新材料和新工艺在可持续设计中的应用研究

姚嵩

(常州大学，江苏 常州 213016)

1 引言

在经济快速发展的21世纪，我们在享受着设计为我们带来的便利和舒适的同时，也对未来的发展充满担忧。就以往的设计经验而言，设计师最原始的手段就是改良产品的功能以及外观，这是从创造到成为消费品最初始的过程。从“友好地球”的角度来思考，生产商和设计师需要从源头预先设想物件的最后回归形式，选择什么样的材料，以及用什么样的生产工艺和模具类型，直至产品的最后一程，都不会造成浪费。可持续设计又被称为绿色设计，绿色革命被誉为“第四次产业革命”，这势必带来材料和工艺的创新。在越来越重视生态和环保的今天，可持续设计的发展至关重要，新材料和新工艺在其中扮演着相当重要的角色。

2 新材料在可持续设计中的应用

2.1 新材料的重要性

随着科学技术的发展，人们已经不满足于传统材料，在科技研发的支持下，开发了很多新材料。新材料按其组成被划分为以下四类：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料和复合材料。这些新材料被成功地运用于工业制造以及国防建设等方面，可以满足一些产品生产过程中对材料的高要求，比如耐高温、耐腐蚀、防辐射的性能等。因此，新材料的研究和开发是对材料理解和应用的更高层次追求。

2.2 新材料对可持续设计的必要性

材料是设计的物质基础。在产品开发过程中，材料的选择对产品的实现具有重要的作用，是非常重要的一步。不仅设计的质量会影响产品的质量， 材料的选用也会决定产品的质量。材料的不同，不仅会约束产品的结构，形态和尺寸，而且也会使产品具有不同的外观纹理、视觉触感、艺术效果和经济效益。现如今，可持续设计是设计的主要趋势，在现有技术条件下无法达到均衡经济、环境、道德和社会问题的要求时，新材料的开发与使用为可持续设计的发展奠定了强有力的基础。

时下流行的iPhone等移动通信类产品，都采用无线充电技术，该技术依赖于新型工业材料，美国智能手机配件制造商KerfCase最先推出一款新型充电器，由一种复合材料和天然木材组成。木材是充电器顶部面板的原材料，而接触面下面的支撑壳体的材质则是Covestro Maezio连续纤维增强热塑性复合材料，支撑壳体是一个一体成型构件，具有美观优雅的视觉体验。在目前的市场上，无线充电器的设计并不新鲜，用于无线充电器的材料也不尽相同，该新型工业材料的组合运用，改变了无线充电产品的体现形式，为产品体验的多样化提供了不同的选择。将优质材料运用于产品设计中，从而提高用户的使用体验是这家公司的设计理念。在此基础上，材料也是所有设计选择的核心要素，通过材料的选择反映出他们的想法。Maezio复合材料有着和木材相似的外观，同时还具有天然的碳纤维单向纹理。并且，这种复合材料又很轻质，还具有金属般的质感。而整个设计中最为关键的一点便是Maezio复合材料在整个产品周期结束仍然能够继续循环使用，循环生成短切纤维复合材料，是名副其实的可持续材料，而这款无线充电器也是一项实至名归的可持续设计。

这种复合材料在应用于无线充电器之前已经在家电行业投入使用了，进一步将碳纤维复合材料在工业和航空航天应用中的优异性能扩展到高端消费品领域。促进了“高端”消费观念的认知。不可否认的是，越来越多的新材料对设计产生影响。而这，恐怕就是未来我们所处时代最需要的革命。

3 新工艺在可持续设计中的应用

3.1 新工艺的重要性

材料与工艺是设计的前提和基础，设计是将材料和工艺结合的创新方法，使原有的物转变成新的更有价值的产品，这是材料与工艺创造价值的体现。不管哪种设计，只有当所选材料的性能和加工技艺相配对时，才能真正地实现设计的目的，将产品落实到实处。在当今，材料的创新越来越被重视，如何将新材料发挥出最大能效是至关重要的，新工艺就在这种条件下应运而生。很多新型材料的出现，传统工艺已经无法继续适用，新工艺的发现与创新，对新材料的性能，质感的体现有着很大的推动。

3.2 新工艺对可持续设计的必要性

我们在进行任何活动的时候都会产生一系列的影响，不管是设计产品，抑或是规划建筑，又或者是商品消费，都会产生不同的影响。不同的材料和工艺可以在产品上具有不同的视觉和触觉体验。当今时代科学技术的发展促进了技术的转变，带来了技术创新。新工艺带来的不仅是材料中质感的体现，更重要的是对设计的思考，人类生存的探讨。

例如荷兰一家制造商，采用一种基于超大型的3D打印设备的技术，用于创建地板的框架。此外，该制造商使用的打印耗材也与众不同，他们就地取材，采用当地的植物来生产为某种塑料，并运用于3D打印材料。由于使用可回收和环保的材料，这些3D打印的地板(如图1)产生很少的垃圾有时甚至一点都没有产生。科技的发展不仅可以根据个人喜好定制家具，还可以让家具更加节能环保，不必强求用户在在固定模式下被迫进行选择。这些打印的地板可以匹配任何形态的空间，并且都是独立完整的，还可以据此衍生出一系列的设计创作，可以从传统图案到定制图案。可以说，它是可持续发展与创造力的完美结合。

