论文发表期刊手板制作在仪器仪表的应用

发布时间：2015-05-08

　　【摘 要】在大型太阳能热水系统中，温控仪表是与人直接面对的“机器”。在与人交互的过程中，造型、色彩作为视觉接口具有重要作用，因此仪表也需要工业设计造型的精细化设计。此文章介绍了一种仪表的工业设计方法一一手板制作。

　　【关键词】仪表;工业设计;手板

　　一、温控仪器仪表的工业设计探讨

　　在供热、供电、太阳能等行业，智能控制概念越来越深入人心。智能控制系统一般分为主控制器、显示面板、导线等部分。作为离用户最近的用户控制仪表，通过工业造型设计，仪表更加人性化，脱离出工业化产品冷漠的概念。而手板制作是工业设计的必要阶段。

　　二、手板的概念

　　手板也叫首板、快速成型或mockup等，是产品的第一样品。在设计师完成产品设计后不用开模具，根据产品外观或结构图纸做出一个或几个与真实产品相同的用来检查外观、结构合理性或者作市场调研的样品，这就是手板。作用主要有：检验外观设计;检验结构设计，避免直接开模具的风险性;使产品面世时间大大提前，抢占商机。

　　手板的制作过程分三步：计算机建立三维模型(Pro/E、Soli dworks等软件)、用激光快速成型机或数控机床加工、后期处理。

　　三、手板的加工工艺

　　手板制作方式有手工制作手板和数控手板。在早期，没有相应的设备，数控技术落后，手板制作主要靠手工完成，材料、工艺都有很大的局限性。目前很少有纯手工手板了。数控手板精度较高，自动化程度高，做出来的手板能体现批量生产产品的效果，后期辅以细节部分手工打磨等工序，所以当前手板制作多数是用数控加工的方法。

　　数控手板按加工方法分为激光快速成型(RP)和CNC加工两种，两者各有其专门的加工材料。

　　1、激光快速成型(RP)

　　激光快速成型由原材料的不同分为SLA和SLS两种。

　　SLA是采用立体雕刻(Stereolithography)原理的一种工艺，又称光敏树脂选择性固化，是最早出现的一种快速成型技术。过程是：在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的树脂薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢粘结在前一层上，如此重复，直到整个产品成型完毕。最后进行清洗、去处支撑、二次周化以及表面光洁处理等。

　　光敏树脂选择性固化快速成型技术适合于制作中小形工件，能直接得到树脂或类似工程塑料的产品。SLA快速原型的手板表面质量较好、系统分辨率高、成型精度较高。

　　SLS的加工方法与SLA技术相似，但用粉末原料取代了液态光聚合物，并以一定的扫描速度和能量作用于粉末材料。在成形过程中，激光参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要因素。SLS快速原型能生产最硬的手板，而且可以采用多种原料，例如绝大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等，零件的构建速度高，无需对零件进行后矫正，无需设计和构造支撑。

　　2、CNC快速成型

　　CNC在机械加工业用处广泛，技术相对成熟。用于手板加工效果以及精度也非常好，为目前首先考虑的手板加工手段。

　　CNC加工手板的基材可以有几类：

　　a　ABS(国产、进口、透明、黑色、超高耐温等)

　　b　475胶板、电木、塑料王等。

　　c　POM(赛钢)、PMMA(亚加力)、PC、PP、PA、BT、PVC等。

　　d　铝、铜等。

　　CNC机床加工设备类型非常多，自动化程度也不一而足。CNC机床的软件会根据电脑三维模型编译成CNC机床的编码，通过CNC机床加工出产品的手板模型。一般的手板都可以分解成普通的机加工如铣、车、磨等工序，然后在机床上加工完成。

　　四、手板的后加工工艺

　　手板之所以独立与模具、生产线独立成为一个行业，就是其加工复杂性和成本之间存在一种平衡关系，有时候为了节约成本会用手工进行后处理。如果多批手板处理工艺差不多，如烤漆、喷漆等，可以同时进行处理以节约成本。比较常用的处理有：

　　1、喷砂、喷油：在表面喷一层颗粒或油脂，使其产生亚光或高亮的效果。颗粒大小、密度和油的光度、颜色等均可控制。

　　2、丝网印刷：使用丝网版在手板表面印制LOGO、图文等，可多色。丝网印刷是目前最为广泛的表面印刷工艺之一。

　　3、电镀：在手板表面镀金属层，能使塑料也呈现出金属的质感。

　　4、抛光打磨、拉丝及其他手工加工方法：有时候会人工用砂纸打磨手板表面，用砂纸、钢刷等在表面做拉丝，或者用刻刀雕刻等。

　　手板是以呈现最终效果为目的，经过细腻的手工处理并不比机械生产的效果差。

　　五、手板在温控仪表工业设计上的应用

　　对于电子仪表产品来说，外观设计的重要性也日益增大。在家电、电子行业的工业设计中，手板已经普遍运用，作为设计方法引入到传统加工业产品中，也成为一种必然趋势。

　　上图是我公司外委制作的温控仪表手板(仅外壳为手板样品)，无论从外观效果和其验证作用上都起到了很好的效果，手板阶段的设计修改可以避免在后期批量生产中的许多缺陷。

　　六、结语

　　仪表发展至今，已经不能仅有功能性，而且要有美观性，需要工业设计来提高其附加值。而手板作为工业设计输出的阶段，可以避免批量生产后才发现产品缺陷，还可以提前使产品宣传推广，所以手板制作势必会带来仪表在工业设计上的发展。

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