第一章 概论
一、概念
产品设计活动中最核心的问题在于解决产品与人、产品与环境、产品与文化、产品与经济效益等诸多系统的关系，得到实用、经济、美观、安全、舒适、环保的新产品。其中，美观、安全、舒适的要素属于感性分析要素，需要通过实体的感受才能进行评判，进而修改完善设计方案。而产品首版制作就是以此为目的展开的工作过程。首版，俗称手板，即样件。产品首版制作通俗理解就是生产制作产品的样件。这是产品设计流程的重要环节。如图1.1所示，在产品设计后期流程中，用于验证产品设计方案的外观结构设计，同时为产品大批量生产开模具、注塑等提供生产数据。
图1.1 首版制作在产品设计后期流程中的位置
随着中国制造走向中国创造，越来越多的国外大牌企业产品设计研发基地进入中国，国内企业的产品设计研发实力也大幅提高，国内专业首版制作公司也随之逐步增加与壮大。熟悉首版制作材料、工艺、方法、技术等的人才岗位需求不断增加。目前已经大规模地渗透航空航天、汽车、电器、家具等工业产品研发领域。
学习首版制作，从个人的专业学习而言，能够帮助我们熟悉了解产品结构，学会如何将产品设计从二维图纸转变为三维实物。从个人的职业发展而言，能够满足专业首版制作公司对于人才的渴求，填补工业设计首版制作人才需求的空缺。从行业发展而言，能够提高整个首版制作行业的专业水平，使我国的产品设计研发水平跻身世界前列。
二、产品首版制作的意义
1．检验产品的外观设计
因为，产品首版不仅是可视的，而且是可触摸的，它可以很直观地以实物形式把设计师的创意反映出来，避免了“画出来好看而做出来不好看”的弊端。
2．检验产品的结构设计
因为产品首版是由产品各个部件制作完成后装配而成的，所以它可以很直观地反映出产品结构合理与否，以及安装的难易程度如何，帮助设计师及早发现产品结构设计中存在的问题。
3．避免了直接开模具的风险性
因为模具制造费用很高，比较大的模具价值数十万乃至几百万，如果在开发模具的过程中发现结构不合理或其他问题，损失可想而知。而在开模具前进行首版制作，则能避免这种损失，减少开模风险。
4．可以使产品面市时间大大提前
很多企业为了缩短研发周期，加快上市步伐，在正式产品生产的同步，会利用产品首版样机来参加产品展示会，或进行各种产品宣传，甚至前期的预销售。
三、产品首版制作的分类概述
产品首版制作一般分为三大类：手工首版制作、CAD/CAM首版制作和快速成型首版制作。
1．手工首版制作
很多工业设计师和教师认为传统手工首版制作已没有多少实际意义，对创意草模制作更是不屑一顾。然而，实践证明，如果忽视模型对产品方案的理性与感性、视觉与触觉矛盾调和的作用，必然会影响设计方案的最终效果及设计效率。因此在产品概念研发设计阶段，手工首版制作十分必要。一个制作精良的模型为设计者和项目评价者提供了最好的评价依据。
手工首版制作一般可分为三种：创意模型、工作模型、样机模型。
（1）创意模型
创意模型是产品创意的雏形，侧重于整体形态和体量关系，对细节不做过多纠缠，边想边做，以最快的方式将想法表达出来，并且易于修改。创意模型阶段是最方便快捷且效果最佳的模型制作，是设计中很重要的阶段。它能够帮助设计师充分思考，将设计思想落实到形体上。一般直接用泡沫、石膏等材料完成。
（2）工作模型
工作模型是着重展示产品功能设计的实物。设计活动中大量工作通过视图反应在二维图纸上，但结构与功能、功能与形态，以及功能细部处理是否合理，则需要工作模型来进行校验。一般用ABS、油泥等材料完成。
（3）样机模型
样机模型是产品设计的最后阶段，完整演示产品外观、结构和功能的模型。不但要有真实的外观效果，还要能够体现产品的使用功能。在家用电器和交通工具等体量感较大的产品设计中，一般需要制作1∶1的大尺寸样机模型，常用ABS、油泥等材料完成。
2.CAD/CAM首版制作
（1）CNC加工
CNC加工，即数控铣削加工。所用刀具与普通机械加工没有区别。不同之处在于其铣削的材料主要为ABS、PC、PMMA等塑料。三维数据经过数控加工软件编程，输出到CNC机床即可加工出我们所需要的半成品。半成品经过抛光、喷漆、电镀等工艺完成最终样品。CNC加工是外观功能展示及验证的最佳途径，可与正式产品相媲美，如图1.2所示。
图1.2 CNC加工的产品首版
（2）真空注型
真空注型，又名真空复模。即在真空条件下对浇注料进行脱泡、搅拌、预热、注型，并在60～80℃的恒温箱中进行2～3小时的二次固化成型的过程。适用于产品开发过程中小批量的结构较为复杂、壁厚均匀、满足一定功能要求的试制样件。主要分为硅胶模首版制作和树脂模首版制作，如图1.3所示。
图1.3 真空注型首版制作
（3）低压灌注
低压灌注，又名低压反应注射成型（Reaction Injection Moulding, RIM）。它是应用于快速模制品生产的一项新工艺，将双组份聚氨酯材料经混合后，在常温、低压环境下注入快速模具内，通过材料的聚合、交联、固化等化学和物理过程形成制品。具有效率高、生产周期短、过程简单、成本低的优点。适用于小批量结构较简单的覆盖件、大型厚壁及不均匀壁厚制品的试制生产。图1.4是ABS模具和铝合金模具所制成品。
图1.4 低压灌注首版制作
3．快速成型首版制作
快速成型技术，又称快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RP）技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供一种高效低成本的实现手段。
以上三种产品首版制作的使用材料、工艺步骤等内容将在后面的章节中具体展开。