diseno y materiales
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DiseñoMateriales y
ó diseño y materiales(el orden no altera el producto)
Nuevas tecnologías
Nuevos materialesEstructuraFunciónCompuestosMulti-materiales
Nuevos procesosFormadoUniones
Superficies
Nuevos productosMenor pesoMenor costoMayor ciclo de vidaNuevas funcionesMenor impacto ambientalApariencia visualApariencia táctil
El rol de la ciencia
Briefing de diseño
Concepto
Desarrollo
Detalle
Especificaciones del producto
Producción, Uso y Residuo
Pro
ceso
de
dise
ño
100,000 materiales
Límites en atributos mecánicos, térmicos y otros:10-50 materiales
De acuerdo a su desempeño reducir una lista corta5-10 materiales
Prototipado virtual y real, AEF, CAD y modelos físicos
1 o 2 materiales
Dise
ño
técn
ico
100,000 materiales
Estética deseada, percepciones y asociaciones10-50 materiales
Exploración en colecciones de muestras y en otros productos5-10 materiales
Prototipado de superficies en renders 3D, prototipado rápido, modelos tradicionales
1 o 2 materiales
Dise
ño
ind
ustrial
Materiales en el proceso de diseño
CompositesSandwiches
HíbridosEstructuras segmentadas
Espumas
PE, PP, PETPC, PS, PEEKPA (nylons)
PolímerosPoliéstersFenólicosEpóxicos
IsoprenoNeopreno
Caucho natural
ElastómerosCaucho sintético
SiliconasEVA
Cristales de sodaBorosilicatos
Caucho natural
CristalesCristal sílico
Cristales-cerámicos
AluminasCarburos de silicio
CerámicosNitritos de silicio
Zirconias
AceroAleaciones de AlCaucho natural
MetalesAleaciones de Cu
Aleac. de ZnAleac. de Ti
Menú de materiales
Clasificación de materiales (Di)
Materiales metálicos (Acero hierro,fundición, aluminio, estaño, plomo, etc.)
Materiales pétreos y cerámicos No aglomerantes (Rocas, arena, grava) Aglomerantes (Cemento, yeso, mortero, hormigón) Cerámicos (Arcilla, barro, loza, refractario, gres y porcelana) Vidrio
Fibras textiles Vegetal (Algodón, lino, papel) Animal (lana, seda, cuero) Mineral (Amianto, oro, plata, cobre) Sintéticas (Rayón, lycra)
Madera Dura (Haya,roble, cerezo, caoba) Blandas (Pino, abeto, chopo) Prefabricadas (Contrachapado, aglomerado, MDF) Celulósicos (Papel, cartón, cartulina) Corcho
Plásticos Termoplásticos (PET, PVC, PE, PS, PMMA, etc.) Termoestables (PU, Melamina) Elastómeros (TPO, caucho, látex)
Compuestos (Fibra de vidrio, ablativos)
Clasificación de materiales
Clasificación de materiales basada en el una concepción científica de la naturaleza de los átomos que contienen y la cohesión entre ellos. La columna final muestra una lista de posibles atributos para un material específico
Familia
MetalesPolímerosCerámicosComposites
Clase
ElastómerosTermoplásticosTermoestables
Miembro
ABSPoliamidaPolicarbonatoPolietilenoPolipropilenoPoliestirenoPoliuretanoPTFEPVC
Perfil técnico
Propiedades físicasPropiedades mecánicasPropiedades térmicasPropiedades eléctricasPropiedades ópticasEco-propiedadesPropiedades de procesoPropiedades acústicasPropiedades tactiles
Caracterización del PP
Propiedades físicasDensidad, kg/m3
Propiedades mecánicasMódulo elástico, GPaMódulo a cedencia, MPaMódulo a tracción, MPaMódulo a compresión, MPaElongación, %Límite de fatiga, MPaDureza, Vickers
Propiedades térmicasTemperatura máxima de uso, ºCConductividad térmica, W/m*CExpansión térmica, /C*10-6
Temperatura de molde, ºC
Propiedades eléctricasConstante dieléctricaPérdida dieléctrica, %Resistencia, ohm*cm
900-910
1.14-1.5531-3533-3637-45100-35010-1111-159.2-11
90-1050.11-0.12145-180210-250
2.2-2.30.05-0.083.1022-3.1023
Fecha
Imp
ort
anci
a re
lati
va
Metales
Polímeros y elastómeros
Cerámicos yvítreos
Compuestos
Oro
CobreBronce
Hierro
Acero
Aleaciones de acero
Aleaciones ligeras
Super aleaciones
TitanioZirconiaetc
Metales cristalinosAl-Li
Aceros de fase dualAceros microaleados
Nuevas super aleaciones
Lento desarrollo:Mejora en la calidad,control y procesamiento
MaderaPielesFibras
Adhesivos
Caucho
Bakelita
Nylon
PE PCPMMA PS
PP
