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文档简介

工业产品造型设计(第2版)主编韩春明第7章工业产品造型材料与工艺7.1概述

7.1概述

7.2产品造型材料

7.3造型材料的处理工艺7.1概述7.1.1产品设计与材料

7.1.1产品设计与材料

7.1.2材料的分类

7.1.3材料的基本性能

7.1.4工业产品造型材料的特殊性能7.1.1产品设计与材料产品设计是具有物质和精神双重功能的造型活动,材料与产品设计的这两大特征都具有密不可分的关系。一方面,材料是实现产品功能的物质载体,材料选择得恰当与否直接影响产品功能实现的可能性、可靠性和经济性;另一方面,在构成产品造型的形、色、质三大感觉要素中,色彩和质感都与材料有着直接关系,因此,材料在赋予产品、体现产品的美学和人文价值方面起着同样的关键作用。7.1.1产品设计与材料图7-1材料与设计7.1.2材料的分类(1)金属材料:材料原子间以金属键相结合,包括金属和以金属为基的合金,常见金属材料如各种钢铁材料、非铁金属材料、铸造合金等。

(2)无机材料:材料原子间以离子键相结合,一般为一种或多种金属与一种非金属元素组成的非碳化合物,最常见的无机材料为各种传统和新陶瓷材料。

(3)有机材料:材料原子间以共价键相结合,主要为各种有机高分子材料,常见的如各种工程塑料、橡胶等。

(4)复合材料:由两种或两种以上的不同材料复合而成,具有任何单一组成材料所无法达到的优异性能,包括无机系、有机系或将两者相互复合而成的材料,常见复合材料如玻璃钢、碳素纤维合金等。7.1.2材料的分类图7-2材料制品类型7.1.3材料的基本性能1.材料的性能性能是一种参量,用于表征材料在给定外界条件下的行为,即材料的性能受到外界条件的制约。

