현대 제품을 위한 재료를 선택할 때 물어봐야 할 5가지 질문

오늘날 사용할 수 있는 재료가 방대하기 때문에 최신 제품에 가장 적합한 재료를 선택하는 데 몇 가지 문제가 있습니다. 기술의 향상과 전반적인 기술 노하우를 감안할 때 어떤 제품을 만들고 어떤 유형의 재료를 사용할 수 있는지 그 어느 때보 다 더 많은 가능성이 있습니다.

사용할 최고의 재료를 선택하는 것은 현대적인 제품을 만드는 데 있어 중요한 단계입니다. 과거에는 특히 저렴한 재료를 소싱하는 문제와 설계 관점에서 기술적인 한계에 중점을 두었습니다.

그럼에도 불구하고 현대 건축업자, 계약자 및 설계자는 매우 경쟁이 치열한 시장에서 최고의 자재를 찾아야 하는 과제를 안고 있습니다. 잘못된 재료를 선택하면 많은 수준에서 복구할 수 없는 손실이 발생할 수 있습니다.

다음은 제품 디자이너와 건축업자가 유망하고 경쟁력 있는 재료 솔루션을 찾을 때 물어봐야 하는 5가지 질문입니다.

1. 소재가 가벼우면서도 튼튼한가요?

강도는 많은 제품에서 중요한 특성입니다. 의도적으로 약하게 설계된 것을 원하는 상황은 거의 없습니다. 그러나 일반적으로 더 강한 재료에는 더 많은 질량이 필요하기 때문에 강도에는 전통적으로 무게가 추가되었습니다.

오늘날의 세계에서 이것은 더 이상 표준이 아닙니다. 알루미늄, 티타늄, 마그네슘 합금과 같은 재료는 모두 중량 대비 강도가 높기 때문에 고속 열차, 소비자용 차량, 항공기, 우주선에 적합한 재료입니다.

알루미늄의 인장 강도는 90MPa이고 밀도는 20°C에서 2.7g/cm³에 불과합니다. 이러한 특성은 풍부하고 저렴한 비용과 함께 항공기 부품, 방열판, 창틀 및 건축을 비롯한 광범위한 응용 분야에 가장 적합한 재료 중 하나입니다.

미래에는 의심할 여지 없이 이러한 금속의 더 많은 용도와 새롭고 향상된 합금 조합이 나타날 것입니다.

최근 미국 노스캐롤라이나 주립대학과 카타르대학의 국제 연구팀이 새로운 물질을 만들었다. 그들은 리튬, 마그네슘, 티타늄, 알루미늄, 스칸듐을 결합하여 지구상에 알려진 어떤 물질보다 강도 대 중량 비율이 더 높은 나노결정질 합금을 만들었습니다. 이 합금을 비용 경쟁력 있는 가격으로 쉽게 구할 수 있다면 육상, 해상, 우주 여행은 물론 기타 여러 유용한 응용 분야에 사용되는 차세대 제품의 기반이 될 수 있습니다.

2. 재료가 생태학적으로 허용 가능한가요?

기후 변화와 환경 파괴가 심화되는 시대에 생태학적이고 지속 가능한 관점에서 수용 가능한 재료를 사용하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 다행히도 '친환경' 또는 '친환경' 소재가 몇 가지 있으며 모두 유리한 특성을 지니고 있습니다.

그래핀, 알루미늄, 붕규산 유리와 같은 재료는 재활용이 가능하고 제품 사용 수명 동안 환경에 미치는 영향이 적기 때문에 모두 생태학적으로 바람직합니다. 많은 정부가 순환 경제를 추구할 의사를 밝혔기 때문에 세계가 순환 경제로 전환하면 이러한 '친환경' 물질이 훨씬 더 보편화될 것입니다.

보다 지속 가능한 재료 및 후속 제품으로의 이러한 전환은 현대 제품의 재료 선택에 있어 새로운 도전을 의미하지만, 앞으로 점점 더 중요해질 것인 상당하고 근본적인 도전입니다.

3. 소재가 스타일을 손상시키지 않으면서 성능을 발휘할 수 있습니까?

