新材料和新工藝在可持續設計中的應用研究

姚嵩

(常州大學，江蘇 常州 213016)

1 引言

在經濟快速發展的21世紀，我們在享受著設計為我們帶來的便利和舒適的同時，也對未來的發展充滿擔憂。就以往的設計經驗而言，設計師最原始的手段就是改良產品的功能以及外觀，這是從創造到成為消費品最初始的過程。從“友好地球”的角度來思考，生產商和設計師需要從源頭預先設想物件的最后回歸形式，選擇什么樣的材料，以及用什么樣的生產工藝和模具類型，直至產品的最后一程，都不會造成浪費。可持續設計又被稱為綠色設計，綠色革命被譽為“第四次產業革命”，這勢必帶來材料和工藝的創新。在越來越重視生態和環保的今天，可持續設計的發展至關重要，新材料和新工藝在其中扮演著相當重要的角色。

2 新材料在可持續設計中的應用

2.1 新材料的重要性

隨著科學技術的發展，人們已經不滿足于傳統材料，在科技研發的支持下，開發了很多新材料。新材料按其組成被劃分為以下四類：金屬材料，無機非金屬材料，有機高分子材料和復合材料。這些新材料被成功地運用于工業制造以及國防建設等方面，可以滿足一些產品生產過程中對材料的高要求，比如耐高溫、耐腐蝕、防輻射的性能等。因此，新材料的研究和開發是對材料理解和應用的更高層次追求。

2.2 新材料對可持續設計的必要性

材料是設計的物質基礎。在產品開發過程中，材料的選擇對產品的實現具有重要的作用，是非常重要的一步。不僅設計的質量會影響產品的質量， 材料的選用也會決定產品的質量。材料的不同，不僅會約束產品的結構，形態和尺寸，而且也會使產品具有不同的外觀紋理、視覺觸感、藝術效果和經濟效益。現如今，可持續設計是設計的主要趨勢，在現有技術條件下無法達到均衡經濟、環境、道德和社會問題的要求時，新材料的開發與使用為可持續設計的發展奠定了強有力的基礎。

時下流行的iPhone等移動通信類產品，都采用無線充電技術，該技術依賴于新型工業材料，美國智能手機配件制造商KerfCase最先推出一款新型充電器，由一種復合材料和天然木材組成。木材是充電器頂部面板的原材料，而接觸面下面的支撐殼體的材質則是Covestro Maezio連續纖維增強熱塑性復合材料，支撐殼體是一個一體成型構件，具有美觀優雅的視覺體驗。在目前的市場上，無線充電器的設計并不新鮮，用于無線充電器的材料也不盡相同，該新型工業材料的組合運用，改變了無線充電產品的體現形式，為產品體驗的多樣化提供了不同的選擇。將優質材料運用于產品設計中，從而提高用戶的使用體驗是這家公司的設計理念。在此基礎上，材料也是所有設計選擇的核心要素，通過材料的選擇反映出他們的想法。Maezio復合材料有著和木材相似的外觀，同時還具有天然的碳纖維單向紋理。并且，這種復合材料又很輕質，還具有金屬般的質感。而整個設計中最為關鍵的一點便是Maezio復合材料在整個產品周期結束仍然能夠繼續循環使用，循環生成短切纖維復合材料，是名副其實的可持續材料，而這款無線充電器也是一項實至名歸的可持續設計。

這種復合材料在應用于無線充電器之前已經在家電行業投入使用了，進一步將碳纖維復合材料在工業和航空航天應用中的優異性能擴展到高端消費品領域。促進了“高端”消費觀念的認知。不可否認的是，越來越多的新材料對設計產生影響。而這，恐怕就是未來我們所處時代最需要的革命。

3 新工藝在可持續設計中的應用

3.1 新工藝的重要性

材料與工藝是設計的前提和基礎，設計是將材料和工藝結合的創新方法，使原有的物轉變成新的更有價值的產品，這是材料與工藝創造價值的體現。不管哪種設計，只有當所選材料的性能和加工技藝相配對時，才能真正地實現設計的目的，將產品落實到實處。在當今，材料的創新越來越被重視，如何將新材料發揮出最大能效是至關重要的，新工藝就在這種條件下應運而生。很多新型材料的出現，傳統工藝已經無法繼續適用，新工藝的發現與創新，對新材料的性能，質感的體現有著很大的推動。

3.2 新工藝對可持續設計的必要性

我們在進行任何活動的時候都會產生一系列的影響，不管是設計產品，抑或是規劃建筑，又或者是商品消費，都會產生不同的影響。不同的材料和工藝可以在產品上具有不同的視覺和觸覺體驗。當今時代科學技術的發展促進了技術的轉變，帶來了技術創新。新工藝帶來的不僅是材料中質感的體現，更重要的是對設計的思考，人類生存的探討。

例如荷蘭一家制造商，采用一種基于超大型的3D打印設備的技術，用于創建地板的框架。此外，該制造商使用的打印耗材也與眾不同，他們就地取材，采用當地的植物來生產為某種塑料，并運用于3D打印材料。由于使用可回收和環保的材料，這些3D打印的地板(如圖1)產生很少的垃圾有時甚至一點都沒有產生。科技的發展不僅可以根據個人喜好定制家具，還可以讓家具更加節能環保，不必強求用戶在在固定模式下被迫進行選擇。這些打印的地板可以匹配任何形態的空間，并且都是獨立完整的，還可以據此衍生出一系列的設計創作，可以從傳統圖案到定制圖案。可以說，它是可持續發展與創造力的完美結合。

