زمانی که به طراحی یک محصول فکر می کنیم فورا تمرکز ما روی توسعه آنچه در محصول می بینیم قرار می گیرد.

آدام اسمیت مهندس ارشد مکانیک چندین دهه تجربه در طراحی و برنامه ریزی محصول برای تجاری سازی دارد که در این مقاله نکاتی را در مورد اینکه چگونه مهندسی مکانیک ایده ها را به محصول واقعی تبدیل می کند، بیان می کنیم.

انتخاب مواد امری مهم در طراحی محصول برای تجاری سازی محسوب می شود.  در مرحله اول مواد اولیه و ادغام هایی که صورت می گیرد راه را برای کارایی و صرفه جویی در هزینه های احتمالی هموار می کند.

درک ویژگی های مواد می تواند  کمک موثری برای پیشرفت  در پروژه داشته باشد. به عنوان مثال اینکه فولاد ضد زنگ مقاوم ترین فولاد در برابر خوردگی است و یا اینکه کدام پلاستیک بیشترین استحکام دی الکتریک را دارد و ویژگی هایی امثال این ها.

بهتر است این را نیز بدانید که محبوب ترین مواد همیشه کافی نیستند. مثلا ممکن است با این مسئله مواجه شوید که آشکارترین جدا کننده الکتریکی برای بقا در محیط فیزیکی خاص بسیار شکننده است، یا اینکه فلز مقاوم در برابر خوردگی بعد از قرار گرفتن در معرض بارهای الکتریکی خاصیت خود را از دست می دهد.

گاهی اوقات مواد عجیب غریب برای محصول نهایی مناسب تر هستند. معمولا مهندسین مکانیک با پلاستیک های رایج مثل پلی کربنات،استایرن و پلی امید بیشتر کار می کنند، این در حالی است که مهندسانی که با دستگاه های پزشکی کار می کنند با پلاستیک های رایج و معمول کمتر کار می کنند و معمولا با پلی اکسی متیلن، پلی اتریمید و پلی اتر کتون کار می کنند.

آن دست از مهندسانی که در پروژه های میکروالکترومکانیکی کار می کنند، ممکن است کار با عجیب ترین مواد مانند پلی آمید پر شده با شیشه(PAI/Torlon)  و پلی آری لترکتون (PAEK/Arlon) را تجربه کنند.

اگرچه ممکن است برخی از مواد عجیب و غریب رایج و ارزان شوند، اما اکثر آنها گران تر از مواد معمول هستند. زمان و نحوه استفاده از این مواد می تواند آنها را به موادی مقرون به صرفه تبدیل کند. گاهی اوقات نیز می توان مواد کم هزینه را با هم ترکیب کرد تا هر کدام بخشی از خواص مورد نیاز را تامین کنند و این کار به کاهش هزینه ها کمک شایانی می کند. به عنوان مثال یک زیر فریم فنری از فولاد ضد زنگ با استحکام بالا به همراه یک لایه نازک پلاستیک دی الکتریک نسبت به یک قطعه ساخته شده از تورلون پر از شیشه، راه حلی منطقی تر و ارزان تری می باشد.

فلزات عجیب و غریب مانند فولاد ضد زنگ 316 و تیتانیوم که به عنوان فلزهای مقاوم در برابر خوردگی محسوب می شوند، ممکن است رایج و ارزان نیز باشند. اما معمولا یافتن یک فلز مقاوم در مقابل خوردگی اغلب یک چالش است. آلومینیوم به عنوان یک فلز مقاوم در برابر خوردگی است که وزن سبکی دارد و دارای استحکام متوسط تا کمی است. تیتانیوم یک فلز بسیار خوب و مقاوم است اما معمولا به دلیل هزینه بالای آن، از آن صرف نظر می شود. به همین دلایل فولاد ضد زنگ به عنوان ماده ای با قیمت مناسب و مقاومت خوب یک فلز ایده آل محسوب می شود.

به عنوان مثال فولادهای 304ss  و 316ss فولادهای ضدزنگی هستند  و در تجهیزات پزشکی و محصولات مصرفی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی دارند استفاده می شوند.

سازگاری مواد نگرانی رایج در میان مهندسان مکانیک است. هنگام بستن قطعات آلومینیومی در یک محیط خورنده، استفاده از فولاد ضد زنگ 316 برای جلوگیری از خوردگی اتصال دهنده ها گزینه مناسب است. اما فولاد ضد زنگ در مقابل آلومینیوم می تواند باعث خوردگی قطعات شود. الکترون ها از طریق محلول رسانا مانند آب نمک از آلومینیوم به طرف فولاد ضد زنگ حرکت می کنند و این کار ممکن است عمر فولاد ضد زنگ را افزایش دهد اما عمر و استحکام آلومینیوم را به سرعت کاهش می دهد.

ماده مناسب تر برای بستن آلومینیوم در یک محیط خورنده ممکن است یک بست فولادی با روکش روی آلومینیوم باشد.

یکی دیگر از موارد قابل توجه در سازگاری مواد، ضریب انبساط حرارتی آنها (CTE) می باشد. هنگامی که مواد با CTE بالا به مواد با CTE پایین متصل می شوند، حتی یک تغییر دمای جزئی می تواند باعث تغییر شکل قابل توجهی شود و این به دلیل این است که یک قسمت زودتر از دیگری منبسط می شود. البته این اتفاق همیشه بد نیست، زیرا این رفتار قابل پیش بینی می تواند به نفع ما برای راه اندازی رویدادهای حرارتی در سوئیچ ها، دستگاه های حسگر حرارتی و ... استفاده شود.

 

تجربه و دانش مهندسان مکانیک در مرحله اولیه پروژه می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد. عوامل زیادی باعث انتخاب مواد در طول توسعه محصول می شوند. داشتن دانش کافی در مورد محیط زیست و سازگاری های مورد نیاز برای آن مواد کمک می کند تا بهترین انتخاب انجام شود و نیاز به تعویض مواد در طول اجرای پروژه را به حداقل برسانید.