医疗器械工业设计精选(九篇)

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第1篇：医疗器械工业设计范文

【关键词】工业设计；现代企业；应用

【Abstract】Based on the connotation and characteristics of industrial design are summarized， analysis of the role of industrial designers in modern enterprises， summarizes the concrete application of industrial design in the modern enterprises， provide a source of energy for the rapid development of modern enterprises.

【Key words】Industrial Design；Modern Enterprise；Application

设计无处不在，来源于我们的生活，紧密联系不可分割。我们日常生活中所使用的餐饮用具，学习使用的办公用品，家庭生活所使用的各类电器，出行旅游的交通工具，工人师傅操作的大型机械，医院的医疗器械设备等，它们都隶属于工业设计领域。随着近几年科技水平的不断提升和经济的飞速发展，工业设计这个名词逐渐地受到市场以及各企业的重视，扮演着愈来愈重要的角色。

1 工业设计的内涵及特点

1.1 工业设计的内涵

国际工业设计协会联合会关于工业设计的最新定义是：工业设计是一种创造性的活动， 其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质[1]。广义的工业设计几乎包括我们生活中的所有设计的全部内容。而狭义的工业设计是指针对所有工业产品的设计，从社会、经济、技术、审美的角度进行综合考虑，既要保证实现产品的功能，又要符合消费者购买心理从而达到美观，在企业中还要优先考虑加工制造成本等方面的问题。工业设计的任务就是根据社会需要，充分利用各种材料、技术条件和科技成果，注重产品与人之间的关系，在确定外观质量过程中与工程技术人员密切合作，使产品的物质功能和精神功能不断为消费者带来更大的使用价值和经济效益。

1.2 工业设计的特点

工业设计是一个多领域融合、多个学科交叉的学科，它的核心是产品设计。工业设计是一项富含创造性、创新性的活动，通过产品、服务、品质等方便人们生活，促进了技术的不断创新，同时，增强了社会经济文化交流。工业设计，其中涉及到人机工程学、设计心理学、设计符号学、人体美学等学科的知识，重在运用。因此，不难想到，工业设计与现代企业是相互联系、相互作用的。市场上的大多产品，都是企业批量生产的，通过企业产品的市场调研、产品的设计开发、产品测试、批量生产、最后的售后服务这一流程，每一个阶段都和工业设计息息相关，发挥着不容忽视的作用。

工业设计是随着社会的发展、科学的进步，人类进入到现代社会而发展起来的一门新兴学科。它的职能和使命是发现市场需求，从现有物质技术条件出发，与各相关方面及专家合作，努力满足市场需求，并创造市场需求，使工业产品在物质功能和精神功能上以最佳状态结合，适应市场需求，努力使消费者和制造商双方都能满意。它是企业增强市场竞争力的关键环节之一，是丰富社会物质文化生活的一个重要方面。

2 企业中的工业设计师

2.1 工业设计师在企业中的角色

随着近几年国家对工业设计的重视度渐渐提高，工业设计师这个称呼开始在社会各界传播开来，严格意义上讲，我国目前还没有工业设计师这一职称认证。产品的销量、满意度和设计是分不开的，从产品的开发到批量生产再到上市，这个过程不是设计师一个人可以独揽的，每个企业都会有一个专门的部门或者团队负责产品的设计，其他部门积极配合才能实现产品的顺利生产。

企业会不定时的从市场上调研获取真实的客户需求，积极听取消费者的心声，掌握发展方向，产品调研也是产品设计中重要的环节。产品调研不仅仅是对自身产品的用户调查，还包括其他国内外竞争产品的对比分析，从而做好产品定位，为产品设计阶段打下基础。用户数据的收集之后，工业设计师不能凭空想象去进行产品设计，材料的选取应用、结构的合理性、技术是否可以实现、在大型加工中模具的开模成本等等，很多时候需要结构工程师、技术员协助去完成，不断的交流沟通有利于产品的实现。前期的大量调研工作就是从消费者的角度为设计师提品功能、操作环境、价格区间等资料，而在产品的批量加工生产上，企业会希望可以节省工序，减少材料的浪费及加工成本。大多时候我们在大学期间的所设计的产品，来源于设计者本人的想象力，外观十分漂亮、富含产品语义、功能丰富，但是在实际开模生产中是不能实现或者成本巨高的。遇到这样的情况会要求设计师进行再设计，这样的话会增加人力物力的投入，设计成本会大大提高，所以学校的“设计师”和企业的“设计师”是有很大区别的。

