ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ. Οικογενειακά δένδρα: οργάνωση υλικών και διεργασιών

Transcript

1 ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Οικογενειακά δένδρα: οργάνωση υλικών και διεργασιών 1

2 Επιτυχημένο προϊόν: Αποδίδει καλά. Καλή αξία σε σχέση με το κόστος. Προσφέρει ευχαρίστηση στον χρήστη.

3 ΥΛΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Τι χρειάζεται να γνωρίζουμε για αυτά αν πρόκειται να σχεδιάσουμε προϊόντα χρησιμοποιώντας τα; Δεν αναζητούμε ένα υλικό, αλλά ένα προφίλ ιδιοτήτων που να ανταποκρίνεται καλύτερα στις ανάγκες σχεδιασμού.

4 ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΟΥ ΕΠΙΛΟΓΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΦΙΝΙΡΙΣΜΑΤΟΣ

5 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ 6 ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ ΥΛΙΚΩΝ: ΜΕΤΑΛΛΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΕΛΑΣΤΟΜΕΡΗ ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΥΑΛΟΙ ΥΒΡΙΔΙΑ/ΣΥΝΘΕΤΑ

6 Τα μέλη της κάθε οικογένειας έχουν κοινά χαρακτηριστικά Παρόμοιες ιδιότητες Παρόμοιες διαδικασίες μορφοποίησης Παρόμοιες εφαρμογές Τα υβρίδια αποτελούν συνδυασμό υλικών από άλλες οικογένειες

7 Παραδείγματα από κάθε οικογένεια υλικών

8 Η κατάταξη του βασιλείου των υλικών και τα χαρακτηριστικά τους. Η επιλογή υλικών μέσω υπολογιστή χρησιμοποιεί λογισμικά που αποθηκεύουν δεδομένα σε μια ιεραρχική δομή όπως αυτή.

9 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Προφίλ ιδιοτήτων υλικού: Σύνολο χαρακτηριστικών του υλικού που περιλαμβάνουν: Ιδιότητες του υλικού Χαρακτηριστικά επεξεργασίας του Περιβαλλοντικές συνέπειες της χρήσης του Αντιπροσωπευτικές χρήσεις

10 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Μέταλλα: Σχετικά υψηλή δυσκαμψία (υψηλό Ε) Καθαρά (απουσία προσμίξεων), μαλακά και εύκολα παραμορφώσιμα (χαμηλό σ y ) Ισχυροποιούνται με την δημιουργία κραμάτων και με μηχανική και θερμική κατεργασία αλλά παραμένουν όλκιμα επιτρέποντας μορφοποίηση Ανθεκτικά με υψηλή αντοχή θραύσης Κ 1C Καλοί αγωγοί ηλεκτρισμού και θερμότητας Χημικά ενεργά (διαβρώνονται γρήγορα αν δεν προστατευτούν)

11 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Κεραμικά (μη μεταλλικά ανόργανα στερεά): Δύσκαμπτα, σκληρά, ανθεκτικά στην χάραξη Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και διάβρωση Τα περισσότερα είναι καλοί μονωτές του ηλεκτρισμού Ψαθυρά με χαμηλό Κ 1C Μικρή ανοχή σε συγκεντρώσεις τάσεων

12 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Ύαλοι (μη κρυσταλλικά άμορφα στερεά): Π.χ. βιοπυρυτική ύαλος (μαγειρικά σκεύη Pyrex) Έλλειψη κρυσταλλικής δομής Μειωμένη πλαστικότητα Σκληροί και ανθεκτικοί σε διάβρωση Άριστοι μονωτές Διαφανείς στο φως Ψαθυροί και ευπαθείς σε συγκεντρώσεις τάσεων

13 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Πολυμερή (οργανικά στερεά αποτελούμενα από μεγάλου μήκους ανθρακικές αλυσίδες): Ελαφρά, χαμηλή πυκνότητα ρ Εύκαμπτα, με Ε 50 φορές μικρότερο των μετάλλων Ισχυρά και λόγω χαμηλής πυκνότητας Μεγάλη αντοχή ανά μονάδα βάρους παρόμοια με των μετάλλων Ιδιότητες που εξαρτώνται από την θερμοκρασία: Ψαθυρό στους -4 0 C Ευλύγιστο σε θερμοκρασία περιβάλλοντος Ελαστικό στους C

14 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Πολυμερή: Εύκολη μορφοποίηση: Απευθείας χύτευση πολύπλοκων σχημάτων Εάν υπολογιστεί με ακρίβεια το μέγεθος του καλουπιού και χρωματιστεί εκ των προτέρων το πολυμερές αποφεύγεται το στάδιο του φινίρισματος

