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Introducción a la tecnología

LICENCIATURA EN DISEÑO INDUSTRIAL
Facultad de Arquitectura Diseño y Urbanismo

1

Introducción a los materiales
UT3

Objetivo particular:
Conocer diferentes familias de materiales y clasificaciones generales,
además de algunos procesos productivos y principales usos.

3.1 : Materias primas y materiales.
Clasificación general. Tipologías.
Clasificación según origen, naturaleza o estructura.
Características, y propiedades.

3.2 : Materiales de origen vegetal.
Madera natural. Subproductos derivados. Maderas artificiales.
Otros Subproductos derivados. Papel y cartón.
Algodón, caucho. Fibras textiles.
2

FAMILIAS DE
MATERIALES
Introducción y
definiciones

Clasificar según:
* Origen
* Naturaleza
* Estructura

MATERIA
Y ENERGIA

Tipología Formal:
* Lineal
* Laminar
* Volumétrico

UT3

Mineral / Vegetal / Animal
Natural / Artificial / Sintético
Metálicos / Cerámicos / Polímeros
Compuestos
Propiedades Tecnológicas y Sensoriales
Aptitud frente a requerimientos

CICLO DE VIDA DE PRODUCTO
CICLO DE VIDA DE PRODUCTO
Extracción materia prima //procesado de materiales
Extracción materia prima procesado de materiales
producción yymontaje //distribución //uso yyservicio //retiro
producción montaje distribución uso servicio retiro

Definiciones iniciales
MATERIA:
Industrialmente definida como materia prima.
Sustancias no elaboradas obtenidas del subsuelo
o producidas por agricultura, base de materiales
para producir bienes o proveer servicios.
Mediante tratamientos físicos o químicos
(refinación, aleación, síntesis química, etc.)

Materias primas se transforman en materiales
aptos para aplicaciones técnico-tecnológicas.

Los materiales: introducción
Amplia variedad de materiales disponibles
Necesidad de SISTEMATIZAR su estudio =
CLASIFICAR / ORDENAR / CATALOGAR

Existen muchas maneras de hacerlo:
* Origen:


* Naturaleza: Natural / Artificial / Sintético
* Estructura: Metálicos / Cerámicos
Polímeros / Compuestos
Usuario alerta: imagina y deduce material adecuado a diversos usos dependiendo de:
propiedades, ambiente, características sensoriales, esfuerzos, recursos productivos, etc.
5

* Según su Origen:

* Según su Origen:
Materiales origen Mineral:
no renovable, constituyentes no vivos de
corteza terrestre, elementos compuestos
y mezclas, gral. Inorgánicos, materia prima
variedad de elementos (metales) y
compuestos químicos. Metales/ No metales.

Materiales origen Vegetal:
renovable, gran variedad y heterogeneidad,
diversas propiedades y características según
sea: madera, celulosa, algodón, goma,
corcho, etc.

Materiales origen Animal:
renovable, presentes en muchos objetos
cotidianos, con diversidad de usos.
Entre ellos: cuero, lana, seda.

* Según su Naturaleza:

Orden natural:
heterogéneo sinuoso /
variable ritmo
biológico

Orden artificial:
homogéneo /recto
liso / industrial ritmo
productivo

Orden sintético:
deriva celulosa o
petróleo /
propiedades únicas
a medida.

Materiales Naturales:
los que (en estado bruto o sujetos a
procesos de purificación) existen en
naturaleza: hierro, madera, cobre,
petróleo, agua, mármol, etc.

Materiales Artificiales:
producidos por hombre a partir de
materiales naturales: papel, bronce,
vidrio, cerámica, etc.

Materiales Sintéticos:
podemos ubicarlos dentro de artificiales.
Obtenidos en laboratorios por procesos
de síntesis, o reacciones entre dos o más
productos químicos. Ejemplo: polímeros.

Clasificación
Natural / Artificial
inaplicable >
materiales procesados

TODOS ARTIFICIALES
Granito / Mármol
materiales elaborados >
artificial mesada >

* Según su Estructura
(atómica o microscópica)
Metálicos/ Cerámicos/
Polímeros/Compuestos

Ciencia de Materiales
se ocupa de su composición y estructura +
la relación existente entre aquellas y sus propiedades.
Si conoce que átomos están presentes en un material
y cual es su ordenamiento dentro del mismo,
puede deducir cuales serán sus propiedades.
Por composición química de un material se entiende
el porcentaje de cada elemento presente en el mismo.
La influencia de la composición química en las propiedades
de un material podremos entenderla de una manera intuitiva
si comparamos las propiedades del Fe puro, por ejemplo,
con las del oro.
La importancia de la estructura queda manifiesta si, por ej.
comparamos las propiedades del grafito y el diamante.
Ambos son carbono puro:
Grafito: átomos dispuestos en una red cristalina hexagonal.
Diamante: en el segundo lo están en una red cúbica.

