費者從產(chǎn)品中獲得幸福感。

2產(chǎn)品設(shè)計與新材料的關(guān)系

產(chǎn)品設(shè)計和新材料是一種相輔相成的關(guān)系，新材料需要借助產(chǎn)品來進(jìn)行推廣和消費，使消費者對新材料了解并提高對新材料的認(rèn)可度形成推廣。而產(chǎn)品則是需要借助新材料不斷完善原有的功能或?qū)崿F(xiàn)新的功能，一種新材料的出現(xiàn)如果不能以產(chǎn)品的形式走入廣大消費者的生活中，是難以被消費者熟知和認(rèn)可的，例如大眾對塑料的熟悉度往往是要高于用于航空航天的隔熱瓦中的錸材料，新材料亦是如此，往往需要借助設(shè)計師的設(shè)計和推廣，讓新材料通過產(chǎn)品的形式逐漸走入到大眾的生活中，逐漸被消費者認(rèn)可。

3新材料在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

3.1新材料在產(chǎn)品設(shè)計外觀方面的應(yīng)用

在2019年由麻省理工學(xué)院研發(fā)出了一種黑色涂料“超黑”—新型碳納米管（CNT）材料，它可以吸收99.995% 的光線，這一材料能顯示出超黑這一特性的原理是，它是由垂直排列的碳納米管制成，每一個垂直的碳納米管就像一顆顆小樹，而這種排列方式會得到由碳納米管垂直排列連成一片的微觀森林，光線照射到這一涂料表面時，光線會在這片由碳納米管組成的小森林中來回被折射和反射，直至光線被“森林\"徹底吸收，原本這一材料被用于航天航空方向，但在發(fā)現(xiàn)“超黑\"涂料的光學(xué)反射率之后，這一涂料也引起了藝術(shù)家們的注意，藝術(shù)品《虛榮的救贖》正是由一顆天然黃色鉆石和這種“超黑\"涂料所制成的（如圖1），斯特雷貝將“超黑\"涂料均勻的附著在鉆石表面，由于“超黑\"涂料的特性，使得即使有光均勻的照在鉆石表面但是大部分光線還是被涂料所吸收了，使得寶石失去了立體感，看起來像一個黑色的平面，甚至與黑色的背景融為一體，仿佛消失一般。迪姆特。斯特雷貝在采訪中表示“盡管它表現(xiàn)出的是黑暗和消失，但是鉆石現(xiàn)在反映出比它本身更大的魅力，科學(xué)和藝術(shù)之間的一個輝煌的交叉點。\"新材料的誕生和運用拓寬了產(chǎn)品設(shè)計外觀表達(dá)的可能性，新的材料也給更多的藝術(shù)家或設(shè)計師帶來更多的選擇，能夠在設(shè)計的過程中選擇更合適的材料來展現(xiàn)設(shè)計師的想法和創(chuàng)意。

3.2新材料在產(chǎn)品設(shè)計功能性方面的應(yīng)用

TPU爆米花顆粒是一種由德國巴斯夫化工企業(yè)研發(fā)而成的新型減震材料，這種材料是由眾多TPU發(fā)泡小球集結(jié)在一起而成，通過一系列加壓加熱的工藝處理過后，眾多的TPU發(fā)泡小球會像爆米花一樣膨脹起來，在這一系列的加工工藝中，發(fā)泡小球的體積會膨脹數(shù)倍，形成內(nèi)含微型密閉氣泡的橢圓形泡沫顆粒，具有良好的減震回彈效果，并且克服了以往TPU材料硬度高減震性差的缺點。相比傳統(tǒng)的橡膠材料，這一材料更加具有輕盈感。E-TPU材料最初的研發(fā)目的是被用來建造操場跑道，但是這種材料輕盈高回彈高減震的特點吸引到了一些設(shè)計師的注意，由美國的說唱歌手和阿迪達(dá)斯公司合作共同推出的Boost系列運動鞋正是采用了這一材料作為鞋子的鞋底，鞋子一經(jīng)推出便受到了消費者的追捧，由于舒適的腳感被廣大消費者戲稱為“踩屎感”。除此之外這種材料也逐漸被更多的產(chǎn)品設(shè)計師看到，不僅僅是跑道和鞋子，在keep全新升級的K2跑步機(jī)、鄧祿普球拍、Ergon鞍座，等一些產(chǎn)品設(shè)計中，都出現(xiàn)了這種材料的身影，正是由于這種新材料輕盈高回彈高減震出色性能，它出現(xiàn)幫助設(shè)計師在產(chǎn)品的功能性的把握上，發(fā)揮出了更加出色的表現(xiàn)。

