復雜產品玻璃鋼模型的制作工藝
摘要：根據產品樣機要表達的設計思想，以玻璃鋼飛機模型為例，系統介紹了玻璃鋼模型制作的工藝流程。
產品模型的制作，是設計師將設計思想綜合美學、工藝學、人機工程學和現代科技等學科知識，以三維實體來傳達設計理念和構想，輔以一定工藝手段來實現一種設計思想的創造性活動。模型機制作在新產品開發過程中起著極為重要的作用，它能以形象化的形式向客戶展示其設計思想，成為試探市場、反饋需求信息的有效手段，大限度地縮短開發周期。
模型的制作常在階段做一個手工模型，第二階段再用計算機擬合出數字化模型。這里介紹一種手工模型的制作工藝。
1 模型制作的準備工作
1)模型材料選擇應綜合考慮模型要表現的特點、制作成本、加工設備、專用工具、制作經驗和時間限制等因素，選擇合適的模型材料。對于復雜產品模型，由于體積較大，宜選用玻璃鋼材料。
2)模型比例確定。模型的制作比例和模型材料的選擇有著密切的關系，二者的選擇必須同時權衡。比例太小，會失去很多細節；比例太大，又必須考慮模型的內部支撐結構框架和材料等。
3)模型形態構想。在一過程中，模型的各個細節可以暫不考慮，但要構造出一個大概的模型雛形和一些特別細節及功能構件等?？梢跃C合運用計算CAD三維建模技術和參數效果圖、小模型等來進行設計。圖1所示是飛機模型在CATIA系統中的三維建模。
4)模型色采選擇直接決定了終表現的視覺效果，尤其對展示性模型來說，色彩的選擇和涂裝尤為重要。本模型采用迷彩色作為整體色。[-page-]
2 玻璃鋼模型的制作工藝過程
圖2所示是復雜產品玻璃鋼模型制作的工藝流程示意圖。
2.1 陽模制作
制作產品陽模的材料有多種，大致分為水性材料和油性材料，本文選擇水性材料中的黏土作為陽模的制作材料。黏土的取材方便，主要化學成分是氧化硅和氧化鋁。[-page-]
1)搭建骨架：根據模型制作的大小及圖樣提供的模型尺寸及內部結構，進行內架的搭建，給出模型的基本形體。圖2中的件1就是骨架搭建中的支撐物，泥模陽模附著在骨架上。根據強度需要，陽模的內部結構可以用一些木材或鋼筋焊接結構，并盡量減少凸超角，便于上泥和刮切。
2)上泥：模型的形體和支撐骨架搭建好后，開始上泥。上泥時，為確保泥和模型初坯的結合強度，選用水霧噴濕骨架，再上一層薄泥，然后再補厚泥。將泥一層層粘于骨架結構上，逐漸增厚，用木槌壓實，塑出粗略形態。
3)塑形：利用泥塑刀、刮泥刀和雕塑刀等工具對初泥坯進行塑形。用泥塑刀把黏土表面整平，塑出主要過渡面，用刮刀刮除凸出的多余黏土，補足表面凹洞。反復刮補，后用雕塑刀刻出細節部分，修整。泥坯陽模如圖3所示。
泥坯陽模制作完成后，為了避免由于水分的蒸發而產生收縮、龜裂，要間隔一定的時間內模型噴水霧。
2.2 陰模制作
翻制的陰模可以根據實際需要和反復使用陰模頻率的不同選用不同的材料，常用的陰模材料主要有樹脂和石膏，本模型采用的是熱石膏，其主要化學成分是無水硫酸鈣，使用熟悉石膏方法簡單、可塑性好、成本低，加上一些輔助材料，即可得到需要的石膏陰模。
1)調制石膏漿，在準備好的調制容器里先加清水，后中適量石膏粉，用攪拌工具沿同一方向輕輕攪拌，直到石膏漿有了一定黏度，象乳脂一樣即可。
