鋁型材在淋浴器工業設計上的應用

陳奕英

廈門松霖科技股份有限公司

1 前言

長期以來，淋浴器主要以銅作為基材制作部件。自2020年開始，大宗原材料的國內國際價格都出現了大幅上漲，銅的價格漲幅甚至超過一倍。面對如今日益激烈的衛浴競爭市場，開發新的可替代材料就有了十分重要的作用。鋁型材在形式、配合、功能、外觀和成本方面優勢，使其作為替代淋浴器部分結構的首選材料。

鋁型材在淋浴器工業設計上的應用，近年來多有案例。其應用由最開始的桿件發展到淋浴龍頭等主要部件。本文通過介紹國內外典型的鋁型材淋浴器工業設計應用，分析鋁型材的性能特點，對其在淋浴器上應用的可行性給予研究分析。最后對鋁型材在淋浴器上應用的發展前景進行了展望。

2 鋁型材的性能特點及優勢

今天的設計師能夠使用豐富的材料，選擇多樣的工藝，每種材料和工藝都為設計師提供了獨特的設計角度。對于許多應用，鋁型材的性能特點優于其他替代材料。

鋁型材在性能方面的優勢，很多學者都進行了總結。正確認識鋁型材的性能特點能為鋁型材淋浴器的設計給予幫助。鋁的固有優勢，包括重量輕、強度重量比高、可成形性和可加工性，可回收性，再加上擠壓的工藝優勢，為設計師提供了更高的設計自由度。在形式，配合，外觀，成本，可持續性方面，鋁型材是極佳的選擇。

2.1 形式

鋁型材可以成型幾乎無限多種形式。鋁型材設計的靈活性允許將大量功能設計到擠壓部件中，從而提高性能、節省二次操作并加快后續組裝。鋁擠壓件的有效設計可以大大簡化后續的制造和組裝。

2.2 配合

無論鋁型材的橫截面多么復雜，通過擠壓生產的鋁構件不需要連接或組裝，因此，它比由多個零件組裝而成的部件更能保持其完整性。同時，型材可以通過目前使用的所有主要連接方法及緊固件，甚至可以被設計成與其他擠壓型材相扣合。

2.3 外觀——表面處理多樣性

鋁獨特的性能特點使其適用于許多不同的場景。當暴露在空氣中時，鋁會立即在金屬表面形成一層自然、薄而透明的氧化膜。該膜提供了耐腐蝕屏障。無論何時切割或磨損金屬，薄膜都會立即重新形成。對于許多場景的應用，這種堅硬的保護層就能滿足鋁表面處理的需求。而從淋浴器產品的角度來說，還需要為鋁型材添加額外的保護和裝飾。選擇正確的飾面是此過程中的關鍵步驟。鋁型材目前有數百種不同類型的表面處理，最常用的是如下五個類別：機械飾面；化學飾面；陽極氧化；液體涂料；粉末涂料。

2.4 成本

鋁擠壓模具相對便宜，交貨時間通常較短，便于原型開發、測試和產品發布。

2.5 可持續性

設計師越來越重視可持續性。鋁型材是可持續發展的絕佳選擇。作為一種金屬元素，鋁的獨特之處在于它可以反復循環使用而不會降低物理性能。自1888年以來，已經生產了超過10億噸的原鋁：其中75%仍在生產中?；厥珍X僅需要原鋁生產所需能量的8%。用鋁替代其他材料具有巨大的使用效益，可節省能源并減少CO2排放。這種無限的可回收性，加上重量輕、強度重量比高、耐腐蝕和可成型性，使鋁成為許多可持續解決方案的選擇。

3 鋁型材在淋浴器工業設計中的應用及研究

3.1 桿件

（1）造型上的應用。淋浴器桿件通常包含兩個功能：過水和滑座升降的支撐管。扁平化的桿件是近年來淋浴器的流行趨勢。銅管是淋浴器桿件常用材料，一般為圓管，采用盤卷式的生產方式。圓管內部過水，圓管本身作為滑座升降的支撐管。扁平化的造型需求，要求桿件截面呈扁方形，且需要凹槽作為滑座滑道。原銅管的生產工藝不易制作有凹凸造型的管材且公差大。鋁型材是最好的替代材料。鋁型材的擠壓工藝特點，使其可以很容易地制作各種復雜的截面。圖1為其中一種扁平化淋浴器桿件的造型方式。中間穿管走水路，兩側的凹槽作為滑座的滑道。鋁型材的工藝特點，為設計師提供了很大的靈活度。

圖1 扁平化淋浴器桿件

（2）功能上的應用。如下是筆者參與的一體式可升降淋浴器的項目。該項目充分利用了鋁型材的性能特點，其目的是為用戶打造一個定制式淋浴體驗。綜合雨淋、肩噴、側噴的淋浴模式，帶來多維度的淋浴體驗。