Polilam公司研發(fā)的一種新型材料納米樹脂板，具有耐磨耐刮花的特性，除此之外這種新材料的耐污性和不留指紋的特性，讓它深受廚衛(wèi)類產(chǎn)品設(shè)計師的喜愛。多用于家具臺面桌面的設(shè)計中，除此之外Polilam公司還給這種新材料配合了一種新的加工工藝一膚感膜技術(shù)。經(jīng)過這種加工工藝的納米樹脂板摸起來有著像嬰兒皮膚的觸感，溫潤細(xì)膩。而且會呈現(xiàn)出一種高級的啞光，具有全吸光的特點。即使位于強(qiáng)烈的燈光下也不會出現(xiàn)反光刺眼等情況。二者相輔相成，以這種材質(zhì)做成的臺盆洗漱池具有耐磨耐臟污不留手印的特點，不僅如此，對一些細(xì)小的刮痕擦拭材質(zhì)后也能夠自我修復(fù)。

3.3新材料在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)保性方面的應(yīng)用

來自英國皇家學(xué)院和帝國理工學(xué)院的四位設(shè)計師研發(fā)了一系列機(jī)器，可以將海產(chǎn)品的廢料轉(zhuǎn)化，用甲殼類動物的外殼制作成為可生物降解和可回收的生物塑料（如圖2）。這種塑料是把甲殼類動物的外殼轉(zhuǎn)變成一種類似紙張的材料，可以作為一次性塑料的可持續(xù)替代品。這種新材料是由醋和一種叫作甲殼素的的生物聚合物混合而成，甲殼素是一種纖維狀物質(zhì)它構(gòu)成了貝類的外骨骼和真菌的細(xì)胞壁，這種新材料的多功能性也讓設(shè)計師能夠通過調(diào)整基的成分的比例，來實現(xiàn)不同的材料物理性能，這意味著在制作中可以，控制材料的硬度、延展性、透明度以及厚度（如圖3），這種材料已經(jīng)被用于制造抗菌包裝，對食品安全無毒的塑料袋和自肥植物花盆。通過擴(kuò)大殼聚糖生物塑料的制造可以取代使用的許多塑料產(chǎn)品，這種新材料可以在性能上成為塑料的代替品，但從環(huán)保性上卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于塑料的對環(huán)境的破壞，提升減少了人類活動對環(huán)境的破壞，從設(shè)計上貫徹了綠色設(shè)計的理念。

可口可樂即將于匈牙利市場試點推出 250ml 紙瓶飲料ADEZ。如圖4）其瓶身呈圓柱形，下有褶皺，與傳統(tǒng)收窄式設(shè)計不同，視覺上彰顯紙質(zhì)感。內(nèi)壁生物材料保護(hù)膜可防滲漏，瓶身由 100% 可回收木漿紙單張纖維一體成型，增強(qiáng)抗壓性與強(qiáng)度，纖維網(wǎng)絡(luò)配方維持瓶身強(qiáng)度，阻隔層阻水蒸氣與氧氣傳輸，圖案用可持續(xù)墨水與激光雕刻打印以減材料量，瓶蓋為可生物降解塑料。此包裝由Paboco公司提供，該公司由瑞典BillerudKorsnas與奧地利Alpla合資成立，自2019年3月起致力于攻克紙質(zhì)包裝隔水隔氧難題并成功開發(fā) 100% 生物基紙瓶?？煽诳蓸废M市場龐大，若全線產(chǎn)品采用，將大幅削減塑料制品對環(huán)境的不良影響，既滿足包裝功能需求，又契合環(huán)保大趨勢，還因材料可塑性強(qiáng)可推廣至各類飲品，有望引領(lǐng)飲品包裝新潮流，推動飲料行業(yè)包裝革新邁向綠色可持續(xù)發(fā)展新階段。

