铝型材在淋浴器工业设计上的应用

陈奕英

厦门松霖科技股份有限公司

1 前言

长期以来，淋浴器主要以铜作为基材制作部件。自2020年开始，大宗原材料的国内国际价格都出现了大幅上涨，铜的价格涨幅甚至超过一倍。面对如今日益激烈的卫浴竞争市场，开发新的可替代材料就有了十分重要的作用。铝型材在形式、配合、功能、外观和成本方面优势，使其作为替代淋浴器部分结构的首选材料。

铝型材在淋浴器工业设计上的应用，近年来多有案例。其应用由最开始的杆件发展到淋浴龙头等主要部件。本文通过介绍国内外典型的铝型材淋浴器工业设计应用，分析铝型材的性能特点，对其在淋浴器上应用的可行性给予研究分析。最后对铝型材在淋浴器上应用的发展前景进行了展望。

2 铝型材的性能特点及优势

今天的设计师能够使用丰富的材料，选择多样的工艺，每种材料和工艺都为设计师提供了独特的设计角度。对于许多应用，铝型材的性能特点优于其他替代材料。

铝型材在性能方面的优势，很多学者都进行了总结。正确认识铝型材的性能特点能为铝型材淋浴器的设计给予帮助。铝的固有优势，包括重量轻、强度重量比高、可成形性和可加工性，可回收性，再加上挤压的工艺优势，为设计师提供了更高的设计自由度。在形式，配合，外观，成本，可持续性方面，铝型材是极佳的选择。

2.1 形式

铝型材可以成型几乎无限多种形式。铝型材设计的灵活性允许将大量功能设计到挤压部件中，从而提高性能、节省二次操作并加快后续组装。铝挤压件的有效设计可以大大简化后续的制造和组装。

2.2 配合

无论铝型材的横截面多么复杂，通过挤压生产的铝构件不需要连接或组装，因此，它比由多个零件组装而成的部件更能保持其完整性。同时，型材可以通过目前使用的所有主要连接方法及紧固件，甚至可以被设计成与其他挤压型材相扣合。

2.3 外观——表面处理多样性

铝独特的性能特点使其适用于许多不同的场景。当暴露在空气中时，铝会立即在金属表面形成一层自然、薄而透明的氧化膜。该膜提供了耐腐蚀屏障。无论何时切割或磨损金属，薄膜都会立即重新形成。对于许多场景的应用，这种坚硬的保护层就能满足铝表面处理的需求。而从淋浴器产品的角度来说，还需要为铝型材添加额外的保护和装饰。选择正确的饰面是此过程中的关键步骤。铝型材目前有数百种不同类型的表面处理，最常用的是如下五个类别：机械饰面；化学饰面；阳极氧化；液体涂料；粉末涂料。

2.4 成本

铝挤压模具相对便宜，交货时间通常较短，便于原型开发、测试和产品发布。

2.5 可持续性

设计师越来越重视可持续性。铝型材是可持续发展的绝佳选择。作为一种金属元素，铝的独特之处在于它可以反复循环使用而不会降低物理性能。自1888年以来，已经生产了超过10亿吨的原铝：其中75%仍在生产中。回收铝仅需要原铝生产所需能量的8%。用铝替代其他材料具有巨大的使用效益，可节省能源并减少CO2排放。这种无限的可回收性，加上重量轻、强度重量比高、耐腐蚀和可成型性，使铝成为许多可持续解决方案的选择。

3 铝型材在淋浴器工业设计中的应用及研究

3.1 杆件

（1）造型上的应用。淋浴器杆件通常包含两个功能：过水和滑座升降的支撑管。扁平化的杆件是近年来淋浴器的流行趋势。铜管是淋浴器杆件常用材料，一般为圆管，采用盘卷式的生产方式。圆管内部过水，圆管本身作为滑座升降的支撑管。扁平化的造型需求，要求杆件截面呈扁方形，且需要凹槽作为滑座滑道。原铜管的生产工艺不易制作有凹凸造型的管材且公差大。铝型材是最好的替代材料。铝型材的挤压工艺特点，使其可以很容易地制作各种复杂的截面。图1为其中一种扁平化淋浴器杆件的造型方式。中间穿管走水路，两侧的凹槽作为滑座的滑道。铝型材的工艺特点，为设计师提供了很大的灵活度。

图1 扁平化淋浴器杆件

（2）功能上的应用。如下是笔者参与的一体式可升降淋浴器的项目。该项目充分利用了铝型材的性能特点，其目的是为用户打造一个定制式淋浴体验。综合雨淋、肩喷、侧喷的淋浴模式，带来多维度的淋浴体验。