2.材料的一般性能

(1)材料的力学性能

(2)材料的物理化学性能7.1.4工业产品造型材料的特殊性能(1)感觉物性:这是指通过人的感知系统对材料产生的综合印象,包括人的感觉系统因生理刺激对材料作出的反应,或由人的知觉系统从材料表面得出的信息。7.1.4工业产品造型材料的特殊性能图7-3材料的感觉物性(2)加工成形性:工业设计是建立在机器化大生产的前提和基础上的,产品设计也只有通过对特定材料的加工成形,才能赋予其物质和精神功能。工工业业产产品品造造型型材材料料的的特特殊殊性性能能(3)表表面面工工艺艺性性::工工业业产产品品加加工工成成形形后后,,一一般般都都需需要要对对基基体体材材料料进进行行表表面面处处理理,,其其目目的的是是改改变变材材料料表表面面的的物物化化特特征征,,提提高高装装饰饰效效果果,,保保护护产产品品,,延延长长使使用用寿寿命命等等,,根根据据造造型型材材料料的的性性质质和和产产品品的的使使用用环环境境正正确确选选用用表表面面处处理理工工艺艺和和面面饰饰材材料料,,是是提提高高工工业业产产品品外外观观质质量量的的决决定定性性步步骤骤。。(4)环环境境耐耐候候性性::工工业业产产品品是是在在多多种种多多样样的的环环境境下下使使用用,,有有室室外外和和室室内内、、寒寒带带和和热热带带、、高高空空和和地地面面、、内内陆陆地地区区和和沿沿海海地地区区等等。。(5)环保性性能:绿色设设计作为工业业设计的一个个发展趋势,,近年来越来来越引起人们们的关注,国国际市场上已已开始出售印印有“eco—mark”生态标志志的商品,如如废塑料的再再生制品、婴婴儿尿布、再再生纸的购物物袋和包装等等。工工业产品造造型材料的特特殊性能7M4.TIF工工业产品造造型材料的特特殊性能7M5.TIF7.2产品品造型材料金工其其他造型材材料金金属材料1.金属材料料的特性及其其分类(1)金属材材料的一般性性质:金属材材料是工业产产品设计中使使用最为广泛泛的材料之一一,具有其他他材料所无法法获得的下列列优异性能。。(2)金属材材料的分类2.常用金属属材料(1)钢铁材材料:钢铁材材料是在工业业产品中应用用最为广泛的的金属材料,,产量约占金金属材料总量量的90%以以上。金金属材料图7-6碳碳素结构钢制制品金金属材料图7-7碳碳素工具钢制制品金金属材料图7-8合合金结构钢、、工具钢a)低合金高高强度钢桥梁梁b)合金金调质钢齿轮轮c)合金金工具钢刀具具7M9.TIF金金属材料7M10.TIF(2)非铁金金属及其合金金金金属材料7M11.TIF金金属材料7M12.TIF金金属材料图7-13铝铝合金a)铸造铝合合金制品b)防锈铝合合金易拉罐c)变形铝铝合金机车金金属材料图7-14铜铜合金五金金件金金属材料图7-15表表面镀钛合金的相机制制品工工程塑料1.工程塑料料的特性及其其分类(1)工程塑塑料的一般性性质:塑料与与其他造型材材料相比,具具有以下优点点:(2)工程塑塑料的分类::塑料的种类类繁多,性质质与用途也各各有特色,通通常按照塑料料的成形性可可分为热塑性性塑料和热固固性塑料两大大类。2.常用工程程塑料(1)热塑性性塑料:热塑塑性塑料的品品种很多,常常用的有聚乙乙烯、聚丙烯烯、聚氯乙烯烯、聚苯乙烯烯、聚甲基丙丙烯酸甲酯(有机玻璃)、ABS工工程塑料、聚聚酰胺(尼龙龙)、聚四氟氟乙烯等。(2)热固性性塑料:常用用的热固性塑塑料主要有酚酚醛树脂、环环氧树脂、不不饱和聚酯等等。(3)复合塑塑料:其属于于复合材料,,由作为基体体材料的塑料料和作为增强强材料的玻璃璃纤维、碳纤纤维、金属纤纤维等复合而而成。工工程塑料7M16.TIF工工程塑料7M17.TIF工工程塑料图7-18聚聚苯乙烯制制品工工程塑料图7-19聚聚氯乙烯制制品工工程塑料7M20.TIF工工程塑料7M21.TIF工工程塑料7M22.TIF工工程塑料7M23.TIF工工程塑料7M24.TIF工工程塑料7M25.TIF其其他造型材材料1.陶瓷它它又称为无无机非金属固固体材料。1)日用和建建筑陶瓷按其其吸水率和规规格质量的不不同可分为陶陶器、炻器和和瓷器三种,,其中陶器和和炻器外观质质量相对较低低,耐水性和和耐候性较好好,一般用作作餐具、卫生生陶瓷和外装装修用瓷砖。。