蘑菇包裝（MushroomPackaging）是由總部位于紐約的生物技術(shù)初創(chuàng)公司Ecovative開發(fā)，是高性能可持續(xù)包裝。其原材料源于蘑菇根部生長的菌絲體，它將農(nóng)業(yè)廢棄物制成的有機(jī)基質(zhì)粘合成型，可媲美聚苯乙烯泡沫。與聚苯乙烯泡沫、塑料及紙基包裝相比，優(yōu)勢顯著：完全可生物降解、可堆肥，約一月分解；不依賴石油，無有害化學(xué)物質(zhì)；可再生，制作僅需7天；保質(zhì)期長，干燥時達(dá)30年；還具阻燃、防水性，營養(yǎng)豐富。此包裝為環(huán)保型，是一種優(yōu)于塑料包裝的高性能方案，在包裝領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力，有望推動包裝行業(yè)向綠色可持續(xù)方向變革。

3.4新材料在產(chǎn)品設(shè)計提升了實用性

傳統(tǒng)陶瓷溫潤細(xì)膩，具有玉石般的觸感。但是質(zhì)地堅硬且易碎不易加工造型。由于這種特性，在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用范圍相對塑料金屬而言較為狹窄。而發(fā)泡陶瓷也是陶瓷的一種，但是它具有和海綿一樣多且細(xì)密的孔洞，所以質(zhì)量很輕，甚至比水的密度還要小，即使是很大一塊發(fā)泡陶瓷也能浮在水面上。質(zhì)地輕盈且不易碎，還可以用于雕花，解決了陶瓷原本無法雕刻或做花式工藝的難題?，F(xiàn)在發(fā)泡陶瓷不僅可以用于產(chǎn)品設(shè)計中，也多用于一些裝飾材料中。正是這種材料的出現(xiàn)提升了陶瓷在產(chǎn)品設(shè)計中的適用性和實用性。

Polilam公司研發(fā)的一種新型材料納米樹脂板，具有耐磨耐刮花的特性，除此之外這種新材料的耐污性和不留指紋的特性，讓它深受廚衛(wèi)類產(chǎn)品設(shè)計師的喜愛。多用于家具臺面桌面的設(shè)計中，除此之外Polilam公司還給這種新材料配合了一種新的加工工藝一膚感膜技術(shù)。經(jīng)過這種加工工藝的納米樹脂板摸起來有著像嬰兒皮膚的觸感，溫潤細(xì)膩。而且會呈現(xiàn)出一種高級的啞光，具有全吸光的特點。即使位于強(qiáng)烈的燈光下也不會出現(xiàn)反光刺眼等情況。二者相輔相成，以這種材質(zhì)做成的臺盆洗漱池具有耐磨耐臟污不留手印的特點，不僅如此，對一些細(xì)小的刮痕材質(zhì)也能夠自我修復(fù)。以往的廚衛(wèi)產(chǎn)品大多數(shù)都會選擇金屬或陶6v瓷玻璃等材質(zhì)，因為其耐污耐磨防水抗菌性能更好，新型納米樹脂板的出現(xiàn)，提升了塑料樹脂在廚衛(wèi)用品領(lǐng)域的實用性。

石材在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用并不廣泛，由于石材笨重不易加工造型等特點，大部分石材主要用于裝飾材料以及建筑領(lǐng)域中。而新材料超薄石材這種材質(zhì)改變了石材笨重不易加工的特點，超薄石材的厚度只有一兩毫米，而且是純大然石材，這是在貞巖上一層一層剝離下來的，表面是真實石材后背是一層樹脂的背膠，有了超薄石材這種新材料不僅僅可以用在裝飾材料以及建筑領(lǐng)域中了，也可用在一些家具的表面以及一些工藝品表面，形成不同的肌理效果。除此之外超薄石材的厚度一般在1＼～2毫米之間，可以達(dá)到良好的透光效果，部分設(shè)計師也會用這種材質(zhì)設(shè)計燈具。正是由于這種新材料的出現(xiàn)，拓寬了石材在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的實用性。

4影響材料選擇的條件

4.1從產(chǎn)品功能出發(fā)選擇材料

在產(chǎn)品設(shè)計諸多矛盾中的主導(dǎo)矛盾應(yīng)當(dāng)是產(chǎn)品的功能，功能決定形式。所以無論是材質(zhì)顏色還是工藝，都應(yīng)當(dāng)為了更好實現(xiàn)產(chǎn)品的功能而進(jìn)行選擇。在產(chǎn)品的選材中，主要以產(chǎn)品解決什么問題為出發(fā)點，根據(jù)產(chǎn)品的特性和功能，去選擇能夠滿足產(chǎn)品防水性、耐污性、耐熱性、透光性等一系列的性能的新材料。

