复杂产品玻璃钢模型的制作工艺
摘要：根据产品样机要表达的设计思想，以玻璃钢飞机模型为例，系统介绍了玻璃钢模型制作的工艺流程。
产品模型的制作，是设计师将设计思想综合美学、工艺学、人机工程学和现代科技等学科知识，以三维实体来传达设计理念和构想，辅以一定工艺手段来实现一种设计思想的创造性活动。模型机制作在新产品开发过程中起着极为重要的作用，它能以形象化的形式向客户展示其设计思想，成为试探市场、反馈需求信息的有效手段，大限度地缩短开发周期。
模型的制作常在阶段做一个手工模型，第二阶段再用计算机拟合出数字化模型。这里介绍一种手工模型的制作工艺。
1 模型制作的准备工作
1)模型材料选择应综合考虑模型要表现的特点、制作成本、加工设备、专用工具、制作经验和时间限制等因素，选择合适的模型材料。对于复杂产品模型，由于体积较大，宜选用玻璃钢材料。
2)模型比例确定。模型的制作比例和模型材料的选择有着密切的关系，二者的选择必须同时权衡。比例太小，会失去很多细节；比例太大，又必须考虑模型的内部支撑结构框架和材料等。
3)模型形态构想。在一过程中，模型的各个细节可以暂不考虑，但要构造出一个大概的模型雏形和一些特别细节及功能构件等。可以综合运用计算CAD三维建模技术和参数效果图、小模型等来进行设计。图1所示是飞机模型在CATIA系统中的三维建模。
4)模型色采选择直接决定了终表现的视觉效果，尤其对展示性模型来说，色彩的选择和涂装尤为重要。本模型采用迷彩色作为整体色。[-page-]
2 玻璃钢模型的制作工艺过程
图2所示是复杂产品玻璃钢模型制作的工艺流程示意图。
2.1 阳模制作
制作产品阳模的材料有多种，大致分为水性材料和油性材料，本文选择水性材料中的黏土作为阳模的制作材料。黏土的取材方便，主要化学成分是氧化硅和氧化铝。[-page-]
1)搭建骨架：根据模型制作的大小及图样提供的模型尺寸及内部结构，进行内架的搭建，给出模型的基本形体。图2中的件1就是骨架搭建中的支撑物，泥模阳模附着在骨架上。根据强度需要，阳模的内部结构可以用一些木材或钢筋焊接结构，并尽量减少凸超角，便于上泥和刮切。
2)上泥：模型的形体和支撑骨架搭建好后，开始上泥。上泥时，为确保泥和模型初坯的结合强度，选用水雾喷湿骨架，再上一层薄泥，然后再补厚泥。将泥一层层粘于骨架结构上，逐渐增厚，用木槌压实，塑出粗略形态。
3)塑形：利用泥塑刀、刮泥刀和雕塑刀等工具对初泥坯进行塑形。用泥塑刀把黏土表面整平，塑出主要过渡面，用刮刀刮除凸出的多余黏土，补足表面凹洞。反复刮补，后用雕塑刀刻出细节部分，修整。泥坯阳模如图3所示。
泥坯阳模制作完成后，为了避免由于水分的蒸发而产生收缩、龟裂，要间隔一定的时间内模型喷水雾。
2.2 阴模制作
翻制的阴模可以根据实际需要和反复使用阴模频率的不同选用不同的材料，常用的阴模材料主要有树脂和石膏，本模型采用的是热石膏，其主要化学成分是无水硫酸钙，使用熟悉石膏方法简单、可塑性好、成本低，加上一些辅助材料，即可得到需要的石膏阴模。
1)调制石膏浆，在准备好的调制容器里先加清水，后中适量石膏粉，用搅拌工具沿同一方向轻轻搅拌，直到石膏浆有了一定黏度，象乳脂一样即可。
2)刷脱模剂(工业石蜡)，在泥模表面涂刷一两层脱模剂，形成隔离层。
3)浇石膏浆，根据泥模的形态在四周筑模围，完成后进行浇注，由于本模型体积较大，所以进行分块浇注，并在模型受力较大的部位使用钢筋和小木条进行加固。在浇注约1.5cm左右厚时，在石膏浆中加入玻璃丝或者碎麻丝，以增加石膏模的强度。[-page-]
4)脱模，在石膏浆注入大约30min后，进行脱模。挖掉内部的泥模，接近石膏模内壁时，用小木刀挖掉剩泥块，并对内壁进行修补、刷洗、形成阴模。
2.3 正模制作
正模制作的材料主要有：黏土、油泥、发泡树脂、石膏、玻璃钢和硅胶等。玻璃钢分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢，是由玻璃纤维与合成树脂复合而成的材料，俗称玻璃钢(FRP)，它具有机械强度好、粘接性能强、比重小、绝缘性能好、收缩率低、耐腐蚀性好和工艺性能好等优点。制作玻璃钢的常用玻璃纤维有玻璃纤维布和玻璃纤维丝等；常用树脂有环氧树脂、酚醛树脂及不饱和聚酯树脂等。本模型即属于热固性环氧树脂玻璃钢。正模的制作步骤如下。