2)化工陶瓷瓷具有优异的的耐蚀性和耐耐磨性,不污污染介质。3)结构陶瓷瓷具有优异的的耐磨性、耐耐蚀性、耐热热性以及弹性性模量和高温温强度大的特特性。其其他造型材材料图7-26陶陶瓷制品a)结构陶瓷瓷制品b)功能陶瓷及及其应用4)功能陶瓷瓷是指利用陶陶瓷材料特有有的对力、热热、光、电、、磁、声等其其他造型材材料敏感的特性而而开发的性能能和用途多样样的新型陶瓷瓷材料,如压压电陶瓷、超超导陶瓷、光光学陶瓷、生生物陶瓷等。。2.玻璃玻玻璃是工业产产品中常用的的造型材料。。1)容器玻璃璃按其用途可可分为瓶罐玻玻璃和器皿玻玻璃。2)装饰玻璃璃按其外观特特性和加工工工艺可分为单单光玻璃、镜镜面玻璃、磨磨砂玻璃、压压花玻璃、喷喷花玻璃、彩彩色玻璃等,,主要用于门门窗、镜子以以及各种需要要装饰性效果果的场合。3)钢化玻璃璃的抗弯、抗抗冲击、抗扭扭曲变形能力力都大大高于于普通玻璃,,又兼具普通通玻璃良好的的光学特性。。4)微晶玻璃璃的热膨胀系系数接近于零零,能经受温温度的急剧变变化,能透过过微波。5)泡泡沫玻玻璃热热导率率低,,不燃燃,隔隔热隔隔声性性能优优异,,加工工性能能良好好。其其他造造型材材料6)光光学玻玻璃具具有满满足各各种不不同要要求的的光学学常数数,高高的透透明性性、物物化均均匀性性和化化学稳稳定性性。7)铅铅玻璃璃具有有较高高的光光色散散的能能力,,能吸吸收X射线线和γγ射线线,主主要用用于起起屏蔽蔽辐射射作用用的观观察窗窗口、、荧光光灯外外壳、、电视视机显显像管管等。。7.3造造型材材料的的处理理工艺艺成成形工表表面处处理工工艺成成形工工艺1.金金属的的成形形工艺艺(1)金属属的加加工成成形方方法::金属属的加加工成成形方方法可可分为为固体体成形形和液液体成成形两两大类类,具具体分分类如如下::(2)典型型成形形工艺艺成成形工工艺图7-27铸铸造工工艺过过程成成形工工艺图7-28压压力成成形工工艺2.塑塑料的的成形形工艺艺(1)塑料料的加加工成成形方方法::同金金属材材料相相比,,塑料料的加加工成成形性性能更更为优优异,,易于于成形形各种种具有有复杂杂外观观造型型的制制品。。(2)典型型成形形工艺艺成成形工工艺图7-29注注射工工艺及及其制制品成成形工工艺图7-30吹吹塑成成形及及其制制品表表面处处理工工艺1.材材料的的表面面装饰饰与处处理(1)材料料表面面处理理的功功效::工业业产品品造型型的材材料种种类很很多,,其表表面处处理和和装饰饰技术术更是是千差差万别别。(2)表面面处理理与装装饰技技术的的分类类:表表面处处理与与装饰饰技术术按照照工艺艺特点点、功功能目目的和和作用用机制制,可可分为为表面面精整整加工工、表表面改改质处处理和和表面面被覆覆处理理三种种类型型。表表面处理理工艺表7-1表面面处理与与装饰技技术2.金属属材料的的表面装装饰工艺艺(1)金金属材料料的表面面精整加加工:其其主要目目的是提提高金属属产品的的表面质质量和降降低表面面粗糙度度值而产产生高光光效果,,或者形形成金属属制件表表面的凹凹凸文字字、标志志和纹理理等,也也常用作作产品实实施电镀镀、涂装装工艺前前的预处处理。表表面处理理工艺(2)金金属材料料的表面面改质处处理:其其主要目目的是改改善金属属的表面面性质,,提高其其耐腐蚀蚀、耐磨磨等性能能,或者者用于对对金属进进行着色色处理,,也可用用作产品品电镀、、涂装前前的预处处理。(3)金金属材料料的表面面被覆处处理:其其主要目目的是改改善金属属表面性性质,赋赋予金属属表面层层其基体体金属所所不具备备的特殊殊机能。。表表面处理理工艺7M31.TIF表表面处理理工艺7M32.TIF表表面处理理工艺3.塑料料的表面面装饰工工艺塑塑料制品品的表面面装饰工工艺可分分为一次次装饰和和二次装饰饰。(1)塑塑料着色色:它是是在塑料料原料中中加入普普通或特特殊染料料,并在在塑料成成形过程程中就可可直接实实现的装装饰工艺艺,是塑塑料制品品最常采采用的表表面装饰饰工艺。。表表面处理理工艺图7-33荧荧光着色色塑料棒棒(2)塑塑料的表表面被覆覆工艺::塑料制制品和金金属制品品一样,,表表面处理理工艺可通过电电镀和化化学镀等等方法在在其表面面生成金金属镀膜膜,以获获得金属属质感的的装饰效效果,并并提高其其导电性性、耐热热性、耐耐磨性和和力学性性能。