当下工业设计用到的产品设计软件有有犀牛、SOLIDWORKS、Pro/ENGINEER、UG、Alias等等，软件是设计师用来表达设计创意的工具，考验设计师的往往是设计思维、设计创意。在高校工业设计专业学生的培养上，同样要加大设计思路、设计创新的培养。鼓励积极参与企业实践，拓展知识面，重在理论与实际相结合，这样可以更好地与企业人才需求挂钩。

2.2 工业设计师在企业中的作用

工业设计在企业中的作用是通过工业设计师来完成的。美国工业设计协会在对工业设计师的定义中指出： 工业设计师特别注重人的特征、需求和兴趣，对视觉、触觉、安全、使用标准等各方面有详细的了解[2]。工业设计师就是把对这些方面的考虑与生产过程中的技术要求，包括销售、\输和维修等有机地结合起来。他们是在保护公众的安全和利益、尊重现实环境和遵守职业道德以及责任感的指导下进行工作的。工业设计师设计的特点是在一定程度地考虑产品的使用功能之外，更加重视使用者的生理和心理需求，在开展设计时，不只是单纯地为产品功能而设计，而是首先将产品置于人―产品―环境―社会四者有机联系的系统之中来审视，使产品除了使用功能、技术性能之外，还具有鲜明的个性特征、舒适的操作体验，而且可以为使用者带来自豪感。 工业设计师在企业中受企业战略、经营、销售、市场定位以及企业技术、工艺、资源等因素的影响，存在一定的局限性。

在国际市场的不断冲击下，对于企业来说更多的是要求向国际化标准看齐，做到在众多企业中脱颖而出，就必须融入企业别具一格的的产品风格或某种设计元素，其实说的就是产品的设计水平。目前体验式经济的飞速发展，服务业的蓬勃发展，也为工业设计提供了新思路。网络购物、在线交易等等围绕着我们，让我们的生活更加便捷，APP的应用潜力当下还未完全开发出来，市场要求我们设计师在用户体验上斟酌、下功夫，去赢得消费者的喜爱。美观实用的交互式界面设计已经成为设计界一个热议的话题，实现人机完美对话，不再是以前的仅仅实现功能那么单一了。

3 工业设计在现代企业中的应用

当下更多的企业开始重视工业设计，证实了工业设计存在的必要性，但是每个企业对工业设计在企业中的定位是大不相同的。不难理解，这是由各企业对工业设计的需求度来决定的，同样，领导阶层对于工业设计的认识也会影响到工业设计的地位。

3.1 工业设计为现代企业提供有实效的设计管理

在以前企业传统的设计几乎是设计师承担了绝大部分的设计任务，但是在今天，市场经济的快速发展、科技的不断创新、生活方式的转变等对企业、对工业设计也提出了高标准和高要求。在现代企业中，特别是一个产品的研发，不是设计师或者设计部门就可以单独完成的，需要其他部门的协助与合作。合理的设计管理，是企业提升产品开发速率和有效质量的重要措施，有利于企业的发展规划。我们可以发现，大多数企业的产品在一定程度上是具有继承性的，或者说是连续性，比如说苹果手机其产品设计延续了自身的一贯特征，用户会和上一代产品进行对比、讨论。

