חומרים

בחירת החומרים למוצר מתחיל מהגדרת הצורך (הבעיה), הגדרת אוכלוסיית היעד
ותאור התנאים שבהם המוצר ישרת.

תהליך התיכון: נוצרת בעיה← נולד הצורך במוצר← עולות הדרישות מהמוצר← נבחרים החומרים למוצר (על פי תכונותיהם ותהליכי העיבוד שלהם)

תהליך התיכון הוא אוסף של תהליכים שבו נולד רעיון מתוך צורך, הרעיון קורם עור וגידים והופך למוצר טכנולוגי.

מאז ומתמיד ניצל האדם חומרים שונים כדי להתקין מהם כלים. מקובל לכנות תרבויות ותקופות שונות בהיסטוריה האנושית על פי החומרים החדשים בהם השכיל האדם להשתמש לייצור מוצרים וכלים. תקופת האבן. תקופת הברונזה. תקופת הברזל.
יתכן שהכינוי "תקופת הפלסטיק" מתאים למאה ה-20!

חומרי גלם.

מסורתיים:

עץ, ברזל, זכוכית, אבן, קרמיקה – חימר, עור, בדים, חבלים, מתכות יקרות – זהב, כסף

חדשים:

בטון, מתכות חדשות – אלומיניום, נירוסטה, פליז, פלסטיק, גומי

לכל חומר יש את שיטות העבודה – טכנולוגיות היצור המתאימות לו.

בכל עיצוב ישנם יחסי גומלין בין הצורה, לחומר ולשיטת הייצור.

טכנולוגיות יצור מסורתיות:

עץ- ניסור, גילוף, שיוף, הדבקת פלטות

ברזל- נפחות, מסגרות (פרזול, כיפוף)

זכוכית- ניפוח.

בדים וחוטים- תפירה, אריגה, שזירה, קליעה.

קרמיקה- כיור

אבן- סיתות, ניסור

מתכות יקרות- צורפות.

חלק מהטכנולוגיות המסורתיות הן בשימוש עכשווי, אם בעזרת אותם כלים מסורתיים

ואם בעזרת מיכשור מתוחכם יותר.

 לדוגמא :  *שימוש ברתכת או חיתוך בלייזר בעבודות ברזל.

*שימוש במכונות חשמליות או ממוחשבות בנגרות (במפעלים גדולים).

שימוש בחומרים חדשים מוביל לתהליכי ייצור חדשים ולצורות חדשות

ההתפתחות הטכנולוגית משפיעה על עיצוב המוצר.

שימוש במחשב ביצור מאפשר ליצור דגמים מדוייקים

טכנולוגיות יצור חדשות

יציקה בתבניות-בטון, גומי, זכוכית, חרס.

הזרקה בתבניות-פלסטיק.

חיתוך בליזר-כמעט כל חומר קשיח ניתן לחתוך בלייזר.

הלחמה- מתכות יקרות, נחושת.

שיטות ייצור.

יצור יחידני: ייצור של יחידות בודדות – בד"כ מעשה אומן

יצור סידרתי: ייצור סידרה מוגבלת במספר  של מוצר זהה (מאות/אלפים)    כמו – דברי דפוס.

יצור המוני: ייצור במספר בלתי מוגבל. בד"כ מוצרים שאינם תלויי אופנה (כמו - מזון)

ההבדלים בין יצור יחידני ליצור המוני:

יצור יחידני: * זמן ייצור ארוך *מתקבל מוצר עבודת יד שאינו לגמרי מדוייק * עלות המוצר יקרה *המוצר יחיד ומיוחד

יצור המוני: * זמן ייצור קצר  *מתקבל מוצר מדוייק  *עלות המוצר נמוכה יותר *המוצר המוני, סידרתי

תכונות החומר.

(רכות - קשיות, גמישות - קשיחות, חוזק מכני, יכולת טקסטורלית, עמידות לפגעי הזמן, חום - קור) ואפשרויות הייצור באמצעות החומר הן מרכיב חיוני בבחירתו!

·        תכונות פיסיקאליות:  

      כובד החומר, יכולתו של החומר לספח מים, צפיפות החומר (מסה ליחידת נפח)

קוביית הזהב וקוביית הקלקר הן בנפחים שווים. המסה של קוביית הזהב גדולה בהרבה מזו של קוביית הקלקר = לזהב ולקלקר צפיפות שונה.

