Phần I : Lựa chọn vật liệu (Materials Selection)
Design (hiểu theo nghĩa rộng là thiết kế hoàn chỉnh một sản phẩm – trong bản dịch này,
tôi sẽ giữ nguyên từ này mà không dịch thành “thiết kế” như các bạn vẫn hiểu, do nội
hàm của khái niệm design rất rộng - ND) là một quá trình lặp. Bạn khởi đầu quá trình này
với một sản phẩm cần design (ví dụ một cây viết, một cái máy sấy tóc hay một thùng
chứa nhiên liệu của lò phản ứng hạt nhân,…), liên k
ết ý tưởng đó với các kiến thức bạn
đã biết hoặc đã từng thấy ở đâu đó và tất nhiên, bạn không thể không liên hệ chúng với
các kinh nghiệm bạn có (ví dụ, những mẫu sản phẩm thành công hay thất bại của bạn
trước đây). Tất cả hệ thống tư duy ấy sẽ hình thành trong bạn design sơ bộ của sản phẩm.
Tiếp theo, bạn s
ẽ chính xác hóa design này bằng một quá trình mang tính hệ thống mà
chúng ta sẽ xét sau đây.
Lựa chọn Vật liệu là phần không thể thiếu đối với design. Và bởi vì các nguyên lý của cơ
khí, động lực học,… đã được xác lập từ lâu và đã trở thành chuẩn mực nên mỗi khi xuất
hiện một loại vật liệu mới, các design mới lại ra đời nhờ sử dụng các vật liệu này. Các
designer có thể lựa chọn vật liệu cho sản phẩm của mình trong số 4 nhóm vật liệu phổ
biến: kim loại, gốm, polymer và compozit. Mỗi nhóm vật liệu trên lại có ưu và nhược
điểm riêng, điều này designer phải cân nhắc thật kỹ lưỡng. Bảng sau tổng kết các ưu
nhược điểm nói trên:

Ở gần nhiệt độ phòng, các kim loại có mô đun đàn hồi và độ bền cao và hầu như không

polymer thay thế kim loại trong các laoij máy móc mà không để ý đến việc sự khác biệt
về tính chất của hai nhóm vật liệu này đòi hỏi phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống nếu muốn
thay đổi vật liệu. Các khác biệt có thể chỉ ra:
- Polymer có mô đun đàn hồi nhỏ hơn kim loại rất nhiều lần: khoảng 100 lần.
- Biến dạng của polymer phụ thuộc vào thời gian đặt tải : Chúng bị dão ngay cả ở
nhiệt độ thường.
- Độ bền của polymer thay đổi rất nhanh trong khoảng nhiệt độ gần nhiệt độ phòng.
Một vật liệu polymer có thể rất dẻo dai ở 20 độ C nhưng lại trở nên giòn khi đặt
trong tủ lạnh ở 4 độ C.
Với tất cả những hạn chế kể trên, tại sao chúng ta vẫn dùng polymer? Polymer có thể
dùng để chế tạo các chi tiết rất phức tạp mà chỉ cần một bước gia công. Các chi tiết
polymer cũng rất dễ lắp ráp, dẫn đến khả năng tăng năng suất toàn bộ dây chuyền. Và
cùng với việc tăng độ chính xác của khuôn mẫu, pha màu sẵn cho vật liệu polymer, sản
phẩm sau tạo hình không cần qua bất kỳ khâu xử lý bề mặt nào nữa. Do vậy, các chi tiết
làm từ polymer có giá thành rất thấp, có thể đem lại hiệu quả kinh tế cao. Tỷ trọng của
polymer cũng thấp, chúng lại có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, hệ số ma sát nhỏ và
cho phép biến dạng với tỷ lệ lớn. Đó là những ưu việt của polymer mà kim loại và gốm
không sánh được.
Composite khắc phục rất nhiều thiếu sót của các vật liệu truyền thống. Chúng cứng vững,
dai và có độ bền cao. Hạn chế duy nhất của composite là giá thành quá cao và đôi khi các
chi tiết composite khó gia công, lắp ráp. Vì vậy, các designer chỉ dùng composite khi các
ưu điểm vượt trội của chúng tương xứng với mức tăng giá thành mà chúng “gây ra”.
Các vật liệu mới xuất hiện ngày một nhiều. Mỗi năm, người ta lại phát minh ra những
polymer cứng và bền hơn, composite cũng rẻ hơn nhờ tăng sản lượng. Các lọa gốm có độ
dai được cải thiện và được dùng ngày càng nhiều trong các kết cấu. Và ngay cả đối với
lĩnh vực phát triển “chậm” như các vật liệu kim loại thì việc hiểu biết rõ ràng hơn về bản
chất vật liệu, kiểm soát chặt chẽ chất lượng, tìm thêm các hợp kim mới cũng làm cho các
chi tiết kim loại ngày càng ổn định và tin cậy hơn. Tất cả những sự thay đổi đó luon
mang đến cho designer cơ hội để design lại sản phẩm của mình, khai phá những tính
năng kỳ diệu của các vật liệu mới, giảm giá thành sản phẩm hay làm cho chúng trở nên