3.2 工业设计为现代企业提供全面的创新服务

设计需要创新，为人们生活服务，可以改变人们的生活方式，企业也是一样，需要创新。随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，设计师对周围发生的变化会有所察觉，调研考察市场。根据获取的有效信息、深刻分析，对企业的产品进行调整，探索企业的创新道路，才能让企业获取更多的收益。因此，设计师的创新会间接影响到企业的创新，这与企业的决策者、管理层是不可分离的。企业的创新大多会通过工业设计来实现，当下市场需求的多样化，促进企业产品的多元化、设计创意，为企业提供了新的发展空间和方向。根据实际的市场需求情况，提出合理的市场定位，利用工业设计可以提供性价比较高的产品来迎合市场发展需求，有效地协调市场、企业、消费者三者之间的关系形成“可持续”。跻身国际家电市场前列的海尔集团，牢牢抓住消费者的需求，新颖个性的冰箱产品设计，方便人们日常生活并能得到满足[3]。工业设计考虑产品的外观审美、设计合理性、使用安全性、操作简易性等许多问题，具有别样美的产品往往可以给企业塑造良好的品牌形象，更多的可以槠笠荡丛旄郊蛹壑怠M时，在现实生活中人们往往不会很认真阅读密密麻麻的使用说明书，因此，简便易懂的人机界面设计、产品语义、产品符号愈来愈受到市场的青睐，不仅仅是最新的科学技术作为硬件支撑，还有艺术的完美体现和情感融入。

3.3 工业设计为现代企业提供多方位的形象宣传

我们在日常生活中，对于一些企业的品牌形象印象深刻，比如餐饮行业海底捞、服装行业以纯、鞋类品牌耐克等等。当然，每个企业给用户脑海中留下的企业形象是不同的，但却是尤为重要。成功的品牌打造，代表着是企业知名度的提升，预示着渐渐获得消费者的认可，从长远利益来讲价值很高。打造优秀的企业形象，这不仅仅要求企业从自身去塑造企业形象，更需要经过市场的检验、用户的检验。在宣传力度上，工业设计提供的不仅仅是实际生产的产品，还有宣传册、海报、网站界面设计、APP交互设计，是现代企业必须重视的问题。智能手机时代的来临，网络交易平台的建立，对各企业的宣传提出了新要求。工业设计的作用是不容忽视的，设计方风格要和企业形象始终保持一致，产品的外观、细节、品位等元素必须迎合消费者的需求。这样消费者才愿意为品牌去买单。

4 结论

近几年，工业设计逐渐受到国家和企业的关注和重视，工业设计在企业中的应用越来越得到认可。我国是工业制造大国，提倡走打造自我品牌的道路，鼓励企业大胆创新，引进优秀的创新型人才，增强自我综合实力。企业产品创新和品牌塑造，更多地需要借助工业设计来实现。工业设计就是客户与企业生产的纽带：客户的需求与产品实现依靠工业设计来传达给生产企业，而企业通过工业设计反馈信息给客户[4]。工业设计就像是企业的得力助手，设计未生产的产品，研究未实现的功能，给产品的批量生产奠定了良好的基础。

【参考文献】

[1]李刚.工业设计的现状与发展[J].中国新技术新产品，2011（12）：117.

[2]程能林.工业设计概论[M].北京：机械工业出版社，2004.

第2篇：医疗器械工业设计范文

摘要：

介绍了熔融沉积成型（FDM）原理及所需材料要求，详细阐述了国内外FDM用丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯的研究进展，展望了其发展前景。

关键词：

熔融沉积成型；ABS；聚乳酸；聚碳酸酯

3D打印是一种以设计的3D模型为基础，利用打印设备逐层增加材料来构造三维实物的快速成型技术[1]。它集成了CAD（计算机辅助设计）/CAM（计算机辅助制造）、机电控制和材料科学等方面的技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。目前比较成熟的快速成型工艺有：光固化立体造型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型。与其他快速成型工艺相比，FDM操作简便，安全无毒，成型效率高，成型设备价格低，发展极为迅速。目前FDM系统在全世界已使用的快速成型系统中约占1/3。材料是熔融沉积成型的重要基础，具有可黏合性的高分子材料是FDM工艺最常用的材料，它的发展速度制约熔融沉积成型的进一步发展。本文重点介绍了丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯3类高分子材料用于FDM工艺的研究进展，为熔融沉积成型进一步发展提供理论基础。