Concepto de ESTRUCTURA
Puede entenderse a distintos niveles:
Por estructura nuclear entendemos la composición
del material en términos de protones y neutrones.
Un nivel superior lo constituye la estructura atómica
definida como la disposición electrónica en los
átomos y que determina las propiedades químicas
del material.
La estructura cristalina nos indica el ordenamiento
tridimensional de los átomos o moléculas.

Los materiales: estructura atómica
Estructura física de sólidos =
consecuencia de disposición geométrica de átomos y moléculas en el espacio
+ fuerzas de interconexión entre ellos.
(enlaces primarios y secundarios que los mantienen unidos para formar sólidos)
Propiedades y comportamiento dependen de constitución y estructura.

Estado cristalino

Estado no cristalino o amorfo

Representada x Red espacial conjunto
de celdas unitarias que se repiten en
el espacio. cada punto= un átomo
Metales / aleaciones y det. cerámicos

Carecen de estructura ordenada y formas bien
definidas. Muchos= mezcla moléculas que no
apilan Otros= moléculas grandes y complejas.
Vidrio y algunos plásticos

15

Concepto de ESTRUCTURA
La microestructura de un material es visible utilizando
microscopio óptico o electrónico, proporciona información
sobre cristales individuales o granos, como normalmente
se los denomina, su tamaño forma y orientación.

La macroestructura aquella que se aprecia a simple vista,
o a lo sumo, con ayuda de una lupa. Tiene muchos aspectos
comunes con la microestructura, pero a escala diferente.

* Según su Estructura (atómica o microscópica)
Metálicos/Cerámicos/Polímeros/Compuestos
Materiales Metálicos:
Materiales inorgánicos constituidos por
elementos metálicos como el Fe, Al, Cu, etc.
y, eventualmente elementos no metálicos
como el C, N y O.
Los metales tienen estructura cristalina
(hoy, mediante técnicas de solidificación
rápida, se obtienen vidrios metálicos),
buenos conductores de calor y electricidad,
relativamente resistentes y dúctiles a
temperatura ambiente y tienen un brillo
característico denominado brillo metálico.

Materiales Metálicos:
mayor uso construcciones mecánicas.

Ferrosos:
basados en hierro, 90% usados son
aleaciones ferrosas, incluyen fundiciones
y aceros. Acero: + importante: resistencia
mecánica, versatilidad, bajo costo, variado
y fácil procesado. Acero+cromo= inoxidable
Acero+tungsteno= dureza p/ htas.

No ferrosos:
incluye también elementos no metálicos
y sus aleaciones, de gran espectro.
Entre las más importantes las de aluminio,
de magnesio y titanio con amplio uso como
estructurales ligeros

Materiales Cerámicos:
Son materiales inorgánicos y generalmente
cristalinos: constituidos por elementos metálicos
y no metálicos, unidos por enlaces iónicos y
covalentes.
Duros y Resistentes.
En general, aislantes térmicos y eléctricos,
si bien existen cerámicas superconductoras.
Ligeros. Se comportan bien a temperaturas
elevadas. Elevada fragilidad, pero resistentes
a la abrasión y corrosión.
Pueden derretirse, vaciarse, y conformarse
por varios métodos.

Materiales Cerámicos:
tradicionales y modernos / barro y
arcillas: 1ras civilizaciones / ladrillos
Cerámica tradicional: materiales
predominantemente cristalinos /
óxido de aluminio, de magnesio y de
silicio (sílice) Sílice= 75% elementos de
corteza terrestre= abundantes y
económicos /

Vidrios:
cerámicos no cristalinos / composición
del vidrio común= 72% peso: sílice y
resto óxido de sodio y de calcio.

