5 Fragen, die Sie sich stellen sollten, wenn Sie Materialien für moderne Produkte auswählen

Bei der großen Auswahl an Materialien, die heute verfügbar sind, gibt es mehrere Herausforderungen bei der Auswahl der besten Materialien für moderne Produkte. Angesichts der technologischen Verbesserungen und des allgemeinen technischen Know-hows gibt es mehr Möglichkeiten als je zuvor, welche Produkte hergestellt und welche Arten von Materialien verwendet werden können.

Die Auswahl der besten Materialien ist ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung moderner Produkte. In der Vergangenheit konzentrierten sich die Herausforderungen mehr auf die Beschaffung von Materialien – insbesondere erschwingliche – und technische Einschränkungen aus gestalterischer Sicht.

Dennoch stehen moderne Bauherren, Bauunternehmer und Designer vor der Aufgabe, die besten Materialien in einem unglaublich wettbewerbsintensiven Markt zu finden. Die Auswahl der falschen Materialien kann auf so vielen Ebenen zu unwiederbringlichen Verlusten führen.

Hier sind fünf Fragen, die sich Produktdesigner und -hersteller stellen sollten, wenn sie nach vielversprechenden – und wettbewerbsfähigen – Materiallösungen suchen.

1. Ist das Material leicht und dennoch stark?

Stärke ist eine wertvolle Eigenschaft in vielen Produkten. Es gibt nur sehr wenige Situationen, in denen Sie möchten, dass etwas absichtlich schwach ist. Stärke ist jedoch traditionell mit zusätzlichem Gewicht verbunden, da stärkere Materialien normalerweise mehr Masse erfordern.

In der heutigen Welt ist dies nicht mehr die Norm. Materialien wie Aluminium-, Titan- und Magnesiumlegierungen haben alle ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, was sie zu den richtigen Materialien für Hochgeschwindigkeitszüge, Verbraucherfahrzeuge, Flugzeuge und Raumfahrzeuge macht.

Aluminium hat eine Zugfestigkeit von 90 MPa bei einer Dichte von nur 2,7 g/cm³ bei 20 °C. Diese Eigenschaften in Kombination mit seiner Fülle und seinen niedrigen Kosten machen es zu einem der besten Materialien für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Flugzeugteile, Kühlkörper, Fensterrahmen und Konstruktionen.

Die Zukunft wird zweifellos weitere Verwendungen dieser Metalle sowie neue und verbesserte Legierungskombinationen sehen.

Kürzlich hat ein internationales Forscherteam der North Carolina State University in den USA und der Qatar University ein neues Material entwickelt. Sie kombinierten Lithium, Magnesium, Titan, Aluminium und Scandium, um eine nanokristalline Legierung herzustellen, die ein höheres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweist als jedes andere bekannte Material auf dem Planeten. Wenn diese Legierung zu einem wettbewerbsfähigen Preis verfügbar wird, könnte sie die Grundlage für eine neue Generation von Produkten bilden, die für die Land-, See- und Raumfahrt sowie für viele andere nützliche Anwendungen verwendet werden.

2. Ist das Material ökologisch verträglich?

Im Zeitalter des Klimawandels und der zunehmenden Umweltzerstörung wird die Verwendung von Materialien, die aus ökologischer und nachhaltiger Sicht akzeptabel sind, immer wichtiger. Glücklicherweise gibt es mehrere „umweltfreundliche“ oder „grüne“ Materialien, die alle positive Eigenschaften aufweisen.

Materialien wie Graphen, Aluminium und Borosilikatglas sind aufgrund ihrer Recyclingfähigkeit und ihrer geringen Umweltbelastung während ihrer Produktlebensdauer alle ökologisch wünschenswert. Diese und andere „grüne“ Materialien werden wahrscheinlich noch häufiger vorkommen, wenn sich die Welt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft bewegt, wie viele Regierungen ihre Absicht bekundet haben, dies zu verfolgen.

Diese Verlagerung hin zu nachhaltigeren Materialien und daraus resultierenden Produkten stellt eine neue Herausforderung bei der Auswahl von Materialien für moderne Produkte dar, aber es ist eine beträchtliche und grundlegende Herausforderung, die in Zukunft immer wichtiger wird.