1FDM工艺概述

1.1FDM工艺工作原理

首先用加热装置将丝状（直径约2mm）热塑性材料加热熔化，给材料合适的压力将熔融态材料从微细喷嘴（直径一般为0.2~0.6mm[2]）中挤出，喷头根据计算机设定的模型截面信息运动，将挤压出的熔融态丝材涂覆在工作台的制件基座的指定位置，并快速冷却固化，一个层面沉积完成后，工作台按设定的增量下降一个层的厚度，再继续熔融沉积，循环往复，直至完成整个实体制造。

1.2FDM材料的性能要求

根据FDM工艺原理及特点，所用高分子材料应满足以下性能要求[3–5]：①材料的制丝要求高分子材料在使用前，要经螺杆挤出机加工成直径约2mm的单丝，因此材料必须能够挤出成型。单丝要求表面光泽、直径均匀、内部无中空，在常温下应具有良好的柔韧性，不会被轻易折断。②材料的收缩率线材经熔融挤出后在工作台上快速固化，但若成型材料收缩率大，固化时的体积收缩就会在制品中产生更大的内应力，进而使制品翘曲变形，甚至导致制品开裂，以至成形失败。材料的收缩率是影响制品外形质量最重要的因素之一，FDM工艺要求成型材料的收缩率越小越好。③材料的机械性能丝状进料方式要求料丝具有较好的力学性能，这样在摩擦轮的牵引和驱动力作用下才不会发生断丝和弯曲现象。由于料丝在加热装置内还起到活塞推进作用，为提高其抗失稳性能，料丝必须具有足够的弹性模量。④材料的流动性为将熔融态的丝材从喷嘴中顺利挤出，要求所用材料在熔融态时具有较好的流动性。流动性差的材料产生的阻力大，难以挤出；流动性太好的材料挤出后难以控制，发生流涎，并造成每一次循环的起始与停止时，挤出物料不均匀。

2FDM用高分子材料研究进展

2.1ABS

ABS是目前使用最多、应用最早的高分子打印线材。它综合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的优良性能，具有良好的力学性能，易加工，广泛应用于汽车、纺织、电子电器和建筑等领域[6]。但ABS也存在一些缺点：较大的收缩率，制品易收缩变形，易发生层间剥离及翘曲等现象；耐热变形性较差；打印过程中有异味产生。为改善ABS打印的成型质量，国内外学者在ABS改性方面做了很多工作。

2.1.1国外

M.L.Shofner等[7]用VGCFs（气相生长碳纤维）填充ABS，制备用于FDM工艺的复合材料，研究了填充VGCFs对ABS机械性能的影响。结果表明，加入VGCFs能提高ABS的拉伸强度和模量，但是流动性会变差。美国的Stratasys是世界上最大的3D打印材料公司，它新推出了一款ABS材料ABS–M30i。与标准的StratasysABS相比，ABS–M30i的力学性能有较大的提高，并且层间黏合强度大幅提升，扩大了ABS的应用范围[8]。Stratasys公司的第2代数码ABS2，这种新型材料可通过FDM技术制备薄壁电子器件，且具有良好的热稳定性和尺寸稳定性[9]。美国3DXTech公司利用多壁碳纳米管对纯ABS树脂进行改性，制备出新型FDM用ABS材料——3DXNanoESD，可用于打印汽车、电子器件用关键零件，以及需要静电放电（ESD）保护的器件。