Los versátiles polímeros:
materiales sintéticos= “muchos meros”
mero= bloque básico de la macromolécula /
polimerización= unión de monómeros formando polímero.
Materiales macromoleculares constituidos
por largas cadenas de moléculas orgánicas o redes.
La mayoría de los polímeros son amorfos si bien algunos
tienen cierto grado de cristalinidad con regiones vítreas y cristalinas.
Son malos conductores del calor y de la electricidad y
resistentes a la corrosión, de una forma general.
Son de baja densidad y poseen malas propiedades mecánicas.
Su limitación mas importante es su comportamiento a temperaturas
medias y bajas que los hace inutilizables por encima de 150C.

Materiales Polímeros: clasifican en:
TERMOPLÁSTICOS
TERMOESTABLES
ELASTÓMEROS
TERMOPLÁSTICOS:
* térmicamente deformables solidificación
no irreversible, múltiples ciclos
calentamiento/enfriamiento no alteran su
estructura molecular= reciclado de material
y recuperado residuos de producción.
Ejemplos: acetato de celulosa, polietileno,
poliestireno, cloruro de polivinilo (PVC),
policarbonatos, acrílicos,etc.

Materiales Polímeros:
TERMOESTABLES:
* finas mallas de macromoléculas.
Uniones firmes que hacen que estas
moléculas no se deslicen unas sobre otras
cuando se calientan.
* resistentes al calor, se llevan a estado
plástico través de reacciones químicas
en el mismo, al enfriar endurecen forma
permanente.
Ejemplo: resina fenólica, melamínica,
ureica, poliester, epoxi, poliuretánica, etc.

Materiales Polímeros:

ELASTÓMEROS:

1938, producción industrial cauchos sintéticos
(TP o TE) símil caucho vulcanizado:
gran resistencia y elasticidad.

Materiales Compuestos:
son mezclas no homogéneas de los anteriores.
Combinan componentes individuales (metal,
cerámico, polímero, etc.)
Los + comunes: PRFV – madera – hormigón.
Propiedades = dependen de…
* componentes * forma física * combinación

Materiales Compuestos:
Constituidos por dos o más materiales diferentes
con objeto de conseguir con ello un material con
propiedades intermedias.
Alta resistencia y peso ligero (PRFV)
Dureza a alta temperatura (CARBURO CEMENTADO)
Al constituyente más abundante se le denomina,
matriz, y al menos abundante refuerzo.
Por la naturaleza de la matriz se clasifican en
Compuestos de matriz:
Metálica / Cerámica /y Polimérica.
Los refuerzos, según su aspecto, se clasifican en:
Fibras / Partículas / Whiskers.

* Según su Tipología Formal:
Lineal - Filar / Laminar / Volumétrico

Metales: Morfología + Tecnología
Punto

Línea

Lámina

Volumen

proyectar → diseñar y materializar

proyectar → diseñar y materializar
natural vs. artificial
niveles de intervención técnica
crisis de reconocibilidad
selección de materiales

¿ QUÉ ES UN MATERIAL?
¿ CÓMO ESTÁ COMPUESTO?
¿ SUS PROPIEDADES?

Selección de materiales en función de:
Estructuras y propiedades de los materiales
FISICO-QUIMICAS
Dureza
Fragilidad
Maleabilidad
Ductilidad

* PROPIEDADES

Estructura interna
Configuración átomos
+ otros factores:
Composición
Métodos transformación
Material y Proceso más
económico

* PROCESO
SELECCIÓN DEL MATERIAL

Predicción
Control
Comportamiento
Desempeño
Procesamiento
y dimensiones

* APLICACIONES
ESPECIFICAS

DISEÑO CONCURRENTE Y CICLO DE VIDA

en relación a otros conceptos …
Manufactura:
1. Obra hecha a mano o con auxilio de máquina. Producto industrial.
2.Lugar donde se fabrica.
Manufactura (del latín manus, mano, y factura, hechura)
fase de la producción económica de bienes
Transformación de materias primas en productos manufacturados,
productos elaborados o productos terminados para su distribución
y consumo. Involucra procesos de productos semielaborados.
Actividad del sector secundario de la economía, también denominado
sector industrial, sector fabril, o simplemente fabricación o industria.