1)树脂调制：在容器中倒入一定量的合成树脂，加入一定量的钴催化剂(DSTZII)，慢慢搅拌均匀，备用。使用时再加入一定的固化剂(二乙烯三胺DTA)。
2)刷裱树脂：先在石膏模内壁上刷涂2~3遍脱模剂(工业用石蜡)，再将调制好的树脂溶液加入1%~3%固化剂搅拌均匀后，用毛刷均匀地涂刷在脱模表面。涂刷2~3遍后，往胎模上刷裱玻璃纤维布，多次反复，厚度到3mm左右，如图4所示。
3)加固：根据模型的大小即结构特点，在适当的部位用钢筋或木条进行加固，如图4所示。[-page-]
4)固化干燥：完成以上操作后，让其通风干燥，自行固化。大约24h后，用木槌脱去石膏胎模，即可得到各部位玻璃钢模型。
5)合模：将固化干燥后的各模块合模，用调好的树脂对接缝进行粘接处理，得到玻璃钢模型，如图5所示。
2.4 光整加工
1)刮补腻子：调制好腻子，先用稠腻子大面积刮补，修补裂纹等，再用稀腻子进行小面积刮补。如此反复，直到表面平整。
2)打磨：模型表面刮腻子修补后，先使用200目的精砂纸轻轻打磨，再使用400目的细砂纸打磨，还可以进行机械抛光等处理，直到模型表面光滑平顺。
2.5 喷涂与标志处理
1)颜料调制：根据要表达的模型外观效果，在调色卡上选择效果色彩，试喷出一样本，直到调制出满足要求的效果为止。
2)喷底漆：先用吹风机或高压喷枪把表面吹干净，再用喷枪在模型表面喷一薄层灰色底漆，及时发现并修补模型表面的细微瑕疵，晾干后再进行喷涂。
3)喷面漆：在喷完底漆确定模型表面平整光滑后喷涂面漆。每一次喷的很薄，干燥后再次喷涂，多次反复。
4)喷迷彩和标志：用纸胶带贴出喷涂迷彩色的范围，范围之外用覆盖物遮盖，进行喷涂。
5)喷亮光漆：在面漆和各种标志喷涂完毕并干燥后，即喷涂透明亮光面漆，以增加模型的光亮效果。该飞机玻璃钢模型的终效果如图6所示。
3 结 语
本文以玻璃钢复杂产品模型生产为例，系统地介绍了玻璃钢模型制作的工艺流程。介绍了产品样机制作的方法。玻璃钢模型制作的工艺简单、制作设备简单、取材容易，制作成本低、效率高。
产品模型的制作，是设计师将设计思想综合美学、工艺学、人机工程学和现代科技等学科知识，以三维实体来传达设计理念和构想，辅以一定工艺手段来实现一种设计思想的创造性活动。模型机制作在新产品开发过程中起着极为重要的作用，它能以形象化的形式向客户展示其设计思想，成为试探市场、反馈需求信息的有效手段，大限度地缩短开发周期。
模型的制作常在阶段做一个手工模型，第二阶段再用计算机拟合出数字化模型。这里介绍一种手工模型的制作工艺。
1 模型制作的准备工作
1)模型材料选择应综合考虑模型要表现的特点、制作成本、加工设备、专用工具、制作经验和时间限制等因素，选择合适的模型材料。对于复杂产品模型，由于体积较大，宜选用玻璃钢材料。
2)模型比例确定。模型的制作比例和模型材料的选择有着密切的关系，二者的选择必须同时权衡。比例太小，会失去很多细节；比例太大，又必须考虑模型的内部支撑结构框架和材料等。
3)模型形态构想。在一过程中，模型的各个细节可以暂不考虑，但要构造出一个大概的模型雏形和一些特别细节及功能构件等。可以综合运用计算CAD三维建模技术和参数效果图、小模型等来进行设计。图1所示是飞机模型在CATIA系统中的三维建模。
4)模型色采选择直接决定了终表现的视觉效果，尤其对展示性模型来说，色彩的选择和涂装尤为重要。本模型采用迷彩色作为整体色。[-page-]
2 玻璃钢模型的制作工艺过程
图2所示是复杂产品玻璃钢模型制作的工艺流程示意图。
2.1 阳模制作
制作产品阳模的材料有多种，大致分为水性材料和油性材料，本文选择水性材料中的黏土作为阳模的制作材料。黏土的取材方便，主要化学成分是氧化硅和氧化铝。[-page-]
1)搭建骨架：根据模型制作的大小及图样提供的模型尺寸及内部结构，进行内架的搭建，给出模型的基本形体。图2中的件1就是骨架搭建中的支撑物，泥模阳模附着在骨架上。根据强度需要，阳模的内部结构可以用一些木材或钢筋焊接结构，并尽量减少凸超角，便于上泥和刮切。