1.工业业产品造造型材料料应具备备的特殊殊性能有有哪些??它们对对产品设设计各有有何影响响?2.试比比较金属属和塑料料材质的的异同点点及其在在产品设设计中的的应用范范围。3.塑料料的成形形工艺有有哪些??各有何何特点??分别适适用于何何种造型型的产品品?4.造型型材料的的表面装装饰与处处理技术术有哪些些?试从从同质异异感和异异质同感感的角度度分析产产品材料料与质感感的关系系。5.选择择一种工工业产品品,试从从产品造造型、材材料、结结构、成成形和表表面装饰饰工艺诸诸角度探探讨其形形态与选选材的内内在关系系,并提提出改进进设想。。第8章工工业产产品设计计的方法法和程序序8.1概概述8.2设设计思思维8.3设设计流流程8.4设设计方方法8.1概概述设设计与设设计方法设设计空间间设设计与设设计方法法1.设设计(1)设设计的类类型:不不同类型型的设计计工作所所要达到到的目标标、要求求及条件件各不相相同,通通常把设设计分为为三种类类型。(2)设设计问题题的解决决模式::设计可可视为问问题求解解的过程程,设计计问题的的求解一一般有三三种模式式。2.设设计方法法设计计方法是是指设计计过程中中所采用用的方法法,是按按照一定定步骤进进行的程程序。(1)直直觉设计计阶段::该阶段段设计体体现为一一种个体体的、盲盲目的、、试验性性的活动动,是一一种周期期性长,,把握性性小且具具偶发性性的自发发设计方方法。设设计与设设计方法法(2)经经验设计计阶段::这一设设计阶段段主要参参考现有有产品图图样和手手册中的的经验数数据进行行设计,,需经多多次试制制才能投投入生产产,因而而产品开开发周期期长,且且一般只只能用于于对现有有产品进进行局部部革新设设计,不不能突破破常规进进行创造造性设计计。(3)中中间试验验辅助设设计阶段段:这一一设计阶阶段中采采用局部部试验,,模拟试试验等辅辅助手段段的设计计方法,,能有效效缩短设设计周期期。(4)计计算机辅辅助设计计阶段::这一设设计阶段段中引入入计算机机辅助设设计技术术,能实实现产品品的设计计、试验验和生产产的一体体化,通通过动态态的模拟拟和仿真真对设计计中的问问题进行行及时反反馈,设设计效率率和质量量显著提提高。设设计与设设计方法法图8-1设计计空间设设计与设设计方法法(5)现现代设计计法设计计阶段::这一设设计阶段段中引入入系统论论、控制制论、信信息论、、智能论论、模糊糊论等科科学方法法论,作作为指导导设计的的一般规规律、原原则和方方法,使使设计的的稳定性性、复杂杂性、准准确性和和快速性性都有质质的飞跃跃。设设计空间间设计方法法研究与与设计活活动有关关的各个个层面,,涉及范范围极其其广泛,,通常可可用设计计空间来来定义设设计方法法的研究究内容和和范畴。。如图图81所示,由由设计思思维构成成的逻辑辑维、设设计流程程构成的的时间维维和设计计方法构构成的方方法维组组成三维维的设计计空间,,设计过过程中的的每一个个行动都都对应于于设计空空间中的的一个点点,相应应的设计计方法学学也从设设计思维维、设计计流程和和设计方方法三个个方面对对设计过过程加以以指导。。8.2设设计思思维创创造性思创创造法则则创创造性思思维1.创创造性思思维它它又称变变革性思思维,是是以各种种智力和和非智力力因素为为基础,在创造造活动中中表现出出的具有有独创性性的、产产生新成成果的高高级、复复杂的思思维活动动,是整整个创造造活动的的实质和和核心。。创创造性思思维图8-2创造造无处不不在2.创创造性思思维的形形式创创造性思思维不是是单一的的思维形形式,而而是多种种思维形形式的协协调统一一。创创造性思思维(1)逻逻辑思维维和形象象思维::逻辑思思维是在在认识过过程中用用反映事事物共同同属性和和本质属属性的概概念作为为基本思思维形式式,在概概念的基基础上进进行判断断、推理理,反映映现实的的一种思思维方式式。(2)直直觉思维维和灵感感思维::直觉思思维是指指以少量量的本质质性现象象为媒介介,不经经过逻辑辑推理而而直接把把握事物物本质与与规律的的思维形形式,具具有直觉觉性的特特征。(3)发发散思维维和收敛敛思维::发散思思维又称称求异思思维,是是以某一一思考对对象为出出发点,,沿着不不同方向向,多角角度、多多层次向向外辐射射展开设设想,以以期获得得新的构构思和突突破的思思维形式式。