15 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Ελαστομερή Εξαιρετικά χαμηλή δυσκαμψία Μπορούν να επιμηκυνθούν κατά τμήματα πολλαπλάσια του αρχικού τους μήκους και να ανακτούν το αρχικό τους σχήμα όταν αφεθούν ελεύθερα Παρά την χαμηλή τους δυσκαμψία μπορεί να είναι γερά και ανθεκτικά 15

16 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ : Ύβρίδια ή υβριδικά υλικα (συνδυασμός δύο ή περισσοτέρων υλικών): Π.χ. πολυμερή ενισχυμένα με ίνες υάλου ή άνθρακα (GFRP και CFRP), φυσικά υλικά (ξύλο, κόκαλα, δέρμα) Υψηλό κόστος Δύσκολη διαμόρφωση και σύνδεση Επιλέγονται μόνο εάν η αύξηση της απόδοσης δικαιολογεί το πρόσθετο κόστος. 16

17 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ: Διεργασία: Είναι μία μέθοδος μορφοποίησης, σύνδεσης ή φινιρίσματος ενός υλικού. Η επιλογή μιας κατάλληλης σειράς διεργασιών εξαρτάται από τις απαιτήσεις σχεδιασμού: Υλικό κατασκευής Σχήμα, διαστάσεις και ακρίβεια διαστάσεων Αριθμός των παραγόμενων προϊόντων

18 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ: Επιλογή υλικού: Περιορίζει την επιλογή διεργασίας Τα πολυμερή χυτεύονται σε καλούπια Τα όλκιμα υλικά μπορούν να σφυρηλατηθούν (forged), να υποστούν έλαση (rolled) ή ολκή (drawn) Τα ψαθυρά υλικά πρέπει να μορφοποιούνται με άλλους τρόπους. Υλικά τα οποία σε μέτριες θερμοκρασίες τήκονται σε υγρά χαμηλού ιξώδους μπορούν να χυτευθούν

19 Δημιουργία σχήματος Τροποποίηση σχήματος ή ιδιότητας

20 20

21 Η επιλογή διεργασίας περιλαμβάνει το ταίριασμα των χαρακτηριστικών με τις απαιτήσεις του σχεδιασμού

22 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ και ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: Οι διεργασίες κατεργασίας μπορούν να μεταβάλουν τις ιδιότητες ενός υλικού. Μέταλλο Σφυρηλάτηση Σκλήρυνση μετάλλου Αναθέρμανση (Ανόπτηση) Πολυαιθυλένιο Μετατροπή σε ίνες Πενταπλάσια αντοχή Επαναφορά σκληρότητας

23 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ και ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: Φυσικό ελαστικό Βουλκανισμός Γυαλί Ειδική Θερμική κατεργασία Σκλήρυνση ελαστικού Ρητίνη Αλεξίσφαιρο γυαλί Επεξεργασία Σύνθετο υλικό Δέσμες ινών

24 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ: Ραβδογράμματα (bar chart) Διαγράμματα φυσαλίδων (bubble chart) Ραβδόγραμμα: Γράφημα μιας ιδιότητας για όλα τα υλικά Διάγραμμα φυσαλίδων: Συνδυασμός δύο ιδιοτήτων σε ένα διάγραμμα

25 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ: Αποτελούν βασικό εργαλείο κατανόησης & επιλογής. Δίνουν μία γενική εικόνα των φυσικών, μηχανικών και λειτουργικών ιδιοτήτων των υλικών, παρουσιάζοντας τις πληροφορίες με πυκνό τρόπο Αποκαλύπτουν πλευρές της φυσικής προέλευσης των ιδιοτήτων των υλικών Γίνονται εργαλεία βελτιστοποίησης της επιλογής υλικών που πληρούν δεδομένες απαιτήσεις σχεδιασμού Βοηθούν την κατανόηση της χρήσης των υλικών σε υπάρχοντα προϊόντα

26 Ραβδόγραμμα του Μέτρου Ελαστικότητας Δείχνει τις διαφορές στη δυσκαμψία μεταξύ των οικογενειών

27 Παράδειγμα

28 Διάγραμμα φυσαλίδων Μέτρου Ελαστικότητας και Πυκνότητας Λογαριθμική κλίμακα σημαίνει ότι η κλίμακα αυξάνεται κατά σταθερά πολλαπλάσια, συνήθως του 10.

29 Παράδειγμα

30 Διαχείριση πληροφοριών με τη βοήθεια υπολογιστή

31

32