Mat-5-Estrategia de selección de materiales (1).pptx

bla

1. Encontrando el material para el diseño Materiales 2022 Carlos Medina

2. El proceso del diseño Diseño original Nuevo concepto y necesita desarrollo para implementarlo. Es estimulado por nuevos materiales. Generalmente un nuevo material sugiere un nuevo producto. O un nuevo producto demanda el desarrollo de un nuevo material. Evolución del diseño (rediseño) Comienza de un producto existente busca caminos para aumentar el rendimiento, reducir su costo o ambos.

3. El proceso del diseño Especificación del producto Concepto Desarrollo Detalle Necesidad del mercado Planteamiento del problema Necesidad de materiales y procesos Datos por familia de materiales (metales, cerámicas , polímeros . ..) Datos por clase de material (A cero , aleaciones de aluminio, aleaciones de níquel ...) Datos para un material (Al-2040, Al-6061, Al-7075…..)

4. El proceso del diseño: Ejemplo Cuando se compra un vino generalmente viene cerrado con un corcho. Necesidad del mercado: tener acceso al vino en el interior Establecemos: Necesitamos un dispositivo que permita acceso al vino de la botella cerrada y podríamos agregar que tenga un costo modesto y que no contamine el vino.

5. Necesidad – Concepto – Desarrollo Conceptos Necesidad Desarrollos Directo Palanca Muelle Engranajes Se definen disposición, escalas y mecanismos

6. Detalle Desarrollo – Detalle Desarrollo ¿ C ó mo se toman estas decisiones? Se definen disposición, escalas y mecanismos Componentes dimensionados, decisión final de los materiales y la ruta de fabricación

7. Selecci ó n final La estrategia de selecci ó n : Autos Requisitos Expresados como Restricciones y Objetivos Datos: Función Econom ía ¿Qué coche? Clasificación Comparación Filtrado Clasificación Documentación Marca y módelo Dimensiones Número de puertas Potencia Consumo Emisión de CO 2 … Auto familiar 4 puertas 200 CV de potencia Lo m á s barato posible Tiempo de entrega Frecuencia de entrega Atención recibida Garantía

8. Selecci ó n final La estrategia de selecci ó n: materiales Requisitos Expresados como Restricciones y Objetivos Datos : Propiedades de los materiales Propiedades de los procesos Documentación Comparación Filtrado Clasificación Documentación Densidad Precio Módulo de Young Resistencia Durabilidad Procesabilidad M ás ... Moldeable resistente al agua y a UV Buena rigidez y resistencia Lo m á s barato posible Lo m á s ligero posible

9. Estrategia para la selección de materiales Restricción de diseño A medida que se aplican restricciones de diseño se va estrechando el espacio de búsqueda del material Interacción entre los requerimientos del diseño, materiales, forma y procesos

10. Estrategia para la selección de materiales Una selección busca la mejor combinación de materiales y procesos (teniendo en mente que deben ser mutuamente compatibles) La primera tareas es la traducción que identifica las restricciones que el material debe tener para cumplir con los objetivos del diseño (filtros). La segunda tarea es la proyección, donde se elimina el material que no cumple con las restricciones Ranking. Se ordenan los candidatos sobrevivientes por su habilidad de cumplir los objetivos del diseño, como por ejemplo minimizar los costos. Revisión de literatura. Mirar en profundidad los candidatos del ranking, por ejemplo par que se ocupan, casos prácticos, experiencias, etc.

11. Estrategia para la selección de materiales Traducción Función : Soportar carga, contener presión, transmitir calor. Restricciones : dimensiones fijas, soportar carga sin fallar, las necesidad de aislar, trabajo en cierto rango de temperaturas. Objetivo : Barato, liviano, seguro. Variables libres : en función de minimizar el objetivo, ciertos parámetros pueden ser ajustados. Por ejemplo variar una dimensión, elegir el material, elegir el proceso. Condiciones de borde

12. Traducción Traducción : “expresar los requisitos de diseño como restricciones y objetivos ” Objetivos ¿ Qué se busca maximizar o minimizar ? Buena resistencia Conductor de la electricidad Soportar temperaturas de 250 °C Proceso: fundición Coste Peso Volumen Eco-impacto: ener g í a primaria o emisiones asociadas Restricciones ¿ Qué condiciones se han de cumplir ? Requisitos de diseño

13. Estrategia para la selección de materiales Es importante tener clara la distinción entre restricciones y objetivos. Una restricción es una condición esencial que debe cumplirse, generalmente expresada como límite en un atributo de material o proceso. Un objetivo es una cantidad para la cual se busca un valor extremo (máximo o mínimo), con frecuencia costo, masa o volumen.

