5 ключевых вопросов для руководства выбором материалов для современных продуктов

С огромным выбором доступных сегодня материалов существует несколько проблем в выборе лучших материалов для современных продуктов. Учитывая улучшения в технологиях и общем техническом ноу-хау, существует больше возможностей, чем когда-либо, для того, какие продукты могут быть созданы и какие типы материалов могут быть использованы.

Выбор лучших материалов для использования — критически важный шаг в создании современных продуктов. В прошлом проблемы были более сосредоточены на добыче материалов — особенно доступных — и технических ограничениях с точки зрения дизайна.

Тем не менее, современные строители, подрядчики и дизайнеры сталкиваются с задачей найти лучшие материалы на невероятно конкурентном рынке. Выбор неправильных материалов может привести к невосполнимым потерям на многих уровнях.

Вот пять вопросов, которые дизайнеры продуктов и строители должны задавать при поиске перспективных — и конкурентоспособных — материальных решений.

1. Является ли материал легким но прочным?

Прочность — ценное качество во многих продуктах. Существует очень мало ситуаций, где вы хотели бы что-то спроектированное намеренно слабым. Однако прочность традиционно приходила с добавленным весом, так как более прочные материалы обычно требовали больше массы.

В сегодняшнем мире это больше не норма. Материалы такие как алюминий, титан и магниевые сплавы имеют высокие соотношения прочность/вес, что делает их правильными материалами для высокоскоростных поездов, потребительских автомобилей, самолетов и космических аппаратов.

Алюминий имеет предел прочности на разрыв 90 МПа при плотности всего 2,7 г/см³ при 20 °C. Эти свойства в сочетании с его обилием и низкой стоимостью делают его одним из лучших материалов для широкого спектра применений, включая авиационные детали, радиаторы, оконные рамы и строительство.

Будущее безусловно увидит большее использование этих металлов, а также новые и улучшенные комбинации сплавов.

Недавно международная команда исследователей из Северной Каролины (США) и Катарского университета создала новый материал. Они соединили литий, магний, титан, алюминий и скандий для создания нанокристаллического сплава, который имеет более высокое соотношение прочность/вес, чем любой другой известный материал на планете. Если этот сплав станет легко доступным по конкурентной цене, он может стать основой для нового поколения продуктов для наземного, морского и космического транспорта, а также многих других полезных применений.

2. Является ли материал экологически приемлемым?

В эпоху изменения климата и повышенной экологической деградации использование материалов, приемлемых с экологической и устойчивой точки зрения, становится все более важным. К счастью, существует несколько «экологичных» или «зеленых» материалов, все они обладают благоприятными чертами.

Материалы такие как графен, алюминий и борсиликатное стекло экологически желательны благодаря их перерабатываемости и низкому воздействию на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла продукта. Эти и другие «зеленые» материалы, вероятно, станут еще более распространенными, если мир сместится к круговой экономике, как многие правительства указали намерение следовать этому пути.

Этот сдвиг к более устойчивым материалам и следующим продуктам представляет новый вызов в выборе материалов для современных продуктов, но это значимый и фундаментальный вызов, который станет все более важным впредь.

3. Будет ли материал выполнять функции без ущерба стилю?

Продукты, сделанные из материалов, легких, прочных и надежных, иногда ценны только если они соответствуют современным трендам стиля. Обычно это не الحال для промышленных применений, так как склады и электростанции мало нуждаются в эстетически приятных конструкциях и машинах.

Однако всё, производимое для потребителей, вероятно, должно пройти тест глаз так же, как тесты на прочность и твердость. Бытовые приборы, транспортные средства, электроника и другие продукты с наибольшей вероятностью не продадутся, если они не сделаны из визуально привлекательных материалов.

4. Добывается ли материал или получается через этическое источник?

Это стало более значительной проблемой для потребителей в последние годы. С увеличенным доступом к продуктам из всего мира и увеличенной доступностью информации об источниках, вырос спрос на этически полученные компоненты продуктов.

Будь то через улучшенную добычу сырья или честную торговлю, потребители более осведомлены об происхождении своих продуктов и материалов, из которых они состоят.

Дизайнеры и производители теперь больше чем когда-либо должны обеспечивать, что они получают свои материалы из партнерств честной торговли и добычи с низким воздействием на окружающую среду, чтобы гарантировать более этическое источник для их продуктов. Аналогично увеличенному спросу на экологически безопасные материалы, этически безопасное источник — это меньше прямая черта для любого отдельного материала и больше общая структура для выбора материалов, которые лучше использовать. Тем не менее, это одна из крупнейших проблем в выборе материалов для современных продуктов.

5. Является ли материал стоимостно конкурентоспособным?

Это важно и для производителя, и для потребителя. Легкие, прочные, устойчивые и эстетически приятные материалы неосуществимы, если они недоступны. Учитывая, что материалы обычно продаются по объему, измеряемому в килограммах, связанная стоимость будет сильнее влиять на более тяжелые материалы, такие как железо и сталь, чем на графен или легкие пластики.

К счастью, легкие но прочные материалы такие как алюминий, обильны и относительно недороги по цене чуть более $0,50 USD/€0,40 за килограмм. С другой стороны, высокоспециализированные или недавно созданные материалы с похожими или лучшими соотношениями прочность/вес, такие как вышеупомянутый нанокристаллический сплав, могут быть запретительно дорогими. Во многих случаях оценка стоимости доступных материалов является решающим фактором, все остальные аспекты быть относительно равными.

Как найти правильный баланс

Как и во многих других аспектах строительства или производства, должна быть средняя точка или «сладкое место», где все вещи выстраиваются в линию, чтобы создать идеальный материал для каждого предназначенного продукта. Некоторые материалы, которые довольно подходят для определенных проектов, могут быть признаны неуместными для других, будь то через отличающиеся требования или отличающиеся уровни допустимого экологического воздействия.

Например, композит из стекловолокна и смолы может быть идеальным вариантом для кораблестроения, потому что он прочен и способен замаскировать мелкие трещины и несовершенства в корпусе. Тем не менее, тот же материал работал бы гораздо хуже, если бы использовался в ж/д вагоне, так как доступны более подходящие варианты.

С пятью توجيهовыми вопросами выше вы можете построить начальную структуру для идентификации материалов, которые лучше подходят для ваших конкретных продуктов и проектов.