产品充分体现“少即是多”的设计理念，用最简洁的线条呈现。产品外观主体为同一的铝型材，利用挤出成型搭配cnc机床加工工艺制作。型材内部包含无极升降模块，过水通道，及特殊的颗粒水花；两段型材通过角度调节模块相连。无极升降模块调节高度300mm，保证不同高度人使用都恰到好处。角度模块0°～60°调节范围，能轻松切换雨淋和侧喷模式（如图2）。

图2 一体式可升降淋浴器

3.2 淋浴龙头

置物淋浴器（PANEL）。常规置物淋浴器龙头外壳采用塑料注塑成型制作，模具成本高，开发周期长，且通用性较差。采用挤压铝材工艺设计制作，能明显避免以上缺点。以笔者所在企业为例，欧洲客户往往不愿承担模具开发费用，订单量较小，对单价要求比较不苛刻（相对美国客户来说）。上述特点如采用传统塑料材料制作PANEL外壳，虽然产品单价低，但企业前期要承担模具开发成本及较长的开发周期，订单量小的情况下经济效益低下。采用铝型材做外壳，可极大压缩模具成本及开发周期，使企业能和客户快速互动，降低企业前期投入成本。在形式、外观，成本，可持续性方面，铝型材都是一个不错的选择。

以一款铝型材置物淋浴器为例。本体通过铝合金型材挤压制作，通用性强，可根据不同的功能定义提供不同尺寸规格；功能键设置采用统一模数，可根据实际需求通过机器加工增减开孔数，无需开发新的模具（如图3）。

图3 铝型材置物淋浴器

本体初步报价挤压模6200元，冲压模16000元，CNC治具1400元，模具费合计23600元。相比塑料外壳动辄几十万的模具成本，铝型材在前期投入的优势上十分明显。

3.3 淋浴器表面处理

（1）阳极氧化。淋浴器铝材外壳，首选阳极氧化表面处理。传统淋浴器在表面处理上以电镀为主。近年因为家居行业的多彩风潮，卫浴类产品也呈现多种“杂色”处理的工艺趋势。阳极氧化工艺能使铝型材保持其金属光泽，同时能提供除镀铬外的几乎所有色彩。同时阳极氧化还可以减少摩擦并增加润滑性，这是装配组件和运动部件的优势，尤其适用于淋浴器的升降杆件。

（2）机械饰面。铝型材可选多种机械饰面效果，包含镜面抛光，拉丝，喷砂等。以喷砂为例，不同粗细的喷砂效果为设计师带来丰富的平面效果表达。

4 铝型材在淋浴器上的应用前景

铝型材在淋浴器上的应用前景，可以从以下几点理解。

（1）智能淋浴器：电子化是淋浴器发展的必然趋势。而铝金属是良好的导电体，阳极氧化涂层是绝缘体。可以考虑将这两种特性的组合应用到淋浴系统中。金属可用于结构和导电目的，而阳极涂层使电路绝缘并保持结构。这简化了电路的物理设计并节省了空间和布线。

（2）成本优势：铝型材在开发周期及前期模具成本优势上十分明显。但铝型材淋浴器外壳在单价上仍高于现有塑料外壳，主要差价在于后期的机器加工费用。设计师和工程师可从此入手，利用铝型材的性能特点，调整现有淋浴器内部水路机构，设计减少机加环节的外壳，提高产品的竞争力。

（3）铝挤压行业的快速发展：由于铝型材的众多优点，其应用领域不断扩大。国外铝型材加工及表面处理方面发展迅速，产品种类较多。而国内虽然也拥有世界顶尖的挤压设备，但由于发展模式限制等因素，可持续发展方面仍有待提高。2015年世界铝业数据表明，全球铝产品只有30%通过水力发电，其中加拿大，俄罗斯和美国75%到100%的铝是通过水力发电，而我国则有约90%的铝是用煤生产的。这需要国家及铝加工行业共同努力。

5 结束语

铝的固有优势，包括重量轻、强度重量比高、可成形性、可精加工性和可加工性，再加上挤压的工艺优势，为设计师提供了更多自由度和多功能性。铝型材在形式、配合、功能、外观和成本方面优势，被越来越多地应用到淋浴器设计中。虽然铝型材还存在一些缺点，但随着技术和工艺的发展，这些问题也会迎刃而解。预计在不久的将来，国内外淋浴器行业对铝的需求量会大大增加。