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産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇

産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇
産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇

選擇材料時需要考慮的三個主要事項(按重要性排序):

  1. 是否滿足性能要求?
  2. 是否易于加工制造?
  3. 是否具有美學特性?

我們将在本系列文章的不同部分讨論關于材料加工方面的内容。現在隻需注意,經驗豐富的設計師的目标是對材料和工藝要求進行分解合并,綜合分析後選出最優材料。

僅基于美學因素選擇材料的情況并不常見,并不是每個設計者都是藝術家。許多設計師(包括我在内),本身并不具備足夠的藝術細胞,而且,産品的美學特性與使用者體驗息息相關,這部分内容也是一門專業性、主觀性極強的學科,作為門外漢,對此本文不做讨論。

是以,目前我們隻需重點關注材料的性能要求...

大多數産品需要滿足一些性能名額,這些名額要根據設計規範(或技術要求)來确定:剛度、強度、成本、品質或其他要求...

性能要求的每一項都影響着最終的材料選擇——顯然,如果産品要求品質輕,那就不能選鉛;如果要求剛度,就不能選橡膠材料!

是以,我們需要了解大量的材料屬性【material properties】相關的資料。這類資訊通常都有相關的資料表(各種設計手冊、材料手冊、性能手冊列舉了足夠多的材料參數供查詢),對這些資訊進行排序甄選的過程非常耗時——設計師常用的各種材料手冊,金屬材料手冊(即便是簡明金屬材料手冊),頁數少的也都得有四五百頁,更不用說還包含了金屬材料之外的塑膠、橡膠、陶瓷、複合材料等等的工程材料手冊了。

産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇

如果沒有任何參照資料和工作經驗的積累,設計選材的過程無異于大海撈針!

産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇

那麼,在海量的材料資料中,如何精準的找到最合适的材料呢?能不能用一種方法,即使是剛參加工作的新人設計師,也能輕松的完成設計選材的過程而不犯錯?

産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇

如果隻考慮兩項性能要求:例如,如果要求選用的材料品質夠輕、剛度夠用,這兩項需求如何權衡呢?

使用材料選擇圖表有助于快速準确找到所需材料。

産品設計過程中的材料選擇方法:二.不同材料如何選擇

下圖是2個常見性能的材料選擇表:楊氏模量【Young's modulus】和密度。【density】

在圖表中,每類材料都由一個陰影區域标記(例如金屬、聚合物)形成“團簇”或“氣泡”。 我們可以明顯看到:

  • 金屬【Metals】最重
  • 泡沫【Foams】最輕
  • 陶瓷【Ceramics】最硬

盡管隻是大略的看,也可以快速甄别潛在的備選材料。

圖表用途是權衡備選材料屬性,因為圖表表示的是性能的組合。例如要選擇一種輕質而堅硬的材料,就要選圖表左上角附近的材料——複合材料。

需要注意的是,圖表的坐标軸是對數刻度的—分區是10的倍數;因為材料的特性資料覆寫了比較大的範圍(縱坐标從0.01到1000增長了10萬倍),是以對數刻度必不可少。

還有許多類似的材料性能組合的選擇表,例如“強度-韌性圖”和“電阻-成本圖”。

下一節将展示如何進一步使用材料選擇圖表...

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