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