14. Estrategia para la selección de materiales Elegir materiales para una bicicleta sprint superligera . Hacer las cosas bien puede tomar un poco de tiempo El objetivo es minimizar la masa, con un límite superior de costo, por lo que se trata el costo como una restricción. Elegir los materiales para una bicicleta 'de paseo' ahora el objetivo es minimizar el costo con un límite superior (posible) en la masa, tratando así como una restricción.

15. Estrategia para la selección de materiales El resultado del paso de la traducción es una lista de las propiedades de limitación de diseño y las restricciones que deben cumplir. Es el primer paso para relacionar los requisitos de diseño a las propiedades del material, por lo tanto, es una declaración clara de la función, las limitaciones, objetivos y variables libres.

16. Estrategia para la selección de materiales Proyección Las restricciones son puertas: cumple con la restricción y atraviesas la puerta, no lo haces y estás fuera. Se elimina candidatos que no pueden hacer el trabajo en absoluto porque uno o más de sus atributos esta fuera de los límites establecidos por las restricciones. Ejemplo: El componente debe funcionar en agua hirviendo (temperatura de trabajo), el componente debe ser transparente (transparencia óptica). Ranking Los materiales que avanzan deben ser ordenados según que tan bien puedan hacer el trabajo impuesto en el paso anterior. Por ejemplo: Los mejores materiales para flotar son de baja densidad, los mejores para aislar térmicamente son de baja conductividad térmica. (obviamente también cumplen con el resto de restricciones impuestas por el diseño) Maximizar o minimizar una propiedad maximiza el rendimiento. Para resumir, la proyección aísla a los candidatos que son capaces de hacer el trabajo y el ranking identifica aquellos que pueden hacer mejor el trabajo.

17. Estrategia para la selección de materiales Documentación El resultado de los pasos hasta ahora es una lista corta de candidatos que cumplen con el restricciones y que maximizan o minimizan el criterio de excelencia. Se podría elegir rápidamente el mejor candidato pero….. ¿ Y si ocultó debilidades? ¿Cuál es su reputación? ¿Tiene un buen historial? Para avanzar, buscamos un perfil detallado de cada uno: SU DOCUMENTACIÓN Por lo general, es descriptivo, gráfico o pictórico: estudios de casos de usos anteriores del material, detalles de su comportamiento a la corrosión en ambientes particulares, de su disponibilidad y fijación de precios, advertencias de su medio ambiente impacto o toxicidad. Documentación ayuda a reducir la lista corta a una elección final, lo que permite una coincidencia definitiva hecho entre los requisitos de diseño y los atributos de material y proceso.

18. Estrategia para la selección de materiales ¿Por qué son necesarios todos estos pasos? Sin selección y clasificación, el candidato el grupo es enorme y el volumen de documentación es abrumador. Es fácil equivocarte al seleccionar algo en un montón de opciones En un grupo pequeño se reducen esos riesgos

19. Materiales para cascos antidisturbios Visor protector para policias Requisito Traducción Transparente - calidad óptica Tenaz – Alta tenacidad a fractura Moldeable Restricciones Ejemplos de traducción

20. Traducción : disipador de calor en chips Los microchips se calientan rápidamente. Para prevenir daños es necesario disipar el calor. Traducción Restricciones Temp. máxima de servicio > 200 °C Buen aislante eléctrico Buen conductor térmico (o conductividad térmica > 25 W/m.K) Mantener el chip por debajo de 200 °C sin acoplamiento eléctrico Requisitos

21. Ejemplos de traducción Sacacorchos Es utilizado para cargas en flexión. Debe soportar momentos de flexión sin doblarse (algunos baratos lo hacen) y debe ser lo suficientemente resistente para soportar el mal uso. Finalmente este no debe corroerse en agua o vino. La longitud esta especificada pero la sección transversal no, siendo libre su elección. Además debería ser barato en lo posible.

22. Ejemplos de traducción Rediseño de Caja de Videojuegos Usualmente están hechas de PVC, elegido por su bajo costo y su transparencia. Están fabricadas por inyección y son baratas si se fabrican millones. El PVC en principio puede ser reciclado. Pero las carcasas de PVC fácilmente se rompen. El camino para paliar el problema en este caso es reemplazar el material, reteniendo las buenas propiedades del antiguo, pero sin lo malo. Este debe ser un material transparente (óptico) para permitir que se lea la etiqueta del juego, el material se debe moldear por inyección, ya que es el forma mas económica para fabricar grandes cantidades y además reciclable. Pero mas resistente que el PVC. De los materiales que conoces, cual podría ser una buena opción?

23. Ejemplos de traducción Los dientes de una pala retroescabadora , deben cortar tierra, tomar piedras, romper rocas, a menudo en presencia de agua salada o peor. Traducir esos requerimientos en una prescripción de Función, Restricción, Objetivo y Variables libres. Dientes retroexcavadora

24. La estrategia de selección: Traducción – Filtrado – ( Clasificación )- Documentación Resumen Datos ( propiedades ) Información ( entendiendo los datos ) Conocimiento (usando los datos)