2.1.2国内

仲伟虹等[10]利用短切玻璃纤维对ABS进行改性，研究了短切玻璃纤维含量对ABS机械性能的影响。结果表明，加入短切玻璃纤维，ABS材料的收缩率变小，解决了ABS制品易收缩变形的问题，同时材料强度、硬度大幅提升，但会使材料韧性变差。加入增韧剂和增容剂很好地解决了这一问题，提高了ABS复合材料的韧性，从而使短切玻璃纤维改性的ABS材料适合于FDM工艺。方禄辉等[11]将ABS与热塑材料苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物（SBS）进行熔融共混，制备用于FDM工艺的功能材料，研究了SBS结构及其含量对ABS/SBS共混物各性能的影响。结果表明，加入热塑材料SBS，ABS的流动性明显提高，韧性变好，低频下熔体强度高，对剪切频率依赖变弱，较好地适用于FDM工艺对ABS材料流动性和力学性能的要求。聂富强等[12]发明并公布了一种ABS线材的制备方法。首先将聚丁二烯橡胶剪碎溶在苯乙烯中，然后加入丙烯腈单体和稀释剂后搅拌成均相，再加入引发剂，在一定温度下连续本体聚合后获得可用于FDM工艺的ABS。利用优化后的制备方法成功制备了ABS，且制备的ABS耐热性好、抗冲击强度高。黄旭辉等[13]公开了一种3D打印用ABS材料，材料为核壳结构，核体为改性的ABS材料，壳体为聚砜（PSF）材料。通过将材料制备成核壳结构，材料同时具有ABS的高韧性和PSF的高耐热性和成型收缩率小等优势，取长补短。在ABS材料内添加抗冲击改性剂来增强材料的弯曲强度和压缩强度，改善力学性能；利用小粒度的碳纤维增强材料包裹有机倍半硅氧烷增加材料之间的界面，更好地结合ABS材料与PSF材料，解决了复合材料界面结合力较弱的问题，扩大了ABS材料的使用范围。

2.2聚乳酸

聚乳酸是以玉米或甘蔗为原料，经过发酵制成乳酸，最终转化为聚乳酸[14]。聚乳酸具有良好的光泽性、延展性、降解性、生物相容性，打印的制品硬度好，色彩鲜艳，透明富有光泽，外观细腻，打印过程中不产生难闻气味，是3D打印最好的原材料[15]。聚乳酸的缺点也同样明显，其韧性和抗冲击强度较差，打印制品脆性大，强度较低，尺寸稳定性差，不能抵抗温度变化，当温度超过50℃就会变形，限制了其使用范围[16–18]。为此，国内外学者做了很多工作来改善聚乳酸的性能。

2.2.1国外

D.Drummer等[19]将磷酸钙与聚乳酸复合，通过FDM技术制备组织工程和颌面外科用材料，研究了喷嘴温度对复合材料力学性能的影响。结果表明，喷嘴温度为225℃时，复合材料的模量为3122N/mm2，力学性能最好，而温度为235℃时，所得复合材料具有最低的拉伸强度和断裂伸长率。德国FKuRKunststoff公司与荷兰Helian公司合作，制备出用于FDM的高性能PLA材料，该材料通过加入天然纤维来提高PLA的强度和尺寸稳定性。荷兰Colorfabb公司最近开发出两款新型PLA材料，具有木质效果的WoodFillFine和仿竹子的BambooFill。随后，Colorfabb公司又推出一款独特的PLA线材——具有软木效果的CorkFill。与传统的木材相比，新型纤维增强PLA材料打印的制品外观独特，具有很好的木质效果，并且没有设计限制[20–21]。日本JSR公司推出一系列高性能PLA线材，命名为FABRIAL。此系列产品强度高，韧性好，加工过程中不易折断，制品稳定性好，可用于制造最终产品，有效解决了PLA材料打印制品脆性大、强度较低等问题，扩展了制品的用途。今后该公司将充实产品种类，推出具有特殊性能的产品，以满足多种用途需求[22]。