產品充分體現“少即是多”的設計理念，用最簡潔的線條呈現。產品外觀主體為同一的鋁型材，利用擠出成型搭配cnc機床加工工藝制作。型材內部包含無極升降模塊，過水通道，及特殊的顆粒水花；兩段型材通過角度調節模塊相連。無極升降模塊調節高度300mm，保證不同高度人使用都恰到好處。角度模塊0°～60°調節范圍，能輕松切換雨淋和側噴模式（如圖2）。

圖2 一體式可升降淋浴器

3.2 淋浴龍頭

置物淋浴器（PANEL）。常規置物淋浴器龍頭外殼采用塑料注塑成型制作，模具成本高，開發周期長，且通用性較差。采用擠壓鋁材工藝設計制作，能明顯避免以上缺點。以筆者所在企業為例，歐洲客戶往往不愿承擔模具開發費用，訂單量較小，對單價要求比較不苛刻（相對美國客戶來說）。上述特點如采用傳統塑料材料制作PANEL外殼，雖然產品單價低，但企業前期要承擔模具開發成本及較長的開發周期，訂單量小的情況下經濟效益低下。采用鋁型材做外殼，可極大壓縮模具成本及開發周期，使企業能和客戶快速互動，降低企業前期投入成本。在形式、外觀，成本，可持續性方面，鋁型材都是一個不錯的選擇。

以一款鋁型材置物淋浴器為例。本體通過鋁合金型材擠壓制作，通用性強，可根據不同的功能定義提供不同尺寸規格；功能鍵設置采用統一模數，可根據實際需求通過機器加工增減開孔數，無需開發新的模具（如圖3）。

圖3 鋁型材置物淋浴器

本體初步報價擠壓模6200元，沖壓模16000元，CNC治具1400元，模具費合計23600元。相比塑料外殼動輒幾十萬的模具成本，鋁型材在前期投入的優勢上十分明顯。

3.3 淋浴器表面處理

（1）陽極氧化。淋浴器鋁材外殼，首選陽極氧化表面處理。傳統淋浴器在表面處理上以電鍍為主。近年因為家居行業的多彩風潮，衛浴類產品也呈現多種“雜色”處理的工藝趨勢。陽極氧化工藝能使鋁型材保持其金屬光澤，同時能提供除鍍鉻外的幾乎所有色彩。同時陽極氧化還可以減少摩擦并增加潤滑性，這是裝配組件和運動部件的優勢，尤其適用于淋浴器的升降桿件。

（2）機械飾面。鋁型材可選多種機械飾面效果，包含鏡面拋光，拉絲，噴砂等。以噴砂為例，不同粗細的噴砂效果為設計師帶來豐富的平面效果表達。

4 鋁型材在淋浴器上的應用前景

鋁型材在淋浴器上的應用前景，可以從以下幾點理解。

（1）智能淋浴器：電子化是淋浴器發展的必然趨勢。而鋁金屬是良好的導電體，陽極氧化涂層是絕緣體?？梢钥紤]將這兩種特性的組合應用到淋浴系統中。金屬可用于結構和導電目的，而陽極涂層使電路絕緣并保持結構。這簡化了電路的物理設計并節省了空間和布線。

（2）成本優勢：鋁型材在開發周期及前期模具成本優勢上十分明顯。但鋁型材淋浴器外殼在單價上仍高于現有塑料外殼，主要差價在于后期的機器加工費用。設計師和工程師可從此入手，利用鋁型材的性能特點，調整現有淋浴器內部水路機構，設計減少機加環節的外殼，提高產品的競爭力。

（3）鋁擠壓行業的快速發展：由于鋁型材的眾多優點，其應用領域不斷擴大。國外鋁型材加工及表面處理方面發展迅速，產品種類較多。而國內雖然也擁有世界頂尖的擠壓設備，但由于發展模式限制等因素，可持續發展方面仍有待提高。2015年世界鋁業數據表明，全球鋁產品只有30%通過水力發電，其中加拿大，俄羅斯和美國75%到100%的鋁是通過水力發電，而我國則有約90%的鋁是用煤生產的。這需要國家及鋁加工行業共同努力。

5 結束語

鋁的固有優勢，包括重量輕、強度重量比高、可成形性、可精加工性和可加工性，再加上擠壓的工藝優勢，為設計師提供了更多自由度和多功能性。鋁型材在形式、配合、功能、外觀和成本方面優勢，被越來越多地應用到淋浴器設計中。雖然鋁型材還存在一些缺點，但隨著技術和工藝的發展，這些問題也會迎刃而解。預計在不久的將來，國內外淋浴器行業對鋁的需求量會大大增加。