Condicionantes del entorno empresarial industrial:
Tecnologías - Producción - Inversiones y Costos - Proveedores – Mercado

UT3

3.2
Materiales de
origen vegetal
“ Lo clásico,
lo doméstico
y lo nuevo”
37

Tecnología y complejidad
Niveles Intervención Técnica
NIVEL ELEMENTAL
preindustrial / artesanal
sustrato natural visible
y condicionante
madera / piedra
primeros metales y
aleaciones defectuosas

Materiales: Morfología + Tecnología
Punto

Línea

Lámina

Volumen

Silla Thonet Nº 14 / Año 1859

Michael Thonet (1796-1871)
constructor de muebles e industrial alemán,
pionero en diseño de muebles y
creador de técnicas de curvado de madera.
La número 14,
(por su posición
en el primer catálogo
de muebles en el que
apareció) es la más
famosa, también
conocida como Bistro
o silla Thonet,
Diseñada por él mismo
en 1859, usa una única
tecnología de doblado
al vapor.
Su precio asequible (menos que botella de vino)
resultado de aplicar métodos de producción
mecanizados y su diseño simple la convierten en
uno de los modelos más vendidos de la historia.
Obtuvo medalla de Oro en Exposición Mundial
de París/ 1867.

Silla Thonet Nº 14 / Año 1859

La número 14 está hecha con seis piezas de madera curvada al vapor, diez tornillos y dos tuercas.
Las partes de madera son hechas con listones de madera de haya calentados a 100 °C, prensadas
en moldes de hierro fundido y secadas a temperatura alrededor de 70 °C durante 20 horas.
Las sillas se producen en serie por trabajadores no necesariamente calificados y desensamblada
para ahorrar espacio durante el transporte, idea similar retomada en los paquetes de Ikea.

Morris Chair Model 2340 / Año 1901

Gustav Stickley (1858-1942)
fabricante de muebles y
arquitecto americano, principal
referente del movimiento
American Craftsman.

Stickley formó la filosofía
de sus muebles después
de encontrarse con las Artes
británicas y el movimiento
de la fabricación a mano durante
los viajes a Europa a mediados
de la década de 1890.
La sencillez extrema
y la utilidad fueron
sus prioridades ,
defendió hogares funcionales
cuya belleza deriva de
la simplicidad y la armonía.
Muebles con funciones
integradas y elementos
estructurales a la vista,
con pieles y colores naturales.

Silla Hormiga o Ant / Año 1951.

La silla Hormiga, o Silla Ant
fue diseñada en 1951 por el
arquitecto danés Arne Jacobsen,
(1902-1971).

El nombre surge de la forma,
la cual asemeja una hormiga
con la cabeza levantada.
El objetivo era ser ligera,
resistente, y fácil de transportar.
La silla además es apilable
e intentaba que la persona
no chocara con las patas de la
silla, de ahí que tiene sólo tres,
aunque hay versiones más
nuevas con cuatro patas.
Fue uno de los 1ros modelos
que incluyó barras y tubos
de metal en el conjunto.

Silla Hormiga / contrachapado - multilaminado

Cubitera / Año 1960.

Los seguidores daneses del movimiento
Moderno, como Jens Quistgaard,
prescindieron de la búsqueda de nuevos
materiales y usaron los tradicionales
como la madera de teca para esculpir,
a partir de procesos simples como torneado,
bellas formas en productos cotidianos.

Un cubo de madera formado por más de mil listones de madera.
de igual sección y distintas longitudes.
Festival de arquitectura en Montpellier, Francia.

Cicada: instalación de bambú en un parque de Taipei en Taiwan.
El arquitecto Marco Casagrande crea estructura sobre el entorno industrial
que rodea, una pieza sostenible y orgánica en medio de un área asfixiante
donde residentes y visitantes descansan de la ciudad y se relajan.

Placas artificiales de bambú en muebles de guardado y bibliotecas

Inspirado en los martillos de un piano, el perchero de madera Piano hanger,
se mantiene completamente liso y plano en desuso. Para colgar una prenda,
extiende soportes, en los diferentes niveles del panel.

También para niños: juguete de madera: cubo que se transforma en muñeco!

Mr Cube: una parte central y cinco piezas intercambiables acoplan x imanes,
del español Héctor Serrano, para la iniciativa TEN PLAN
Diseños sostenibles, sencillos, funcionales, y respetuosos con medio ambiente.

Pequeñas obras de arte o
auténticas joyas en madera,
así podríamos definir estos
bolsos de mano diseñados
por Tesler + Mendelovitch
y realizados con las maderas
más exclusivas.

Rising Chair una silla plegable y atractiva

De Robert Van Embricas. Una sola hilera de tablas que se articulan
hasta convertirse en el mueble o en una tabla perfectamente plana.

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