工业设计中新材料的应用案例分析

工业设计可以根据行业、设计方向、设计理念等不同属性进行分类。一般来说，人们通常使用学科进行分类，可以清楚地了解各学科的相关信息。对行业进行分类，虽然这种分类使用较少，但有利于分析新材料的应用。该行业丰富多彩，包括切割机、搬运机、破碎机等设备。本文从行业的角度对工业设计进行了粗略的分类，可分为机械设备设计、电子产品设计、产品包装设计和医疗产品设计。

1.机械设备设计机械臂-碳纤维

生活中的机械设备从高铁、火车到电脑、手表等大大小小随处可见。新材料广泛应用于机械设备设计中，包括无声金属、碳钢和碳纤维。以机器人的机械臂为例，主要采用碳纤维材料。碳纤维是一种由碳元素组成的特殊纤维[1]，其突出特点是密度低、强度高，密度只有1.5~2g/cm3，因此常用于大型机械设备中，更换密度高、质量高的钢材等合金，可大大提高其工作质量和安全性。合金钢材料是机械臂常用的材料，具有重量轻、硬度强、成本低等特点。但是，机器人负荷不仅要考虑工作时能承受的最大负荷，还要考虑零件和机械臂的重量。在许多高精度工作中，机械臂质量的影响因素更为突出。与传统材料相比，碳纤维的成本略高，但性能更坚固、更轻，比合成钢材料更耐用。从长远来看，碳纤维材料的机械臂耐用，可以延长系统的整体使用寿命，降低设备的一般维护成本，从而降低企业的运营成本，加快制造业的机械化和自动化步伐。以碳纤维机械臂为例进行具体分析。在夹住物体时，其高强度的物理属性可以保证物体的成功转移，主要体现在提高承载物体的重量范围上。低密度，可大大降低机械手的体积，操作更加灵活快捷，提高工作质量。同时，其弹性模量不容忽视，可以减少机械臂笨重造成的不必要摩擦和碰撞，大大延长其使用寿命。基于其高强度、低密度的物理特性，可以大大减少碳纤维材料的使用，达到预设的效果。碳纤维具有各向异性和优异的抗压能力两个特点，适合加工成各种织物，呈现柔软效果，但也能发挥加固保护，可用于修复不完整的建筑。过程主要是碳纤维，与树脂一起浸泡在污渍胶中，然后涂抹在待修复的建筑表面，同时修复建筑表面，提高其使用寿命。

2.电子产品设计九阳电磁炉-微晶玻璃

新材料在电子元器件中起着至关重要的作用。电子元器件组装的电子产品可分为火箭、战斗机、检测设备等两类。第二类是民用产品，可以细分为多种类型。(1)生活:冰箱、空调、微波炉、手机等。；(2)专业类:摄像机、广播控制设备、各种电子仪器等。；(3)休闲:VR眼镜等智能电子产品。常用的新材料有硼墨烯、微晶玻璃、凯夫拉材料等。以九阳电磁炉为例，新材料主要是微晶玻璃。过去九阳电磁炉大多采用加工陶瓷材料，表面会从粗糙变光滑，硬度和强度会增强，但耐磨性和抗压性一般，长期使用后会变色。微晶玻璃材料电磁炉耐磨性高，抗压能力强，无杂质不变色，热膨胀冷缩系数低，感觉光滑，易擦洗，磁性和热传导能力强，耐高温，不易破裂，外观和功能好。因此，微晶玻璃材料受到消费者的青睐，成为电磁炉市场的主流。在1000℃的高温下，微晶玻璃材料的材料特性仍能起到保证电磁炉正常使用的作用。微晶玻璃材料具有可调膨胀系数[2]，甚至可降至零。微晶玻璃具有良好的热稳定性，可避免高速温度的影响，保证电磁炉的正常使用。此外，电磁炉在热效率、绝缘防渗性能、产品工作性能和使用寿命等方面都有了很大的提高。微晶玻璃不仅具有突出的物理特性，而且具有可靠的安全性能。微晶玻璃是由玻璃金属元素和氧化物结晶和加热形成的。因此，微晶玻璃的物理特性在玻璃和陶瓷材料特性的基础上具有较强的物理特性，可应用于建筑、机械设备等领域。此外，它还具有优异的电气性能，可以雕刻工业产品甚至艺术品，为雕刻工艺提供了更多的选择。微晶玻璃广泛应用于医疗行业。另一个例子是，生物医学材料在人体骨骼和温热治疗癌症方面的应用，或加工成人工关节替代品。