Acrílicos
Epóxis
Poliesteres
Pollímeros de alto módulo
Pollímeros de alta temperatura
Papel
GFRP
CFRP
Kevlar-FRP
Compuestos Metal-matriz
Compuestos Cerámicos
Piedra
Cerámica
Vidrio
Cemento
Refractarios
Cemento portland Sílica
fundida Pyro-cerámica
Cerámica de ingeniería
Evolución histórica de los materiales
MaterialTimeline
From pre-historic times to the present National Academy of Engineering (US) and‘Lightness: The Inevitable Renaissance of Minimum Energy Structures’Ed van Hinte & Adriaan Beukers010 Uitgeverij, 1998
Source:
70 — INGREDIENTS NO. 2 INGREDIENTS NO. 2 — 71
Línea de tiempo de
uso de los materiales
De la prehistoria al presente
Metales
Madera
Otros naturales
Cerámicos
Vidrio
Plásticos
Composites
Importancia relativa
Fuente: Academia Nacional de Ingeniería (US)
Traducción: Alberto Rosa Sierra, CA_381, UdeG
Herramientas
de piedra
Terracota
Arcilla
Primeros textiles
Herramientas
de pedernal
Anzuelos
de hueso
Grasa
animal
Cobre
Latón
Oro
Loza de barro
500,000 AC 5000 AC 1000 AC 0 1000 1500
Carpintería
Concreto
Seda
Níquel
Bronce
Aceites
vegetales
Papiro
Cáñamo
Vidrio Hierro
Hule natural
Ladrillo
Chapa
Acero Carbón
Vidrio soplado
Pergamino
Plomo
Papel
Imanes
Porcelana
Mercurio
PetróleoLoza de China Yeso
Platino
Tungsteno
Molibdeno
1975 20001950192519001800
Grafito
Magnesio
Zirconia
Aluminio
TriplayCemento
Portland
Electromagnetos
Caucho vulcanizado
Plástico
sintético
Titanio
Baquelita
Fibra
sintética
Acero
inoxidable
Vidrio de
borosilicato
Caucho sintético
Poliestireno (PS)
Polietileno (PE)
Poliamida (PA)
Fibra de Vidrio
Super-aleaciones
basadas en Níquel
Poliesteres (PE)
PET
Acrílico
Aramidas
Siliconas
HDPE
Triplay
curvado
Plástico biodegradable
Plástico de
almidón (PLA)
Transistor molecular
Piel sintética
Nanotecnología
Imanes de tierras raras
SuperconductoresPoliuretano (PU)
Polipropileno
ABS
Aleaciones de
metales amorfos
Aleación NiTi
Vidrio flotado
Fibra de Ca
Cristal
de Silicio
Interacción producto-medio ambiente
Incremento en la educación
Diseño industrialNuevas tecnologías
Reuso al alzaMas largo el ciclo de vida
Miniaturización
Nuevas funcionalidades
Mejora en el reciclaje Crecimiento poblacional
Incremento en el nivel de salud
Mejora en la calidad de vida
Consumo de energía
Gran requerimiento de nvos. materiales
Consumo de materiales
Energía consumida en los productos
ProducciónManufactura
Uso Residuo
Silla sencilla de madera
Bicicleta
Automóvil sedán
Aspiradora Dyson
Relación producción-energía
El problema de la selección de materiales
Proceso
Función
FormaMaterial
Selección de materiales determinada por la función
Proceso
Función
Forma
MaterialFamilia de materiales, clases, sub-clases y
miembros
Atributos del material
Límites del material
Todos los materiales
Trasladar los requerimientos de diseñoExpresados como funciones, objetivos y
variables independientes
Filtrar usando límites Eliminar los materiales que no se ajusten
al desempeño deseado
Clasificar usando objetivos Listar los materiales que cumplen
mejor el desempeño deseado
Elección final
Obtener información de soporteInvestigar la historia de los materiales que
mejor hemos clasificado
Estrategia para selección de materiales
Un ejemplo: Diseño de un sacacorchos 1
Cinco conceptos, siguiendo principios físicos, que
cumplen con nuestras necesidades
Principios de trabajo para los tres primeros conceptos
mostrados arriba
Un ejemplo: Diseño de un sacacorchos 2
Generarfuerza
Transmitirfuerza
Aplicar fuerzaal corcho
Presión del gas
Mecanismo
Tirabuzón
Navajas cortantes
Directa
Jalar directamente
Con una palanca
Con una engrane
Empujar directamente
Empujar con una palanca
Inyección de gas
Un ejemplo: Diseño de un sacacorchos 3
Ideas para cuatro soluciones: a) Jalar directamenteb) Usar una palanca
c) Engrane y tornillo sin find) Jalar con ayuda de resorte
Un ejemplo: Diseño de un sacacorchos 4
Sacacorchos IKEA
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