(4)分合合思维和逆逆向思维::分合思维维是将思考考对象加以以分解或合合并,以产产生新思路路、新方案案的思维形形式。8.2.2创造法法则图8-3综综合法则则1.综合合法则在在分析设计计对象的各各个构成要要素的基础础上加以综综合,融合合多学科知知识和多种种设计技术术为一体而而产生创新新成果的创创造法则。。8.2.2创造法法则2.还原原法则排排除设计物物现有方案案、原理和和结构的影影响,返回回设计的初初始状态,,抽取设计计对象的最最本质功能能,集中研研究其实现现手段和方方法的其他他可能性,,以获得技技术原理完完全不同的的革新成果果。图8-4还还原法则则a)滚筒洗洗衣机b)波轮洗洗衣机c)坚果““E—洗机机”d)空气洗涤涤洗衣机8.2.2创造法法则3.移植植法则运运用移植原原理,把其其他对象的的概念、原原理和方法法应用于设设计对象的的创造法则则,能促进进设计对象象间的渗透透、交叉和和综合,使使设计在现现有材料、、技术的基基础上获得得意想不到到的设计效效果。(1)原理理移植:这这是将某一一事物的原原理移植运运用到另一一事物上,,从而创造造出新产品品。(2)结构构移植:这这是把某个个产品的结结构不经实实质性的改改进,移植植到其他产产品上。(3)材料料移植:这这是将某一一用途的材材料移植到到其他物体体上,产生生新的效果果,就是材材料移植。。(4)方法法移植:这这是将某一一领域中的的有效方法法移植到另另一领域中中去,从而而解决此领领域中的问问题。8.2.2创造法法则图8-5移移植法则则——原理理移植8.2.2创造法法则图8-6移移植法则则——材料料移植4.对应应法则依依据事物间间在形态和和功能上普普遍存在的的对应性,,运用相似似、模拟等等师法自然然手段获得得技术思想想、设计原原理、外观观造型的创创造法则。。8.2.2创造法法则图8-7对对应法则则5.离散散法则这这是将现有有设计对象象的构成要要素、功能能或形式予予以分离,,以产生新新的设计概概念和构想想的创造法法则。6.组合合法则这这是将一种种或多种产产品的构成成要素、技技术原理、、结构形式式等进行适适当组合,,以形成新新方案、新新产品的创创造法则。。8.2.2创造法法则图8-8组组合法则则7.强化化法则针针对现有设设计对象的的主要功能能和技术特特点加以突突出、强化化或扩充,,以产生具具有量变或或质变的革革新产品。。8.2.2创造法法则8.换元元法则换换元法则又又称替换法法则,是将将设计对象象分解为若若干设计要要素后,对对其中的一一个或多个个元素的材材料、工艺艺、形态、、色彩、原原理、结构构等使用其其他可行方方式进行置置换而产生生新构思的的创造法则则。图8-9换换元法则则8.2.2创造法法则9.逆反反法则此此法则是通通过反转常常规的设计计思路,从从相反方向向考虑设计计对象的原原理、模式式、顺序和和因果关系系,或在结结构、形态态上作正反反、上下、、里外的颠颠倒处理,,以产生新新颖而巧妙妙的设计构构思。图8-10逆向思思维8.3设设计流程8.3.1设计的的思维进程程8.3.2设计程程序8.3.1设计的的思维进程程(1)分析析:分析即即设计问题题的认识和和定义阶段段,是把设设计问题基基于系统性性的考虑,,将设计问问题分解为为各个要素素的阶段,,包括开展展设计调查查、明确设设计要求、、制订设计计规划、搜搜集设计资资料等具体体环节。(2)综合合:综合即即设计展开开阶段,是是将分解的的各设计要要素用新的的方式重新新组合建构构的阶段,,包括展开开设计构想想、综合原原理解答方方案、转换换功能结构构等具体环环节。(3)评价价:评价即即设计收敛敛阶段,是是对综合阶阶段形成的的各种可行行性解决方方案进行检检验和评估估,分析其其优缺点,,实现设计计目标的程程度和经济济性等,为为设计决策策提供依据据。(4)决策策:决策即即设计决定定阶段,是是根据使用用条件、要要求和设计计评价的结结果,选定定最终解决决方案的阶阶段。8.3.2设计程程序1.