現代の製品の材料を選択するときに尋ねる5つの質問

現在入手可能な材料の膨大な選択肢により、最新の製品に最適な材料を選択するにはいくつかの課題があります。技術と全体的な技術的ノウハウの向上を考えると、どの製品を作成し、どの種類の材料を使用できるかについて、これまでになく多くの可能性があります。

使用するのに最適な材料を選択することは、最新の製品を作成する上で重要なステップです。これまでの課題は、材料の調達、特に手頃な価格の材料、および設計の観点からの技術的限界に集中していました。

それにもかかわらず、現代の建築業者、請負業者、および設計者は、非常に競争の激しい市場で最高の材料を見つけるという任務を負っています。 間違った材料を選択すると、非常に多くのレベルで回復不能な損失が発生する可能性があります。

これは、有望で競争力のある材料ソリューションを探すときに、製品設計者とビルダーが尋ねるべき5つの質問です。

1。素材は軽量でありながら丈夫ですか？

強度は多くの製品で貴重な特性です。 意図的に弱く設計されたものが必要になる状況はほとんどありません。ただし、強度の高い材料は通常、より多くの質量を必要とするため、従来、強度には重量が追加されていました。

今日の世界では、これはもはや標準ではありません。アルミニウム、チタン、マグネシウム合金などの材料はすべて、強度と重量の比率が高いため、高速列車、自家用車、航空機、宇宙船に適した材料になっています。

アルミニウムの引張強度は90MPaで、密度は20°Cでわずか2.7g/cm³です。これらの特性は、その豊富さと低コストと相まって、航空機部品、ヒートシンク、窓枠、建設など、幅広い用途に最適な材料の1つになっています。

将来的には、間違いなくこれらの金属の使用が増え、新しい合金と改良された合金の組み合わせが見られるでしょう。

最近、米国のノースカロライナ州立大学とカタール大学の国際的な研究者チームが新しい資料を作成しました。彼らは、リチウム、マグネシウム、チタン、アルミニウム、スカンジウムを組み合わせて、地球上の他の既知の材料よりも高い強度対重量比を持つナノ結晶合金を作成しました。この合金がコスト競争力のある価格ですぐに利用できるようになれば、陸、海、宇宙旅行、およびその他の多くの有用な用途に使用される新世代の製品の基盤になる可能性があります。

2。材料は生態学的に受け入れられますか？

気候変動と環境悪化の高まりの時代において、生態学的で持続可能な観点から受け入れられる材料を使用することがますます重要になっています。 幸いなことに、いくつかの「環境にやさしい」または「グリーン」な素材があり、それらはすべて好ましい特性を備えています。

グラフェン、アルミニウム、ホウケイ酸ガラスなどの材料はすべて、リサイクル可能であり、製品の使用寿命全体にわたって環境への影響が少ないため、生態学的に望ましいものです。多くの政府がサーキュラーエコノミーを追求する意向を示しているため、世界がサーキュラーエコノミーに移行した場合、これらやその他の「グリーン」な資料はさらに一般的になる可能性があります。

より持続可能な材料とそれに続く製品へのこのシフトは、現代の製品の材料の選択における新たな課題を表していますが、これはかなりの根本的な課題であり、今後ますます重要になります。

3。素材はスタイルを損なうことなく機能しますか？

軽量で丈夫で信頼性の高い素材で作られた製品は、現代的なスタイルのトレンドに適合している場合にのみ価値がある場合があります。倉庫や発電所は見た目に美しい建設や機械をほとんど必要としないため、これは通常、産業用アプリケーションには当てはまりません。

ただし、消費者向けに製造されたものはすべて、引張試験や硬度試験と同様に眼科検査に合格する必要があります。 家電製品、自動車、電子機器、その他の製品は、視覚的に魅力的な素材で作られていない場合、販売されない可能性があります。

4。材料は倫理的な調達を通じて採掘または入手されていますか？

これは、近年、消費者にとってより大きな関心事となっているものです。世界中の製品へのアクセスが増え、情報源情報の可用性が高まるにつれ、倫理的に調達された製品コンポーネントの需要が高まっています。

原材料の採掘の改善によるものであれ、フェアトレードの調達によるものであれ、消費者は自社製品の起源とそれらを構成する材料をよりよく認識しています。

設計者と製造業者は、製品のより倫理的な調達を保証するために、フェアトレードパートナーシップから材料を入手し、環境への影響を低減するマイニングを確実に行う必要があります。生態学的に健全な材料に対する需要の高まりと同様に、倫理的に健全な調達は、単一の材料の直接的な特徴ではなく、使用するのに最適な材料を選択するための全体的なフレームワークです。それにもかかわらず、これは最新の製品の材料を選択する際の最大の課題の1つです。

5。材料はコスト競争力がありますか？

これは、生産者と消費者の両方にとって重要なことです。軽量で、丈夫で、持続可能で、審美的に心地よい素材は、手頃な価格でなければ実現できません。材料は通常、キログラムで測定される体積で販売されるため、関連するコストは、グラフェンや軽量プラスチックよりも鉄や鋼などの重い材料に影響を与えます。

幸い、アルミニウムなどの軽量で丈夫な素材は豊富で比較的安価で、1キログラムあたり0.50米ドル/0.40ユーロ強です。一方、上記のナノ結晶合金のように、強度と重量の比率が同等またはそれ以上の高度に特殊化された、または新しく作成された材料は、法外に高価になる可能性があります。 多くの場合、利用可能な材料のコストを評価することが決定的な要因であり、他のすべての側面は比較的同等です。

適切なバランスを見つける方法

建設や製造の他の多くの側面と同様に、目的の製品ごとに理想的な材料を作成するために、すべてのものが並ぶ中間点またはスイートスポットが必要です。特定のプロジェクトにかなり適している一部の資料は、要件の違いや許容される生態系への影響のレベルの違いにかかわらず、他のプロジェクトには不適切と見なされる場合があります。

たとえば、グラスファイバー樹脂複合材は、強度が高く、船体の小さな亀裂や欠陥をカバーできるため、ボートの建造に最適なオプションです。それでも、同じ材料を鉄道車両で使用すると、より多くのフィッティングオプションが利用できるため、パフォーマンスが大幅に低下します。

上記の5つのガイド質問を使用して、特定の製品やプロジェクトにより適した材料を特定するための初期フレームワークを構築できます。