Materiaalselectie als onderdeel van productontwerpen

Transcriptie

1 Materiaalselectie als onderdeel van productontwerpen Materials Engineering Ilse van Kesteren May 18, Industrieel Ontwerpen Goedemiddag! Ik zal vandaag iets vertellen over mijn bevindingen over materiaalselectie en specifiek welke overwegingen ontwerpers mee te maken hebben tijdens het bepalen van materialen. Design Engineering, TUDelft,

2 Foto s maken krasvast spatwaterdicht electrische isolatie helder transparant May 18, Ik wil beginnen met het laten zien van een product. De functie van dit product is foto s maken. Om foto s te maken heeft het product bepaalde onderdelen zoals een lens, een opslagmedium, een verwerkingsmedium en een batterij. Om de functie te vervullen en een duurzaamheid te geven zijn er een aantal eisen gesteld aan het materiaal zoals krasvastheid, spatwaterdicht, elektrische isolatie en een helder transparant materiaal voor de lens. Design Engineering, TUDelft,

3 Foto s maken kleur, glans oppervlak, gewicht stijl, associaties May 18, Als we kijken naar het assortiment van camera s zien we dat ze allemaal voldoen aan deze eisen. Maar toch zie je verschillen. Deze zijn deels te wijten aan de vorm, maar ook aan het materiaal. De verschillen zorgen voor een verschillende uitstraling van de producten zodat de gebruiker ze anders zal ervaren. Anders visueel, anders tactiel, ander geluid als je ze op tafel zet. Door te kiezen voor een materiaal kun je deze ervaring beïnvloeden. De sensorische eigenschappen van materialen spelen hierbij een belangrijke rol. Dit voorbeeld geeft aan dat materialen behalve functionele eigenschappen ook een andere betekenis hebben. Hoe ontwerpers die multi dimensiteit toepassen wordt in deze presentatie toegelicht. Design Engineering, TUDelft,

4 Introductie Promotieonderzoek materiaal selecteren Materiaalbepaling voor producten Ontwerpen Interactie met gebruiker Materialen vastleggen Model van ontwerpoverwegingen May 18, Ik wil beginnen met kort wat te vertellen over mijn promotieonderzoek aan de TU Delft en over de aanpak en doelen. Daarna zal ik ingaan op mijn bevindingen over materiaalbepaling voor producten. Deze bevindingen zijn gekregen door een combinatie van literatuuronderzoek, interviews met productontwerpers en gesprekken met materialenmensen. Een belangrijk onderdeel van de materiaalbepaling zijn de overwegingen die met de materialen samenhangen zoals fabricagemogelijkheden en de interactie met de gebruiker. Ik zal aanstippen hoe deze overwegingen samenhangen. Design Engineering, TUDelft,

5 Promotieonderzoek materiaal selecteren Hoe kunnen productontwerpers ondersteund worden tijdens het bepalen van materialen rekening houdend met gebruikersaspecten van materialen? Ontwerppraktijk beeldvorming materialen en ontwerpen Ondersteunen informatievoorziening bepalen gewenste materiaaleigenschappen May 18, De hoofdvraag van mijn promotie onderzoek luidt: Hoe kunnen productontwerpers ondersteund worden tijdens het bepalen van materialen rekening houdend met gebruikersaspecten van materialen? Ik richt me in dit project op productontwerpers die bezig zijn met het ontwerpen van nieuwe producten voor consumenten. Het ontwerptraject loopt van de opdracht, een probleem of behoefte naar het moment van technische tekeningen, dat wil zeggen klaar voor een nulserie. Met de gebruiksaspecten van materialen bedoel ik bijvoorbeeld de sensorische eigenschappen. Met deze eigenschappen houdt de ontwerper naast de functionele eigenschappen ook rekening. Ik kom daar later op terug. De aanpak van het onderzoek bestaat uit twee fasen. Ten eerste breng ik in kaart hoe materialen en ontwerpen met elkaar verbonden zijn. Ik heb interviews met productontwerpers gehouden en een theorie ontwikkeld over hoe ontwerpoverwegingen waaronder materiaal overwegingen met elkaar samenhangen. De tweede fase bestaat uit het ontwikkelen van een ondersteuning voor het bepalen van materialen. Hoe komt de ondersteuning er dan uit te zien? Een deel zal gericht zijn op informatie zodat de ontwerper een globale materiaalkeuze kan maken zodanig dat hij een een externe partij kan betrekken bij het project. Met een partij bedoel ik een materiaalleverancier of fabrikant. Het tweede deel gaat over de onderhandelingen die vervolgens plaatsvinden met de fabrikant of materiaalleverancier. De ontwerper kan hierbij ondersteund worden bij het vastleggen van het materiaalprobleem, het aangeven wat de grenzen zijn voor de materialen en wat de ruimte is waarbinnen onderhandeld kan worden. Daarbij natuurlijk niet alleen rekening houdend met de functie van het product maar ook de Ilse van Kesteren, interactie Faculty met of de Industrial gebruiker! Design Engineering, TUDelft,