2)刷脫模劑(工業石蠟)，在泥模表面涂刷一兩層脫模劑，形成隔離層。
3)澆石膏漿，根據泥模的形態在四周筑模圍，完成后進行澆注，由于本模型體積較大，所以進行分塊澆注，并在模型受力較大的部位使用鋼筋和小木條進行加固。在澆注約1.5cm左右厚時，在石膏漿中加入玻璃絲或者碎麻絲，以增加石膏模的強度。[-page-]
4)脫模，在石膏漿注入大約30min后，進行脫模。挖掉內部的泥模，接近石膏模內壁時，用小木刀挖掉剩泥塊，并對內壁進行修補、刷洗、形成陰模。
2.3 正模制作
正模制作的材料主要有：黏土、油泥、發泡樹脂、石膏、玻璃鋼和硅膠等。玻璃鋼分為熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼，是由玻璃纖維與合成樹脂復合而成的材料，俗稱玻璃鋼(FRP)，它具有機械強度好、粘接性能強、比重小、絕緣性能好、收縮率低、耐腐蝕性好和工藝性能好等優點。制作玻璃鋼的常用玻璃纖維有玻璃纖維布和玻璃纖維絲等；常用樹脂有環氧樹脂、酚醛樹脂及不飽和聚酯樹脂等。本模型即屬于熱固性環氧樹脂玻璃鋼。正模的制作步驟如下。
1)樹脂調制：在容器中倒入一定量的合成樹脂，加入一定量的鈷催化劑(DSTZII)，慢慢攪拌均勻，備用。使用時再加入一定的固化劑(二乙烯三胺DTA)。
2)刷裱樹脂：先在石膏模內壁上刷涂2~3遍脫模劑(工業用石蠟)，再將調制好的樹脂溶液加入1%~3%固化劑攪拌均勻后，用毛刷均勻地涂刷在脫模表面。涂刷2~3遍后，往胎模上刷裱玻璃纖維布，多次反復，厚度到3mm左右，如圖4所示。
3)加固：根據模型的大小即結構特點，在適當的部位用鋼筋或木條進行加固，如圖4所示。[-page-]
4)固化干燥：完成以上操作后，讓其通風干燥，自行固化。大約24h后，用木槌脫去石膏胎模，即可得到各部位玻璃鋼模型。
5)合模：將固化干燥后的各模塊合模，用調好的樹脂對接縫進行粘接處理，得到玻璃鋼模型，如圖5所示。
2.4 光整加工
1)刮補膩子：調制好膩子，先用稠膩子大面積刮補，修補裂紋等，再用稀膩子進行小面積刮補。如此反復，直到表面平整。
2)打磨：模型表面刮膩子修補后，先使用200目的精砂紙輕輕打磨，再使用400目的細砂紙打磨，還可以進行機械拋光等處理，直到模型表面光滑平順。
2.5 噴涂與標志處理
1)顏料調制：根據要表達的模型外觀效果，在調色卡上選擇效果色彩，試噴出一樣本，直到調制出滿足要求的效果為止。
2)噴底漆：先用吹風機或高壓噴槍把表面吹干凈，再用噴槍在模型表面噴一薄層灰色底漆，及時發現并修補模型表面的細微瑕疵，晾干后再進行噴涂。
3)噴面漆：在噴完底漆確定模型表面平整光滑后噴涂面漆。每一次噴的很薄，干燥后再次噴涂，多次反復。
4)噴迷彩和標志：用紙膠帶貼出噴涂迷彩色的范圍，范圍之外用覆蓋物遮蓋，進行噴涂。
5)噴亮光漆：在面漆和各種標志噴涂完畢并干燥后，即噴涂透明亮光面漆，以增加模型的光亮效果。該飛機玻璃鋼模型的終效果如圖6所示。
3 結 語
本文以玻璃鋼復雜產品模型生產為例，系統地介紹了玻璃鋼模型制作的工藝流程。介紹了產品樣機制作的方法。玻璃鋼模型制作的工藝簡單、制作設備簡單、取材容易，制作成本低、效率高。