2)上泥：模型的形体和支撑骨架搭建好后，开始上泥。上泥时，为确保泥和模型初坯的结合强度，选用水雾喷湿骨架，再上一层薄泥，然后再补厚泥。将泥一层层粘于骨架结构上，逐渐增厚，用木槌压实，塑出粗略形态。
3)塑形：利用泥塑刀、刮泥刀和雕塑刀等工具对初泥坯进行塑形。用泥塑刀把黏土表面整平，塑出主要过渡面，用刮刀刮除凸出的多余黏土，补足表面凹洞。反复刮补，后用雕塑刀刻出细节部分，修整。泥坯阳模如图3所示。
泥坯阳模制作完成后，为了避免由于水分的蒸发而产生收缩、龟裂，要间隔一定的时间内模型喷水雾。
2.2 阴模制作
翻制的阴模可以根据实际需要和反复使用阴模频率的不同选用不同的材料，常用的阴模材料主要有树脂和石膏，本模型采用的是热石膏，其主要化学成分是无水硫酸钙，使用熟悉石膏方法简单、可塑性好、成本低，加上一些辅助材料，即可得到需要的石膏阴模。
1)调制石膏浆，在准备好的调制容器里先加清水，后中适量石膏粉，用搅拌工具沿同一方向轻轻搅拌，直到石膏浆有了一定黏度，象乳脂一样即可。
2)刷脱模剂(工业石蜡)，在泥模表面涂刷一两层脱模剂，形成隔离层。
3)浇石膏浆，根据泥模的形态在四周筑模围，完成后进行浇注，由于本模型体积较大，所以进行分块浇注，并在模型受力较大的部位使用钢筋和小木条进行加固。在浇注约1.5cm左右厚时，在石膏浆中加入玻璃丝或者碎麻丝，以增加石膏模的强度。[-page-]
4)脱模，在石膏浆注入大约30min后，进行脱模。挖掉内部的泥模，接近石膏模内壁时，用小木刀挖掉剩泥块，并对内壁进行修补、刷洗、形成阴模。
2.3 正模制作
正模制作的材料主要有：黏土、油泥、发泡树脂、石膏、玻璃钢和硅胶等。玻璃钢分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢，是由玻璃纤维与合成树脂复合而成的材料，俗称玻璃钢(FRP)，它具有机械强度好、粘接性能强、比重小、绝缘性能好、收缩率低、耐腐蚀性好和工艺性能好等优点。制作玻璃钢的常用玻璃纤维有玻璃纤维布和玻璃纤维丝等；常用树脂有环氧树脂、酚醛树脂及不饱和聚酯树脂等。本模型即属于热固性环氧树脂玻璃钢。正模的制作步骤如下。
1)树脂调制：在容器中倒入一定量的合成树脂，加入一定量的钴催化剂(DSTZII)，慢慢搅拌均匀，备用。使用时再加入一定的固化剂(二乙烯三胺DTA)。
2)刷裱树脂：先在石膏模内壁上刷涂2~3遍脱模剂(工业用石蜡)，再将调制好的树脂溶液加入1%~3%固化剂搅拌均匀后，用毛刷均匀地涂刷在脱模表面。涂刷2~3遍后，往胎模上刷裱玻璃纤维布，多次反复，厚度到3mm左右，如图4所示。
3)加固：根据模型的大小即结构特点，在适当的部位用钢筋或木条进行加固，如图4所示。[-page-]
4)固化干燥：完成以上操作后，让其通风干燥，自行固化。大约24h后，用木槌脱去石膏胎模，即可得到各部位玻璃钢模型。
5)合模：将固化干燥后的各模块合模，用调好的树脂对接缝进行粘接处理，得到玻璃钢模型，如图5所示。
2.4 光整加工
1)刮补腻子：调制好腻子，先用稠腻子大面积刮补，修补裂纹等，再用稀腻子进行小面积刮补。如此反复，直到表面平整。
2)打磨：模型表面刮腻子修补后，先使用200目的精砂纸轻轻打磨，再使用400目的细砂纸打磨，还可以进行机械抛光等处理，直到模型表面光滑平顺。
2.5 喷涂与标志处理
1)颜料调制：根据要表达的模型外观效果，在调色卡上选择效果色彩，试喷出一样本，直到调制出满足要求的效果为止。
2)喷底漆：先用吹风机或高压喷枪把表面吹干净，再用喷枪在模型表面喷一薄层灰色底漆，及时发现并修补模型表面的细微瑕疵，晾干后再进行喷涂。
3)喷面漆：在喷完底漆确定模型表面平整光滑后喷涂面漆。每一次喷的很薄，干燥后再次喷涂，多次反复。
4)喷迷彩和标志：用纸胶带贴出喷涂迷彩色的范围，范围之外用覆盖物遮盖，进行喷涂。
5)喷亮光漆：在面漆和各种标志喷涂完毕并干燥后，即喷涂透明亮光面漆，以增加模型的光亮效果。该飞机玻璃钢模型的终效果如图6所示。
3 结 语
本文以玻璃钢复杂产品模型生产为例，系统地介绍了玻璃钢模型制作的工艺流程。介绍了产品样机制作的方法。玻璃钢模型制作的工艺简单、制作设备简单、取材容易，制作成本低、效率高。