6 Ontwerpen Ontwerpen resulteert in een plan voor een product Alle aspecten van de levenscyclus worden meegenomen Productontwerpers hebben speciale aandacht voor de gebruiker Interactie Functie Beleving May 18, De activiteit ontwerpen resulteert in een plan voor een product. In dat plan staan de geometrie, de materialen, de manier van gebruiken en de fabricage. Alle aspecten van de levenscyclus worden in dit plan meegenomen. Productontwerpers hebben speciale aandacht voor de gebruiker, waarbij vormgeving, ergonomie en gebruiksinterface belangrijk zijn. Design Engineering, TUDelft,

7 Product gebruiker interactie Interactie op twee niveau s 1. Functioneren van het product, het gebruik 2. Niet direct gerelateerd aan het functioneren, de beleving b.v. emotie, esthetiek, product persoonlijkheid product beleving interactie functioneren gebruiker May 18, Ik onderscheid interactie op twee niveaus. Ten eerste op het niveau van gebruik. Bijvoorbeeld bij een mobiele telefoon is de functie onder andere bellen. En de interactie om te bellen bestaat uit het indrukken van een aantal knoppen en de feedback die je daarover krijgt. De tweede soort interactie gaat niet direct over het gebruik met betrekking tot functioneren, maar over de beleving die je daarbij hebt. Deze wordt gevoed door de sensorische eigenschappen van het product, maar ook door de associaties die je met een product hebt, bijvoorbeeld waarom iemand een bepaald type telefoon heeft. Materialen spelen hierbij een belangrijke rol. Design Engineering, TUDelft,

8 Ontwerpproces Van behoefte naar productplan Inkaderen, informatie zoeken, genereren, vergelijken, kiezen, testen, onderhandelen Resultaat: vastgelegde geometrie, materiaal, functie, fabricage en gebruik behoefte / opdracht concipiëren materialiseren detailleren productplan May 18, Kort wat over het ontwerpproces. Er worden verschillende fasen onderscheiden die globaal onder te verdelen zijn in deze drie fasen (concipiëren, materialiseren en detailleren), maar vaak per ontwerper en project verschillen. Als je kijkt wat ontwerpers doen binnen deze fasen dan kun je een aantal activiteiten onderscheiden. Inkaderen gaat over het inperken van de ontwerpruimte en de randvoorwaarden opstellen. Informatie zoeken gebeurd op verschillende onderwerpen zoals materialen en gebruiksinteractie (bijvoorbeeld door gebruiksonderzoeken), Het genereren van oplossingen, het vergelijken van deze oplossingen en kiezen tussen oplossingen. Daarbij testen ontwerpers vele stadia van hun ontwerpen. Onderhandelen vind plats met diverse partijen waaronder de klant en materiaalleveranciers of fabrikanten. Als resultaat van het ontwerpen wordt een productplan vastgelegd waarin onder andere de materialen zijn aangegeven. Design Engineering, TUDelft,

9 Materiaal vastleggen Detail neemt toe Inkaderen, informatie zoeken, genereren, vergelijken, kiezen, testen, onderhandelen Niet alleen selecteren of kiezen maar al deze activiteiten MATERIAALBEPALING Welke eigenschappen moet het materiaal bezitten? May 18, Met dit in het achterhoofd kunnen we ook kijken naar hoe materialen vastgelegd worden. Bij elke stap neemt het detail toe. Van keuze tussen metaal en kunststof naar een soort kunststof, naar een kunststof van een bepaald type ingekocht bij een bepaalde leverancier. Eigenlijk is de materiaalkeuze ook een soort ontwerpproces. Het is dus niet alleen het kiezen van materialen, maar ook de grenzen bepalen, het zoeken naar informatie, bijvoorbeeld aan de hand van andere producten of materiaalsamples. Het genereren van een aantal oplossingen, het vergelijken van oplossingen, testen en onderhandelen. Belangrijk is dus om niet alleen te spreken over het kiezen van materialen maar over materiaalbepaling, waarin al deze activiteiten zitten. MATERIAALBEPALING is het vastleggen van de materialen van een product door informatie te zoeken, het bepalen van de materiaalbeperkingen en ruimte, het opstellen van een lijst met mogelijkheden en het kiezen en onderhandelen hierover. Design Engineering, TUDelft,

10 Materiaalbeperkingen en ruimte Randvoorwaarden bepalen de grenzen van de materiaalmogelijkheden, b.v. wetgeving productiepark productlijn investeringsmogelijkheden Binnen de grenzen vinden materiaaloverwegingen plaats Materiaaloverwegingen en de daaruit voortvloeiende beslissingen verkleinen de ontwerpruimte May 18, Het kiezen van materialen gebeurd vaak door de ontwerper in overleg met materiaalleverancier en klant. Het is daarom belangrijk om de materiaalbeperkingen en ruimte te weten alvorens onderhandelingen in te gaan. Randvoorwaarden zijn vaak al vrij snel bekend vanwege wetgeving, doelgroep, productiepark van de klant, keuzes die gemaakt zijn in andere producten van de productlijn en natuurlijk de investeringsmogelijkheden. Binnen de grenzen vinden ontwerpoverwegingen plaats en natuurlijk ook materiaal overwegingen. Uit de overwegingen vloeien beslissingen die de ontwerpruimte verkleinen, bv. De beslissingen over kunststof t.o.v. metaal heeft consequenties voor andere overwegingen bijvoorbeeld de fabricage. Design Engineering, TUDelft,

