SAMENVATTING: MATERIALEN: EIGENSCHAPPEN, SELECTIE en
DUURZAAMHEID (HIR):
MODULE 2: Materiaalfamilies
2.1: Ontwerp en materialen:
Hoe ontwerpen/bedenken we producten?
➔ Vertrekken vanaf een bepaalde functie en hoe we
deze kunnen materialiseren
➔ Verbinding maken tussen de kennis over de
eigenschappen van de materialen
2.2 Overzicht eigenschappen:
1. MECHANISCH
→ hoe reageert materiaal als we het gaan belasten?
→ stijf (slap) / sterk (zwak) / taai (bros) / zwaar (licht)
→ altijd nagaan welke mechanische eigenschappen wenselijk zijn voor het materiaal van het product
2. TERMISCH
→ gebruikstemperatuur / geleidbaarheid / warmtecapaciteit / diffusiviteit (= overgangsverschijnsel) / thermische
expansie
3. ELEKTRISCHE, MAGNETISCHE EN OPTISCHE
→ belangrijk voor alles wat met energie te maken heeft
4. CHEMISCH
→ vb: wat is goed bestand tegen zout water, wat verroest niet snel…
5. ECOLOGISCH
,2.3 Overzicht materiaalfamilies:
1. MATERIAALFAMILIES
Materiaalfamilies = een geheel van materialen die dezelfde eigenschappen en atomische opbouw hebben
Types:
Metalen= + stijf + sterk + snel vormgeven – snel roestend – corrosie
polymeren= + vervormbaar + licht – bruikbaar tot bepaalde temp (<200°)
elastomeren= + heel elastisch + sterk
keramische materialen= + sterk + stijf + hoge temperaturen bestendig +
corrosie bestendig – bros (= breekt snel)
glasachtigen= amorfen met heel ongeregelde stuctuur – bros
Hybriden= mengeling 5 basistypes
→Voorbeelden: sandwich structuren, schuimen, kabels, draden, laminaten,
hout, bot, zijde, leder…
→ materialen bibliotheek= verantwoordelijke materiaalkeu
2. MATERIAALFICHE
Materiaalfiche= overzicht fysische, mechanische en functionele eigenschappen met vermelding van de oorsprong
van deze materiaaleigenschappen
→ Doordachte materiaalselectie kunnen doorvoeren
2.4 Overzicht verwerkingstechnieken:
STAP 1: primaire vormgeving
→ spuitgieten, additieve manufacuring…
STAP 2: secundaire processen
STAP 3: joining/samenvoeging
Materiaaldriehoekkunde = structuur, proces en eigenschappen hangen alle drie nauw samen
→ als we in een van de hoeken een aanpassing doen zal dit gevolgen hebben bij de andere twee
→ vb: verwarmen van staal leidt tot een andere structuur die andere eigenschappen met zich meebrengt
+ proces bibliotheek = koppelen van een proces aan een materiaal
,2.5 Beginselen van materiaalselectie in ontwerp:
Concept: wat voor soort concept wil ik uitwerken ?
Embodiment: aantal beperkingen en objectieven vastleggen → eigenschappen
zoals bijvoorbeeld goedkoop,sterk,…
= algemene selectiestrategie
Detail: verder detailleren hoe bepaalde onderdelen in elkaar gaan zitten
EMBODIMENT:
Vertaalslag= de design criteria vertalen in
1) Concrete functie: wat is de essentiële taak ?
2) Beperkingen: onvoorwaardelijke/wenselijke grenzen ?
3) Objectieven: wat moet geoptimaliseerd worden ?
4) Vrije variabelen: welke parameters kan ontwerper kiezen ?