產品模型的制作，是設計師將設計思想綜合美學、工藝學、人機工程學和現代科技等學科知識，以三維實體來傳達設計理念和構想，輔以一定工藝手段來實現一種設計思想的創造性活動。模型機制作在新產品開發過程中起著極為重要的作用，它能以形象化的形式向客戶展示其設計思想，成為試探市場、反饋需求信息的有效手段，大限度地縮短開發周期。
模型的制作常在階段做一個手工模型，第二階段再用計算機擬合出數字化模型。這里介紹一種手工模型的制作工藝。
1 模型制作的準備工作
1)模型材料選擇應綜合考慮模型要表現的特點、制作成本、加工設備、專用工具、制作經驗和時間限制等因素，選擇合適的模型材料。對于復雜產品模型，由于體積較大，宜選用玻璃鋼材料。
2)模型比例確定。模型的制作比例和模型材料的選擇有著密切的關系，二者的選擇必須同時權衡。比例太小，會失去很多細節；比例太大，又必須考慮模型的內部支撐結構框架和材料等。
3)模型形態構想。在一過程中，模型的各個細節可以暫不考慮，但要構造出一個大概的模型雛形和一些特別細節及功能構件等?？梢跃C合運用計算CAD三維建模技術和參數效果圖、小模型等來進行設計。圖1所示是飛機模型在CATIA系統中的三維建模。
4)模型色采選擇直接決定了終表現的視覺效果，尤其對展示性模型來說，色彩的選擇和涂裝尤為重要。本模型采用迷彩色作為整體色。[-page-]
2 玻璃鋼模型的制作工藝過程
圖2所示是復雜產品玻璃鋼模型制作的工藝流程示意圖。
2.1 陽模制作
制作產品陽模的材料有多種，大致分為水性材料和油性材料，本文選擇水性材料中的黏土作為陽模的制作材料。黏土的取材方便，主要化學成分是氧化硅和氧化鋁。[-page-]
1)搭建骨架：根據模型制作的大小及圖樣提供的模型尺寸及內部結構，進行內架的搭建，給出模型的基本形體。圖2中的件1就是骨架搭建中的支撐物，泥模陽模附著在骨架上。根據強度需要，陽模的內部結構可以用一些木材或鋼筋焊接結構，并盡量減少凸超角，便于上泥和刮切。
2)上泥：模型的形體和支撐骨架搭建好后，開始上泥。上泥時，為確保泥和模型初坯的結合強度，選用水霧噴濕骨架，再上一層薄泥，然后再補厚泥。將泥一層層粘于骨架結構上，逐漸增厚，用木槌壓實，塑出粗略形態。
3)塑形：利用泥塑刀、刮泥刀和雕塑刀等工具對初泥坯進行塑形。用泥塑刀把黏土表面整平，塑出主要過渡面，用刮刀刮除凸出的多余黏土，補足表面凹洞。反復刮補，后用雕塑刀刻出細節部分，修整。泥坯陽模如圖3所示。
泥坯陽模制作完成后，為了避免由于水分的蒸發而產生收縮、龜裂，要間隔一定的時間內模型噴水霧。
2.2 陰模制作
翻制的陰模可以根據實際需要和反復使用陰模頻率的不同選用不同的材料，常用的陰模材料主要有樹脂和石膏，本模型采用的是熱石膏，其主要化學成分是無水硫酸鈣，使用熟悉石膏方法簡單、可塑性好、成本低，加上一些輔助材料，即可得到需要的石膏陰模。
1)調制石膏漿，在準備好的調制容器里先加清水，后中適量石膏粉，用攪拌工具沿同一方向輕輕攪拌，直到石膏漿有了一定黏度，象乳脂一樣即可。
2)刷脫模劑(工業石蠟)，在泥模表面涂刷一兩層脫模劑，形成隔離層。