·        תכונות חשמליות:

 "מוליכים חשמליים" -  חומרים המאפשרים מעבר של זרם חשמלי בתוכם (חומרים שאינם מבודדים).

"מבודדים" - חומרים המונעים מעבר של זרם חשמלי בתוכם.

·        תכונות מכניות:

 כוחות לחיצה פועלים כלפי פנים הגוף וגורמים להתקצרות (התכווצות) הגוף, הקטנת ממדי הגוף.

כוחות מתיחה / משיכה פועלים במגמת התארכות הגוף, הגדלת ממדי הגוף.

(לדוגמא: מתיחת קפיץ)

כיפוף נגרם משני כוחות הפועלים על הגוף: על צד אחד של הגוף פועל כוח המביא להתקצרותו - לחיצה,      

על צדו האחר של הגוף פועל כוח המביא להתארכותו - מתיחה.

כתוצאה מפעולת צמד הכוחות, הרכיב מקבל עקמומיות ומתכופף.

תכונות מכניות נוספות המתארות את תגובת החומר לכוחות הפועלים עליו:

חוזק, קשיות ואלסטיות

אלסטיות היא תכונה של החומר המצליח לחזור ממצב מעוות (שנוצר תחת עומס או מאמץ) לממדים המקוריים כאשר הוסר העומס.

·        תכונות כימיות: 

      תכונות אלו של מגדירות את התגובות של החומר לחיבור עם חומרים אחרים או עם הסביבה. (החמצן והלחות שבאויר, מלחים ממי הים)

נשאל: כיצד החומר מגיב לחומר אחר?

כיצד לארוז את המוצר כדי שיהיה מוגן?

לדוג' כוס מפלסטיק שתבוא במגע עם בנזין תתעכל, ברזל יחליד מלחות הים.

·        תכונות קוליות:

תכונות אלו מתארות כיצד יגיב החומר לתופעות הקשורות בקול

נשאל: האם הקול עובר דרך החומר? האם הקול יבלע על ידי החומר?

התחום המדעי העוסק בהשפעת הקול על החומר נקרא אקוסטיקה

·        תכונות תרמיות:

התכונות אלו מתארות כיצד הוא מגיב לחום ולשינויי טמפרטורה.

נשאל: האם הוא עמיד בחום?

האם הוא שומר על חום? מבודד?

האם הוא מתפשט ומתרחב בחום?

מגוון חומרים ושיטות יצור נפוצים לשימוש האדם כיום:

פלסטיק

פלסטיק הוא שם משפחה לקבוצה גדולה של חומרים מלאכותיים (סינטטיים) - מעשה ידי אדם.
הפלסטיק הומצא ע"י מדען בשם בקליט ב- 1927

החומרים הפלסטיים הם תוצר לוואי של תעשיית הנפט (הפחמן) והגז הטבעי.
"בקליט" במקורו הוא חומר שחור, חומר מבודד חשמל ולכן מופיע בהרבה אביזרי חשמל.

פלסטיק (לסוגיו השונים) הוא אחד החומרים הנפוצים ביותר בימינו.
לא קיים עוד סוג אחר של חומר, שניתן לקבל ממנו מגוון כה רב של מוצרים (חלקי מכונות, סיבים דקים, יריעות דקות וגמישות, מוצרים קשיחים...)
חומרים פלסטיים הנפוצים (בשמותיהם העממיים):
ניילון (שקיות אריזה,יריעות לחממות)
קלקר (חומרי בידוד, כלים חד פעמיים)
פליז (ביגוד, שמיכות)
PVC (צנרת, שטיחים)

שיטות עיבוד של פלסטיק:
דחיסה / הזרקה של חומר לתבניות.