圖1 智能3D打印地板

圖2 Anima黑碗

除了變成肥料以外，廚房垃圾還能變成什么？日本設計師Araki Kudo用他的設計告訴我們這些廚房垃圾可以轉化成餐具和容器。圖2中的碗是黑色的，安靜和平靜，就像一系列博物館的紀念珍品，完全看不出來這些珍品是以廚房垃圾為材料創作出來的，顛覆了用戶對可持續性餐具的保守印象。這一系列設計作品被稱為“Anima”(圖2)，所有產品均由碳化蔬菜廢料與動物膠混合制成。漆樹汁油漆具有抗菌作用。在創作過程中，古老的方法也用于調整使用米飯和豆腐的油漆粘度。設計師希望用戶能夠在日常生活中反思和改善他們的生活習慣，不斷探索新工藝在可持續發展中的重要性。

4 新材料和新工藝在可持續設計領域的意義

4.1 新材料和新工藝的商業價值

隨著經濟的發展，人們對各種產品的需求量都在增加，就目前很多設計來說，設計與便宜共存，保留了產品最重要的功能，影響價格的幾個因素是生產過程、銷售過程、維修和售后以及廢料處理。前段時間，上海開始實施垃圾分類政策，使可持續發展再次成為每個人的熱門話題。如何讓我們生產出來的產品能夠實現從搖籃到搖籃，不留下任何對自然環境造成傷害或威脅的痕跡。同時我們設計師更加不要為了盲目追求創新，而丟失了真正設計產品的初衷。尊重以人為本，人與自然共生共存，合理利用新材料新工藝，將產品做到物美價廉、方便用戶使用、對生態有益，這是新材料和新工藝所帶來的商業價值，也是設計應該關注的重點。

4.2 新材料和新工藝的社會價值

隨著時間和技術加速新材料的出現，材料族的舊分類也需要不斷重新定義。以前用于定義材料系列的一些描述，例如塑料，金屬和木材，似乎變得越來越不準確。不管什么設計都離不開材料，沒有材料，設計就無法落實，只能是紙上談兵。對于設計師而言，不僅要開發新材料，還要更清楚地了解和理解材料的價值和屬性。只有通過熟悉材料和理解過程，才能將紙上的設計變為現實的產品。

與過去100年的物質革命不同，下個世紀的材料不會帶來我們在20世紀50年代看到的未來愿景。不會有一個卡通“Jetsons”風格的粉紅色未來，也不會像科幻電影一樣從我們頭頂上方飛過一架空氣動力學飛機。材料將在下個世紀變得更加多樣化，但主題是一直以來人們所堅持的，必須是來自低能耗的生產和使用以及材料之間的相互創新。例如，在未來駕駛的道路可能不僅僅是一條行車道，而且還是發電的載體；或者房間的墻壁上不僅是可以繪制喜歡的涂鴉的地方，還可以是用戶選擇最佳家居功能的界面；或者沙發不僅是傳統中舒適柔軟的材料，還可以變成了透明而堅硬的多功能家具，但是在入座后卻依然能覺得非常放松。材料的變革，工藝的探索一步步改變著設計的方向，引導社會正確而積極的發展和進步。

4.3 新材料和新工藝的人文價值

新型材料和加工工藝的出現都是在為人類創造更好，更適合的產品設計，更多考慮的是人與自然，人與社會之間，人與環境之間的密切關系，反映了新的價值觀和自然觀，而不僅僅是人的價值觀。并注重自然和自然界其他生命的價值，并在人與自然的關系基礎上設計價值創造。換句話說，造福人民，造福自然的價值是設計的基本價值。新型材料和加工工藝應用是實現人與自然和諧共處的必由之路，也是使人們更加重視可持續設計的重要工具。作為設計師更應當肩負起對社會，對自然持續健康發展的重大責任，將人與自然和諧共生，可持續發展理念融入于生活的設計中，直入人心。

5 結語

近年來，人類對環境的可持續發展也越來越關心，可持續發展的理念得到大家的普遍認可，并且成為全球性的發展趨勢和方向，是國際發展不可逆轉的趨勢。在生態學認為，世界是整體的，世界是由三個部分組成的系統：人類—社會—自然世界是具有整體性的，就像人的身體組織一樣，是有機的，系統的，各部分連接在一起時相互作用，相互聯系的。就目前形式而言，人類的社會生存環境不容樂觀，正如中國的垃圾分類也刻不容緩一樣，人們對未來的擔憂已經非常明顯，可持續設計的關注日益增高，產品的周期有四個部分組成：制造、運輸、使用、處置。在每一環節我們都需要竭力將產品的使用達到最大化，效益最優化，可回收重復使用率達到最高，只有這樣，我們的產品才會超越自身成為真正的綠色設計，可持續設計。因此，當我們設計產品時，我們必須考慮產品的整個生命周期，我們必須考慮每個階段的可持續性。而制造作為產品的第一環節，新材料和新工藝的可持續性就顯得尤為重要，當新材料和新工藝在產品制造初期就具有綠色環保可持續性，這就將為后面三個環節減輕了很多負擔，尤其是在處置這一環節，可持續性的材料將顯得更加環保、綠色。