图1 智能3D打印地板

图2 Anima黑碗

除了变成肥料以外，厨房垃圾还能变成什么？日本设计师Araki Kudo用他的设计告诉我们这些厨房垃圾可以转化成餐具和容器。图2中的碗是黑色的，安静和平静，就像一系列博物馆的纪念珍品，完全看不出来这些珍品是以厨房垃圾为材料创作出来的，颠覆了用户对可持续性餐具的保守印象。这一系列设计作品被称为“Anima”(图2)，所有产品均由碳化蔬菜废料与动物胶混合制成。漆树汁油漆具有抗菌作用。在创作过程中，古老的方法也用于调整使用米饭和豆腐的油漆粘度。设计师希望用户能够在日常生活中反思和改善他们的生活习惯，不断探索新工艺在可持续发展中的重要性。

4 新材料和新工艺在可持续设计领域的意义

4.1 新材料和新工艺的商业价值

随着经济的发展，人们对各种产品的需求量都在增加，就目前很多设计来说，设计与便宜共存，保留了产品最重要的功能，影响价格的几个因素是生产过程、销售过程、维修和售后以及废料处理。前段时间，上海开始实施垃圾分类政策，使可持续发展再次成为每个人的热门话题。如何让我们生产出来的产品能够实现从摇篮到摇篮，不留下任何对自然环境造成伤害或威胁的痕迹。同时我们设计师更加不要为了盲目追求创新，而丢失了真正设计产品的初衷。尊重以人为本，人与自然共生共存，合理利用新材料新工艺，将产品做到物美价廉、方便用户使用、对生态有益，这是新材料和新工艺所带来的商业价值，也是设计应该关注的重点。

4.2 新材料和新工艺的社会价值

随着时间和技术加速新材料的出现，材料族的旧分类也需要不断重新定义。以前用于定义材料系列的一些描述，例如塑料，金属和木材，似乎变得越来越不准确。不管什么设计都离不开材料，没有材料，设计就无法落实，只能是纸上谈兵。对于设计师而言，不仅要开发新材料，还要更清楚地了解和理解材料的价值和属性。只有通过熟悉材料和理解过程，才能将纸上的设计变为现实的产品。

与过去100年的物质革命不同，下个世纪的材料不会带来我们在20世纪50年代看到的未来愿景。不会有一个卡通“Jetsons”风格的粉红色未来，也不会像科幻电影一样从我们头顶上方飞过一架空气动力学飞机。材料将在下个世纪变得更加多样化，但主题是一直以来人们所坚持的，必须是来自低能耗的生产和使用以及材料之间的相互创新。例如，在未来驾驶的道路可能不仅仅是一条行车道，而且还是发电的载体；或者房间的墙壁上不仅是可以绘制喜欢的涂鸦的地方，还可以是用户选择最佳家居功能的界面；或者沙发不仅是传统中舒适柔软的材料，还可以变成了透明而坚硬的多功能家具，但是在入座后却依然能觉得非常放松。材料的变革，工艺的探索一步步改变着设计的方向，引导社会正确而积极的发展和进步。

4.3 新材料和新工艺的人文价值

新型材料和加工工艺的出现都是在为人类创造更好，更适合的产品设计，更多考虑的是人与自然，人与社会之间，人与环境之间的密切关系，反映了新的价值观和自然观，而不仅仅是人的价值观。并注重自然和自然界其他生命的价值，并在人与自然的关系基础上设计价值创造。换句话说，造福人民，造福自然的价值是设计的基本价值。新型材料和加工工艺应用是实现人与自然和谐共处的必由之路，也是使人们更加重视可持续设计的重要工具。作为设计师更应当肩负起对社会，对自然持续健康发展的重大责任，将人与自然和谐共生，可持续发展理念融入于生活的设计中，直入人心。

5 结语

近年来，人类对环境的可持续发展也越来越关心，可持续发展的理念得到大家的普遍认可，并且成为全球性的发展趋势和方向，是国际发展不可逆转的趋势。在生态学认为，世界是整体的，世界是由三个部分组成的系统：人类—社会—自然世界是具有整体性的，就像人的身体组织一样，是有机的，系统的，各部分连接在一起时相互作用，相互联系的。就目前形式而言，人类的社会生存环境不容乐观，正如中国的垃圾分类也刻不容缓一样，人们对未来的担忧已经非常明显，可持续设计的关注日益增高，产品的周期有四个部分组成：制造、运输、使用、处置。在每一环节我们都需要竭力将产品的使用达到最大化，效益最优化，可回收重复使用率达到最高，只有这样，我们的产品才会超越自身成为真正的绿色设计，可持续设计。因此，当我们设计产品时，我们必须考虑产品的整个生命周期，我们必须考虑每个阶段的可持续性。而制造作为产品的第一环节，新材料和新工艺的可持续性就显得尤为重要，当新材料和新工艺在产品制造初期就具有绿色环保可持续性，这就将为后面三个环节减轻了很多负担，尤其是在处置这一环节，可持续性的材料将显得更加环保、绿色。