设计计规划阶段段这一阶阶段要了解解设计对象象的用途、、功能和造造型的要求求及使用环环境等;调调查国内外外同类产品品或近似产产品的功能能、结构、、外观、价价格和销售售情况等;;搜集与设设计对象有有关的信息息资料,掌掌握其结构构和造型的的基本特征征;分析市市场的发展展趋势,调调查各类顾顾客和消费费者对此类类产品的需需求及其消消费心理、、购买的动动机和条件件等。8.3.2设计程程序表8-1设设计要求求表2.设计计分析与构构想阶段通通过设计计准备阶段段的调查和和设计预测测而进入设设计初步构构想的阶段段。8.3.2设计程程序表8-2功功能分析析卡片表8-3结结构分析析卡片表8-4材材料分析析卡片8.3.2设计程程序表8-5设设计构想想表3.方案案设计阶段段从自然然科学原理理和技术效效应出发,,对构思和和草图阶段段产生的备备选方案和和设计草图图进行评估估,通过优优化筛选,,找出最适适宜于实现现预定设计计目标的原原理方案。。4.深入入设计阶段段该阶段段是将功能能原理方案案具体转化化为零部件件和产品合合理结构配配置的过程程。8.3.2设计程程序5.施工工图设计阶阶段施工工图设计阶阶段是方案案设计的具具体化和标标准化的过过程。8.4设设计方法8.4.1设计调调查方法8.4.2设计构构想方法8.4.3设计评评价方法8.4.1设计调调查方法1.设计计调查方法法(1)询问问调查法::又称为问问卷调查法法,是设计计师通过询询问方式搜搜集设计信信息资料的的方法。(2)观察察调查法::这是调查查者在现场场观察、记记录用户对对某一产品品在使用时时的评价和和意见的调调查方法。。(3)试验验调查法::这是在给给定的限制制条件下,,通过控制制某些相关关参数,以以观察用户户反应以及及某些市场场变量之间间因果关系系的调查方方法。(4)抽样样调查法::这是按照照一定的规规则,从被被调查的对对象总体中中,抽取部部分具有代代表性的对对象作为样样本进行调调查,并通通过样本的的调查结果果推断总体体性质的调调查方法。。8.4.1设计调调查方法2.问卷卷设计技术术问卷调调查是使用用最广泛的的设计调查查方法之一一,问卷内内容设计得得好坏直接接关系到调调查资料的的有效性、、可靠性和和准确性。。(1)二项项选择法::又称是非非法,让调调查对象在在“是”与与“非”、、“好”与与“坏”等等对立选项项中加以选选择。(2)多项项选择法::调查者预预先提供多多项备选答答案,让调调查对象选选择一项或或多项的方方法,这种种方法能克克服二项选选择法的强强制选择的的缺点。(3)自由由回答法::调查者只只提出预先先拟订的调调查问题,,不给出备备选答案,,调查对象象不受任何何限制,可可自由表述述意见。(4)顺位位法:在若若干可供选选择的项目目中,让调调查对象按按重要程度度进行排序序。设设计调查方方法(5)图解评评价法:这是是将某一调查查项目按照程程度划分为以以数字标示的的若干等级,,让调查对象象选取一个数数值以对评价价目标进行定定量分析。(6)项目核核对法:此法法是使用多个个项目的图解解评价法,列列出产品的各各种特征,征征询调查对象象的意见。设设计构想方方法1.自由联联想法(1)智力激激励法:智力力激励法又称称奥斯本智暴暴法、头脑风风暴法等,是是一种多人参参与以激发群群体智慧的设设计构想方法法。(2)戈登法法:这是智力力激励法最主主要的变种技技法,其方法法和程序与后后者大致相同同,最大的区区别在于问题题提出的方法法不同。(3)635法:这是是常用的激发发群体智慧的的设计构想方方法。2.观察分析析法(1)属性列列举法:属性性列举法是通通过遍历设计计对象相关之之属性,进而而探求改进方方向的设计分分析方法。(2)缺点列列举法:缺点点列举法是从从改进设计的的直接诱因出出发,通过分分析现有产品品的缺陷或不不足寻求产品品改进方向的的设计分析方方法。设设计构想方方法图8-11缺缺点列举法法(3)希望点点列举法:常常用于对功能能和技术已经经较为成熟的的产品进行改改型或换代的的设计,是通通过对现有产产品提出新的的希望或理想想,进而探求求解决新的设设计问题和改改善设计对策策的分析技法法。设设计构想方方法表8-6属属性列举法表8-6属属性列举法3.强制联联想法(1)焦点法法:焦点法是是以特定的设设计结果为思思考的焦点,,不受限制地地进行发散联联想,然后强强制性地把

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