2.2.2国内

谭志勇等[23]将一种环氧类大分子扩链剂与PLA树脂进行共混，研究扩链剂用量对PLA相对分子质量的影响，以及热处理时间和温度对共混物机械性能和结晶性的影响。结果表明：扩链剂中的环氧基团与PLA中的端羟基、羧基发生反应，PLA的相对分子质量大幅提升；选择合适的条件进行热处理可以使PLA及其共混物结晶，PLA的强度和尺寸稳定性均得到了提高。鄢国强等[24]发明并公布了一种适用于FDM技术的改性聚乳酸复合材料，将PLA、扩链剂、增韧剂、分散剂等经高速混合机混合后，利用挤出机挤出拉丝得到线材。与纯PLA相比，该材料具有良好的柔韧性，同时冲击强度、耐热性和断裂伸长率得到了较大的提高，将该复合材料用于FDM技术，成品具有表面光洁、尺寸稳定等优点。陈庆等人[25]发明并公布了一种FDM工艺用聚乳酸材料及其制备方法。该方法利用低温粉碎混合反应技术改性PLA，改性后的PLA材料机械性能和热变形温度大幅提升，扩大了PLA材料的使用范围。增韧改性后的PLA材料打印温度为200~240℃，打印过程中材料收缩率小，无气味，打印过程流畅，制品尺寸稳定，富有光泽。

2.3聚碳酸酯

PC是一种分子链中含有碳酸酯基的热塑性树脂。它性能优良，是目前使用最多的热塑性工程塑料之一[26–27]。PC几乎具备了工程塑料的所有优良特性，抗冲击性能好、无味、耐高温、抗弯曲、强度高，此外还具有良好的阻燃特性，可用于FDM工艺制备高强度产品[28]。但PC也存在一些缺点：颜色单一，着色性能不理想；PC中含有致癌物质双酚A，在高温下会析出，影响人体健康；价格相对较高；打印温度过高（超过300℃），不适用大多数的桌面3D打印机。

2.3.1国外

Stratasys是世界上第一家推出PC线材的3D打印公司。用该线材生产的产品强度高，耐热性好，最高可耐145℃。随后，Stratasys公司开发了工程材料PC/ABS。PC/ABS同时具有PC的高强度以及ABS的高韧性，力学性能大幅提升，使用该材料配合FORTUS设备制作的产品性能更佳。随后，Stratasys公司又推出了Polycarbonate–ISO（PC–ISO）材料。PC–ISO[29]是FDM技术可采用的材料中强度最高、耐热性最好的生物相容性材料。它通过γ射线、环氧乙烷进行杀菌并且符合ISO10993和美国药典塑料VI级标准，具备PC的所有性能，又具有良好的生物相容性，广泛应用于食品包装行业及医疗器械行业。

2.3.2国内

2014年，广州傲趣电子科技有限公司公布了一种高性能PC线材。此种线材用拜耳公司生产的食品级PC原料制作，可用于FDM工艺。该线材打印过程平台温度为120~150℃，喷嘴温度为255~280℃，流动性好，制品强度高，外观光泽细腻，尺寸精度高，不含双酚A，有效解决了PC材料的致癌问题。2015年，来自上海的3D打印材料制造商Polymaker与先进化学材料开发商Covestro（前身为拜耳材料科技）联手，共同开发出了两款专门针对桌面3D打印机的全新聚碳酸酯3D打印线材——PolymakerPC–Plus和PolymakerPC–Max。这两款线材经过特殊配方已经将打印温度从300~320℃下降到250~270℃，有效解决了PC材料难以用于桌面3D打印机的问题，打印温度的降低同时也减少了在打印过程中出现翘曲或变形的可能性。管国虎等[30]公布了一种FDM用芳香族聚酯材料及其制备方法。该发明首先将芳香族聚酯加入芳香族聚碳酸酯中进行共混改性，然后将共混物加工成细条状，再用适当剂量的电子束辐射使其发生一定程度的交联。该方法保持材料熔融加工性能的同时又达到了本体增强的目的。改性后的材料抗冲击性大大提高，使芳香族聚碳酸酯具有更加广阔的应用。

3展望

FDM技术相对于其他快速成型技术，由于具有成型速度较快，产品性能好、易清洁，后处理简单，设备体积小、易维护等优点，因而将会有更广泛的应用。经国内外学者的共同努力，FDM技术最常用的ABS、PLA和PC材料的性能大大提高，为FDM技术的广泛应用奠定了基础。目前国内有能力生产用于FDM技术的丝材的企业较少，且产品较国外有较大差距。因此，今后应加大对3D打印企业的资金支持，鼓励技术革新，研发高质量产品，缩小与国外的差距，促进我国3D打印产业的发展。

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