3)澆石膏漿，根據泥模的形態在四周筑模圍，完成后進行澆注，由于本模型體積較大，所以進行分塊澆注，并在模型受力較大的部位使用鋼筋和小木條進行加固。在澆注約1.5cm左右厚時，在石膏漿中加入玻璃絲或者碎麻絲，以增加石膏模的強度。[-page-]
4)脫模，在石膏漿注入大約30min后，進行脫模。挖掉內部的泥模，接近石膏模內壁時，用小木刀挖掉剩泥塊，并對內壁進行修補、刷洗、形成陰模。
2.3 正模制作
正模制作的材料主要有：黏土、油泥、發泡樹脂、石膏、玻璃鋼和硅膠等。玻璃鋼分為熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼，是由玻璃纖維與合成樹脂復合而成的材料，俗稱玻璃鋼(FRP)，它具有機械強度好、粘接性能強、比重小、絕緣性能好、收縮率低、耐腐蝕性好和工藝性能好等優點。制作玻璃鋼的常用玻璃纖維有玻璃纖維布和玻璃纖維絲等；常用樹脂有環氧樹脂、酚醛樹脂及不飽和聚酯樹脂等。本模型即屬于熱固性環氧樹脂玻璃鋼。正模的制作步驟如下。
1)樹脂調制：在容器中倒入一定量的合成樹脂，加入一定量的鈷催化劑(DSTZII)，慢慢攪拌均勻，備用。使用時再加入一定的固化劑(二乙烯三胺DTA)。
2)刷裱樹脂：先在石膏模內壁上刷涂2~3遍脫模劑(工業用石蠟)，再將調制好的樹脂溶液加入1%~3%固化劑攪拌均勻后，用毛刷均勻地涂刷在脫模表面。涂刷2~3遍后，往胎模上刷裱玻璃纖維布，多次反復，厚度到3mm左右，如圖4所示。
3)加固：根據模型的大小即結構特點，在適當的部位用鋼筋或木條進行加固，如圖4所示。[-page-]
4)固化干燥：完成以上操作后，讓其通風干燥，自行固化。大約24h后，用木槌脫去石膏胎模，即可得到各部位玻璃鋼模型。
5)合模：將固化干燥后的各模塊合模，用調好的樹脂對接縫進行粘接處理，得到玻璃鋼模型，如圖5所示。
2.4 光整加工
1)刮補膩子：調制好膩子，先用稠膩子大面積刮補，修補裂紋等，再用稀膩子進行小面積刮補。如此反復，直到表面平整。
2)打磨：模型表面刮膩子修補后，先使用200目的精砂紙輕輕打磨，再使用400目的細砂紙打磨，還可以進行機械拋光等處理，直到模型表面光滑平順。
2.5 噴涂與標志處理
1)顏料調制：根據要表達的模型外觀效果，在調色卡上選擇效果色彩，試噴出一樣本，直到調制出滿足要求的效果為止。
2)噴底漆：先用吹風機或高壓噴槍把表面吹干凈，再用噴槍在模型表面噴一薄層灰色底漆，及時發現并修補模型表面的細微瑕疵，晾干后再進行噴涂。
3)噴面漆：在噴完底漆確定模型表面平整光滑后噴涂面漆。每一次噴的很薄，干燥后再次噴涂，多次反復。
4)噴迷彩和標志：用紙膠帶貼出噴涂迷彩色的范圍，范圍之外用覆蓋物遮蓋，進行噴涂。
5)噴亮光漆：在面漆和各種標志噴涂完畢并干燥后，即噴涂透明亮光面漆，以增加模型的光亮效果。該飛機玻璃鋼模型的終效果如圖6所示。
3 結 語
本文以玻璃鋼復雜產品模型生產為例，系統地介紹了玻璃鋼模型制作的工藝流程。介紹了產品樣機制作的方法。玻璃鋼模型制作的工藝簡單、制作設備簡單、取材容易，制作成本低、效率高。