4.2從目標(biāo)用戶的情感需求選擇材料

隨著生活質(zhì)量的不斷提高，用戶對產(chǎn)品選擇的不再單純的滿足于使用產(chǎn)品解決問題，轉(zhuǎn)而對產(chǎn)品的外觀、質(zhì)量、交互方式等方面都有了更上一層樓的需求，所以設(shè)計師也要從目標(biāo)用戶的情感需求出發(fā)，應(yīng)當(dāng)以人為本把情感化設(shè)計這一設(shè)計理念融入更多的設(shè)計中去，不同的材質(zhì)給人帶來的感覺不盡相同，如金屬會給人一種冷峻和科技感，木質(zhì)則會讓人感覺到舒適和古樸，禪意之感，玉石則是給人一種溫潤之感等，把握不同材料之間的差異，合理運用材料情感化的特點，回應(yīng)消費者對產(chǎn)品的情感需求。

4.3從環(huán)保性出發(fā)選擇材料

垃圾分類、限塑令、碳中和等制度的不斷落實，環(huán)保已經(jīng)不再只是一句口號，環(huán)保從各個方面開始逐漸融入我們的生活中，環(huán)保理念大行其道，綠色設(shè)計也開始隨著人們的環(huán)保意識的增強(qiáng)，越來越受到歡迎和重視，而對于設(shè)計師而言，在設(shè)計產(chǎn)品時就不能僅僅考慮功能成本外觀等方面，應(yīng)當(dāng)把綠色設(shè)計的理念貫穿其中，合理運用自身的知識技能積極響應(yīng)國家號召，為綠色發(fā)展貢獻(xiàn)自身的力量。

4.4從產(chǎn)品成本出發(fā)

在一定情況下，新材料的出現(xiàn)可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，合理運用新材料進(jìn)行設(shè)計不僅可以減少成本提升凈利率，還可以拓寬產(chǎn)品種類增加市場份額，或是提升產(chǎn)品效率。產(chǎn)品設(shè)計大多是大規(guī)模大批量生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品成本的環(huán)節(jié)有很多，產(chǎn)品本身選用的材質(zhì)也是非常重要的一環(huán)。

4.5從產(chǎn)品的創(chuàng)新性選擇材料

產(chǎn)品在選擇了新材料的情況后，可以與原有材料的相同產(chǎn)品實現(xiàn)差異化設(shè)計，可借由新材料實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，避免成為同質(zhì)化嚴(yán)重的產(chǎn)品。例如把一些新材料運用到傳統(tǒng)的領(lǐng)域當(dāng)中，或是把傳統(tǒng)的材料創(chuàng)新形式運用到新領(lǐng)域中，以保持消費者對產(chǎn)品的新鮮感

5總結(jié)和展望

綜上所述，一個合格的設(shè)計師應(yīng)當(dāng)充分把握潮流風(fēng)向，合理運用新材料，讓新材料為設(shè)計帶來新的血液，讓新材料成為實現(xiàn)設(shè)計的階梯，而不應(yīng)該墨守成規(guī)不懂變通，就像著名丹麥設(shè)計師克林特說“運用適當(dāng)?shù)募妓嚾ヌ幚磉m當(dāng)?shù)牟牧?，才能真正解決人類的需要，并獲得率直和美的效果。”

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對科研經(jīng)費的投人逐漸加大，新材料的研發(fā)和生產(chǎn)都在快速增加，在不久的將來新材料和產(chǎn)品的聯(lián)系將會更加緊密，專門為某一產(chǎn)品研發(fā)新材料的情況也將會隨之增加，從而提升產(chǎn)品性能及其環(huán)保性等，這也要求設(shè)計師能更加準(zhǔn)確的把握新材料的性能和產(chǎn)品的適配性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊大松.立體形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)[M].合肥：安徽美術(shù)出版社，2003.

[2]王新華.馬斯洛“需求層次論\"評介[J].消費經(jīng)濟(jì)，1986，（1）：67-73

[3]師昌緒.材料與可持續(xù)發(fā)展[J].自然雜志，1998，20（2）：63-68.

[4]江湘蕓，產(chǎn)品造型設(shè)計材料的感覺特性[J].北京理工大學(xué)學(xué)報，2006.