3. Wird das Material funktionieren, ohne den Stil zu beeinträchtigen?

Produkte aus leichten, starken und zuverlässigen Materialien sind manchmal nur dann wertvoll, wenn sie zu modernen Stiltrends passen. Dies ist für industrielle Anwendungen normalerweise nicht der Fall, da Lagerhäuser und Kraftwerke wenig Bedarf an ästhetisch ansprechenden Konstruktionen und Maschinen haben.

Alles, was für Verbraucher hergestellt wird, muss jedoch wahrscheinlich den Augentest ebenso bestehen wie Zug- und Härtetests. Haushaltsgeräte, Fahrzeuge, Elektronik und andere Produkte werden sich höchstwahrscheinlich nicht verkaufen, wenn sie nicht aus optisch ansprechenden Materialien hergestellt sind.

4. Wird das Material abgebaut oder durch ethische Beschaffung gewonnen?

Dies ist etwas, das für die Verbraucher in den letzten Jahren immer wichtiger geworden ist. Mit dem zunehmenden Zugang zu Produkten aus der ganzen Welt und der zunehmenden Verfügbarkeit von Quelleninformationen ist die Nachfrage nach ethisch vertretbaren Produktkomponenten gestiegen.

Ob durch verbesserten Abbau von Rohstoffen oder fair gehandelte Beschaffung, die Verbraucher sind sich der Herkunft ihrer Produkte und der Materialien, aus denen sie bestehen, bewusster.

Designer und Hersteller müssen heute mehr denn je sicherstellen, dass sie ihre Materialien aus Fair-Trade-Partnerschaften und umweltschonendem Bergbau beziehen, um eine ethischere Beschaffung ihrer Produkte zu gewährleisten. Ähnlich wie die gestiegene Nachfrage nach ökologisch unbedenklichen Materialien ist die ethisch einwandfreie Beschaffung weniger ein direktes Merkmal für ein einzelnes Material als vielmehr ein Gesamtrahmen für die Auswahl der am besten zu verwendenden Materialien. Dennoch ist dies eine der größten Herausforderungen bei der Materialauswahl für moderne Produkte.

5. Sind die Materialkosten wettbewerbsfähig?

Dies ist etwas, das sowohl für den Produzenten als auch für den Verbraucher von Bedeutung ist. Leichte, starke, nachhaltige und ästhetisch ansprechende Materialien sind nur machbar, wenn sie erschwinglich sind. Da Materialien normalerweise nach Volumen verkauft werden, gemessen in Kilogramm, wirken sich die damit verbundenen Kosten auf schwerere Materialien wie Eisen und Stahl mehr aus als auf Graphen oder leichte Kunststoffe.

Glücklicherweise sind leichte, aber starke Materialien wie Aluminium reichlich vorhanden und mit etwas über 0,40 $ pro Kilogramm relativ günstig. Andererseits können hochspezialisierte oder neu geschaffene Materialien mit ähnlichen oder besseren Festigkeits-Gewichts-Verhältnissen, wie die oben erwähnte nanokristalline Legierung, unerschwinglich teuer sein. In vielen Fällen ist die Beurteilung der Kosten verfügbarer Materialien der entscheidende Faktor, wobei alle anderen Aspekte relativ gleich sind.

Wie man das richtige Gleichgewicht findet

Wie bei vielen anderen Aspekten der Konstruktion oder Fertigung muss es einen Mittelweg oder einen idealen Punkt geben, an dem alle Dinge aufeinander abgestimmt sind, um das ideale Material für jedes beabsichtigte Produkt zu schaffen. Einige Materialien, die für bestimmte Projekte eher geeignet sind, können für andere als ungeeignet erachtet werden, sei es aufgrund unterschiedlicher Anforderungen oder unterschiedlicher zulässiger ökologischer Auswirkungen.

Zum Beispiel kann Glasfaser-Harz-Verbundwerkstoff eine perfekte Option für den Bootsbau sein, da er stark ist und kleine Risse und Unebenheiten im Rumpf abdecken kann. Dasselbe Material würde jedoch viel schlechter abschneiden, wenn es in einem Schienenfahrzeug verwendet wird, da mehr Ausstattungsoptionen verfügbar sind.

Mit den obigen fünf Leitfragen können Sie einen ersten Rahmen schaffen, um zu ermitteln, welche Materialien für Ihre speziellen Produkte und Projekte besser geeignet sind.