זכוכית

הזכוכית היא תערובת של סודה, גיר וחול, המתמזגים יחד בחום רב.
תוספות של מתכות לזכוכית נותנות לה גוונים שונים או תכונות שונות.
הזכוכית – מוצקה, שבירה ומעבירה אור (לעיתים שקופה לגמרי)

שיטות עיבוד:
ניפוח ויציקה (ליצירת כלים זהים – סט כוסות).
עיבוד הזכוכית נעשה כשהיא מותכת ובמצב צבירה נוזלי.
מזכוכית מייצרים: כלי קיבול לנוזלים, כלי אוכל, שמשות לבתים ולרכב, עדשות ראייה, אריחים דקורטיביים, נייר לטש.
ניתן לכתוש את הזכוכית ולהוסיפה לחומרי בנייה וכבישים.
ניתן למחזר זכוכית, להתיך ולצקת לתבנית או לנפח.

עץ

מאז ומתמיד השתמשו בעץ כדלק לחימום והסקה.
העץ הוא חומר גלם מרכזי לתעשיית הרהיטים.
שיטות עיבוד:
גילוף, ניסור, שיוף, הדבקת פלטות, חריטה במכונות, כיפוף

תכונות העץ: אינו מוליך חשמל,
מבודד מפני חום, חומר כבד, מתנפח במים.
שימושים:
רהיטים, בתים, כלי עבודה, ייצור נייר, מסגרות, מדרגות ועוד.

מתכת

למתכת ברק וחוזק מכני, היא מיטיבה להוליך חום וחשמל

סוגי מתכת:
ברזל, נחושת, אלומיניום, זהב, כסף, פלטינה, מגנזיום, ניקל, אבץ עופרת.

שיטות עיבוד המתכת -
יציקת מתכת - התכת החומר ויציקה לתוך תבנית.
ריתוך / הלחמה - חיבור יריעות מתכת
כיפופי פח - יצירת מוצר תלת מימדי ע"י פריסה וכיפוף.

שימושי המתכת:
כלי נשק, כלי עבודה, תכשיטים, גשרים, גופי מכוניות, סירים, רהיטים, מטוסים, חוטי חשמל.

בטון

הבטון הוא תערובת של מלט, חול, חצץ ומים.
לאחר ייצור התערובת היא מתייבשת, ומתקשה כמו אבן.
הבטון נכנס לשימוש במהלך המאה ה-20.

לבטון חוזק לחיצה גבוה - ניתן להעמיס על הבטון משקל כבד בביטחה.
חוזק מתיחה נמוך - אי אפשר למתוח את הבטון מבלי שהוא ישבר.
כדי להתגבר על מגבלה זו, מניחים מוטות חיזוק מברזל ורשתות ברזל לפני יציקת הבטון (בטון מזוין).
בטון זה מסוגל להתמודד עם כוחות הלחיצה ועם כוחות המתיחה.






שיקולי המעצב בבחירת החומרים למוצר חדש:

בטיחות:

שימוש בחומרים לא רעילים,  בטיחות מפני קרינה רדיואקטיבית, בטיחות מפני סכנת התחשמלות או כוויות חום, הגנה מפני פציעה של המשתמש ועוד...

אחזקה:
אלו טיפולים מיוחדים (כגון: צביעה, ניקיון, שימון, תיקונים, אספקת חלקי חילוף וכדומה) יידרשו לאחזקת המוצר?

מחיר:
קביעת מחיר שיהיה נוח וגם יבטיח רווח.

הרכבה:
איך יחוברו החלקים זה לזה? האם תידרש הרכבה מיוחדת של חלקים? האם נדרש לפרק את המוצר?

נוחות:
האם המוצר יתאים לממדי המשתמש ויהיה נוח לשימוש?

מהו המרקם המתאים לו (חלק, מחוספס, רך, קשה...)?

האם יהיה נוח לאחסון?

טמפרטורה ואנרגיה:
באילו טמפרטורות ישרת המוצר?

האם נדרשים עמידות בחום או בקור, העברת חום או מניעת העברת חום (בידוד)?

השפעה על הסביבה:
האם תהליך הייצור והשימוש ידידותיים לסביבה?

האם נוצרים במהלכם חומרים רעילים?

האם ניתן לעשות במוצר שימוש חוזר או למחזר את החומרים שמהם הוא עשוי?

אסתטיקה:
כדי שהמוצר יהיה יפה משתמש המעצב בשיקולים של קווים וצורות, גודל ופרופורציה, סימטרייה ואסימטרייה, צבע, גימור, הצללה ואור, קישוט ועוד...