→ op basis aantal onvoorwaardelijke criteria de materialen die zeker niet voldoen
elimineren (= soort van screening) en de materialen die goed voldoen selecteren
(=ranking)
→ eerste selectie => belangrijkste kandidaten: via bijkomende informatie over
mogelijke productiewijze, beschikbaarheid, minder cruciale eigenschappen, prijs…
→ belangrijkste kandidaten => finale keuze: via specifieke lokale omstandigheden
2.6 Conclusie:
Doel= verschillende processen van een ontwerp doorlopen en komen tot een correcte materiaal- en proceskeuze,
rekening houdend met objectieven en beperkingen
, MODULE 3: GRONDSTOFFEN
3.1 Inleiding: Kobalt:
Kobalt = een grondstof die gebruikt wordt bij het maken van huidige type batterijen
Probleem 1
→ prijs is aan het stijgen door burgeroorlog in Congo (40000 in 2010 => 81000 in 2018)
→ prijs batterijen is ook aan het stijgen
Probleem 2
Artisanale ontginning van Kobalt met kinderarbeid
3.2 De oorsprong van materialen:
1. LEVENSCYCLUS
→ vooral ontginning is een belangrijke fase als we kijken naar hoeveelheid materiaal die we effectief nodig hebben
→ Grote ontginning voor kleine hoeveelheid effectief materiaal
2. HERNIEUWBAAR EN UITPUTTELIJK
3. WAAR VINDEN WE GRONDSTOFFEN
Lithosfeer → delfstoffen (= gesteenten en mineralen die economisch nut hebben voor de mensheid)
• Ertsen ven metalen
• Minderalen (zand, grind, kalk)
• Aardolie, gas en steenkool
→ bevat deze voldoende materiaal om te voorzien in onze behoefte van grondstoffen?
→ sommige grondstoffen komen veel voor terwijl andere eerder zeldzaam zijn: verschillend
van materiaal tot materiaal (concentratie in ertsen + concentratie van ertsen in gebieden)
Biosfeer → biomassa (= stof van organische oorsprong, geproduceerd door organismen,
waaronder planten en dieren)
• Gewassen, dieren (vlees en afgeleide producten), bosbouw en visserij
→ 80% van alle biomassa wordt omgezet in energie in de vorm van voeding en brandstoffen
→ slecht 1/5 wordt als materiaal gebuikt (bvb: hout 12%)
DUURZAAMHEID (HIR):
MODULE 2: Materiaalfamilies
2.1: Ontwerp en materialen:
Hoe ontwerpen/bedenken we producten?
➔ Vertrekken vanaf een bepaalde functie en hoe we
deze kunnen materialiseren
➔ Verbinding maken tussen de kennis over de
eigenschappen van de materialen
2.2 Overzicht eigenschappen:
1. MECHANISCH
→ hoe reageert materiaal als we het gaan belasten?
→ stijf (slap) / sterk (zwak) / taai (bros) / zwaar (licht)
→ altijd nagaan welke mechanische eigenschappen wenselijk zijn voor het materiaal van het product
2. TERMISCH
→ gebruikstemperatuur / geleidbaarheid / warmtecapaciteit / diffusiviteit (= overgangsverschijnsel) / thermische
expansie
3. ELEKTRISCHE, MAGNETISCHE EN OPTISCHE
→ belangrijk voor alles wat met energie te maken heeft
4. CHEMISCH
→ vb: wat is goed bestand tegen zout water, wat verroest niet snel…
5. ECOLOGISCH
,2.3 Overzicht materiaalfamilies:
1. MATERIAALFAMILIES
Materiaalfamilies = een geheel van materialen die dezelfde eigenschappen en atomische opbouw hebben
Types:
Metalen= + stijf + sterk + snel vormgeven – snel roestend – corrosie
polymeren= + vervormbaar + licht – bruikbaar tot bepaalde temp (<200°)
elastomeren= + heel elastisch + sterk
keramische materialen= + sterk + stijf + hoge temperaturen bestendig +
corrosie bestendig – bros (= breekt snel)
glasachtigen= amorfen met heel ongeregelde stuctuur – bros
Hybriden= mengeling 5 basistypes
→Voorbeelden: sandwich structuren, schuimen, kabels, draden, laminaten,
hout, bot, zijde, leder…
→ materialen bibliotheek= verantwoordelijke materiaalkeu
2. MATERIAALFICHE
Materiaalfiche= overzicht fysische, mechanische en functionele eigenschappen met vermelding van de oorsprong
van deze materiaaleigenschappen
→ Doordachte materiaalselectie kunnen doorvoeren
2.4 Overzicht verwerkingstechnieken:
STAP 1: primaire vormgeving
→ spuitgieten, additieve manufacuring…
STAP 2: secundaire processen
STAP 3: joining/samenvoeging
Materiaaldriehoekkunde = structuur, proces en eigenschappen hangen alle drie nauw samen
→ als we in een van de hoeken een aanpassing doen zal dit gevolgen hebben bij de andere twee
→ vb: verwarmen van staal leidt tot een andere structuur die andere eigenschappen met zich meebrengt
+ proces bibliotheek = koppelen van een proces aan een materiaal
,2.5 Beginselen van materiaalselectie in ontwerp:
Concept: wat voor soort concept wil ik uitwerken ?