가볍고 튼튼하며 믿을 수 있는 소재로 만든 제품은 현대적인 트렌드에 맞을 때만 가치가 있습니다. 창고와 발전소에는 미학적으로 만족스러운 건축물과 기계가 거의 필요하지 않기 때문에 일반적으로 산업 응용 분야의 경우는 그렇지 않습니다.

그러나 소비자용으로 제조된 모든 제품은 인장 및 경도 테스트만큼 눈 테스트를 통과해야 할 것입니다. 가전제품, 차량, 전자 제품 및 기타 제품은 시각적으로 매력적인 재료로 만들어지지 않으면 판매되지 않을 가능성이 높습니다.

4. 자료는 윤리적 소싱을 통해 채굴되거나 획득됩니까?

이것은 최근 몇 년 동안 소비자들에게 더 큰 관심사가 되었습니다. 전 세계의 제품에 대한 액세스가 증가하고 소스 정보의 가용성이 증가함에 따라 윤리적으로 소싱된 제품 구성 요소에 대한 수요가 증가했습니다.

개선된 원자재 채굴을 통해든 공정 무역 소싱을 통해든 소비자는 제품과 이를 구성하는 재료의 출처를 더 잘 알고 있습니다.

디자이너와 제조업체는 제품에 대한 윤리적 소싱을 보장하기 위해 공정 무역 파트너십과 환경에 미치는 영향을 줄이는 채굴을 통해 자재를 확보해야 합니다. 생태학적으로 건전한 재료에 대한 수요 증가와 유사하게 윤리적으로 건전한 소싱은 단일 재료에 대한 직접적인 특성이라기보다는 어떤 재료를 사용하는 것이 가장 좋은지 선택하기 위한 전체적인 틀에 가깝습니다. 그럼에도 불구하고 이것은 현대 제품의 재료 선택에 있어 가장 큰 난제 중 하나입니다.

5. 재료의 가격 경쟁력이 있습니까?

이는 생산자와 소비자 모두에게 중요한 문제입니다. 가볍고, 강하고, 지속 가능하고, 심미적으로 만족스러운 재료는 저렴하지 않으면 실현 가능하지 않습니다. 재료가 일반적으로 킬로그램으로 측정되는 부피로 판매된다는 점을 감안할 때 관련 비용은 그래핀 또는 경량 플라스틱보다 철 및 강철과 같은 더 무거운 재료에 영향을 미칠 것입니다.

다행스럽게도 알루미늄과 같이 가벼우면서도 강한 재료가 풍부하고 킬로그램당 $0.50 USD/€0.40 조금 넘는 비교적 저렴합니다. 반면에 위에서 언급한 나노결정질 합금과 같이 강도 대 중량비가 비슷하거나 더 나은 고도로 전문화되거나 새로 생성된 재료는 엄청나게 비쌀 수 있습니다. 많은 경우 사용 가능한 재료의 비용을 평가하는 것이 결정적인 요소이며 다른 모든 측면은 비교적 동일합니다.

적절한 균형을 찾는 방법

건설 또는 제조의 다른 많은 측면과 마찬가지로 각 의도된 제품에 이상적인 재료를 만들기 위해 모든 것이 정렬되는 중간 지점 또는 최적 지점이 필요합니다. 특정 프로젝트에 다소 적합한 일부 재료는 요구 사항이 다르거나 허용 가능한 생태학적 영향 수준이 다르기 때문에 다른 프로젝트에는 부적절한 것으로 간주될 수 있습니다.

예를 들어 유리 섬유 수지 합성물은 강하고 선체의 작은 균열과 결함을 덮을 수 있기 때문에 보트 건설에 완벽한 옵션일 수 있습니다. 그러나 동일한 재료를 사용할 수 있는 피팅 옵션이 더 많기 때문에 철도 차량에 사용하면 성능이 훨씬 더 나빠집니다.

위의 5가지 안내 질문을 통해 초기 프레임워크를 구성하여 특정 제품 및 프로젝트에 더 적합한 자료를 식별할 수 있습니다.