Embodiment: aantal beperkingen en objectieven vastleggen → eigenschappen
zoals bijvoorbeeld goedkoop,sterk,…
= algemene selectiestrategie
Detail: verder detailleren hoe bepaalde onderdelen in elkaar gaan zitten
EMBODIMENT:
Vertaalslag= de design criteria vertalen in
1) Concrete functie: wat is de essentiële taak ?
2) Beperkingen: onvoorwaardelijke/wenselijke grenzen ?
3) Objectieven: wat moet geoptimaliseerd worden ?
4) Vrije variabelen: welke parameters kan ontwerper kiezen ?
→ op basis aantal onvoorwaardelijke criteria de materialen die zeker niet voldoen
elimineren (= soort van screening) en de materialen die goed voldoen selecteren
(=ranking)
→ eerste selectie => belangrijkste kandidaten: via bijkomende informatie over
mogelijke productiewijze, beschikbaarheid, minder cruciale eigenschappen, prijs…
→ belangrijkste kandidaten => finale keuze: via specifieke lokale omstandigheden
2.6 Conclusie:
Doel= verschillende processen van een ontwerp doorlopen en komen tot een correcte materiaal- en proceskeuze,
rekening houdend met objectieven en beperkingen
, MODULE 3: GRONDSTOFFEN
3.1 Inleiding: Kobalt:
Kobalt = een grondstof die gebruikt wordt bij het maken van huidige type batterijen
Probleem 1
→ prijs is aan het stijgen door burgeroorlog in Congo (40000 in 2010 => 81000 in 2018)
→ prijs batterijen is ook aan het stijgen
Probleem 2
Artisanale ontginning van Kobalt met kinderarbeid
3.2 De oorsprong van materialen:
1. LEVENSCYCLUS
→ vooral ontginning is een belangrijke fase als we kijken naar hoeveelheid materiaal die we effectief nodig hebben
→ Grote ontginning voor kleine hoeveelheid effectief materiaal
2. HERNIEUWBAAR EN UITPUTTELIJK
3. WAAR VINDEN WE GRONDSTOFFEN
Lithosfeer → delfstoffen (= gesteenten en mineralen die economisch nut hebben voor de mensheid)
• Ertsen ven metalen
• Minderalen (zand, grind, kalk)
• Aardolie, gas en steenkool
→ bevat deze voldoende materiaal om te voorzien in onze behoefte van grondstoffen?
→ sommige grondstoffen komen veel voor terwijl andere eerder zeldzaam zijn: verschillend
van materiaal tot materiaal (concentratie in ertsen + concentratie van ertsen in gebieden)
Biosfeer → biomassa (= stof van organische oorsprong, geproduceerd door organismen,
waaronder planten en dieren)
• Gewassen, dieren (vlees en afgeleide producten), bosbouw en visserij
→ 80% van alle biomassa wordt omgezet in energie in de vorm van voeding en brandstoffen
→ slecht 1/5 wordt als materiaal gebuikt (bvb: hout 12%)