11 Materiaaloverwegingen Welke overwegingen spelen een rol bij het bepalen van een materiaal (M)? Functie (F) Fabricageproces (MP) Geometrie (S) Ashby, M.F. (1992) Material selection in mechanical design. Pergamon Press. Oxford, UK. M F MP S M Materiaal F Functie MP Fabricageproces S Geometrie May 18, Dat brengt ons nu op het gedeelte van de presentatie die gaat over de verschillende ontwerpoverwegingen die te maken hebben met de materiaalbepaling. Zoals bekent kun je niet alle materialen op dezelfde manier bewerken of kun je dezelfde geometrie of shape bereiken met verschillende materialen. Ashby van Cambridge University laat de samenhangen tussen de verschillende elementen functie, fabricage en geometrie op de volgende manier zien. De pijlen geven aan dat overwegingen op het ene element invloed hebben op de andere. Design Engineering, TUDelft,

12 Materiaaloverwegingen - voorbeelden F Metals sheet forming Plastics injection molding M S MP Polystyrene Polyethylene M Materiaal F Functie MP Fabricageproces S Geometrie May 18, Bijvoorbeeld bij gelijke functie bij deze fietslamp zijn verschillende materialen gebruikt wat resulteert in een andere vorm en fabricage. Ook de functie heeft invloed op de materialen zoals de materialen voor een verpakking voor salade anders kan zijn dan de materialen gebruikt voor de verpakking van magnetronmaaltijden. Tot zover is het bekend, maar we hebben het nog niet over de gebruiker gehad. Design Engineering, TUDelft,

13 Materiaal en gebruiker Materialen beïnvloeden ook het gebruik en de beleving Electex ABS May 18, Hier zie je twee toetsenborden die elk van een ander materiaal vervaardigd zijn namelijk electex, een flexibel materiaal en een gewoon toetsenbord van hard kunststof. Je kunt je voorstellen dat door het verschil in materiaal de gebruiksinteractie veranderd. Het kan moeilijker zijn om je vingers te positioneren, te voelen of je een knop ingedrukt hebt of moeilijker schoon te maken. Ook bij de beleving van producten spelen materialen een belangrijke rol. De verschillende materialen geven een andere uitstraling aan beide telefoons. Design Engineering, TUDelft,

14 Materiaaloverwegingen PP U M F S F MP M S M Materiaal F Functie MP Fabricageproces S Geometrie PP Product persoonlijkheid U Gebruik MP May 18, We kunnen het model dus uitbreiden met de overwegingen omtrent het gebruik en de beleving of product persoonlijkheid. Zoals de pijlen ook hier aangeven hebben overwegingen en beslissingen op een van de elementen ook invloed op de overwegingen en beslissingen op andere elementen. De taak van de ontwerper is deze overwegingen te integreren en weloverwogen keuzes te maken. Design Engineering, TUDelft,

15 Materiaaleigenschappen Functie (F), b.v. sterkte, corrosieweerstand Fabricageproces (MP), b.v. mogelijke bewerkingstechnieken PP U Geometrie (S), b.v. minimale diktes, afrondingshoeken, toleranties Gebruik (U), b.v. reflectie, warmteoverdracht M F MP S Product persoonlijkheid (PP), b.v. sensorische eigenschappen, associaties May 18, Maar laten we nog eens inzoomen op de materialen. Doordat al deze aspecten invloed hebben op de materiaal overwegingen (en andersom) hebben materialen eigenlijk ook vijf gezichten. Ontwerpers zullen kennis moeten hebben van al deze gezichten. Je zou dus kunnen spreken van een vijftal types materiaaleigenschappen (die overigens vaak aan elkaar verwant zijn). Functie: gerelateerd aan hoe het product moet functioneren, licht doorlaten voor een lens, warmte geleiden voor een verwarmingselement van een waterkoker. Fabricage: spuitgietbaar, seriegroottes, giftige stoffen die vrijkomen, beschikbaarheid van materialen Geometrie: vormgevingsmogelijkheden, toleranties Gebruik: reflecteren van beeldscherm, fluitketel met te warme handvaten, verschillende materialen voor verschillende knoppen Product persoonlijkheid; kleur, tactiliteit, geluid bij botsen, trends, chroom in de keuken. Design Engineering, TUDelft,

16 Informatie Technisch georiënteerd May 18, In mijn promotieonderzoek is de informatie over materialen een aandachtspunt. Voor technisch georiënteerde informatie zijn veel bronnen beschikbaar zoals handboeken, selectieprogramma s en informatie bij materiaalleveranciers, datasheets. Design Engineering, TUDelft,

17 Informatie Sensorische eigenschappen May 18, Voor de sensorische eigenschappen gebruiken ontwerpers materiaal samples en voorbeelden uit andere producten. Deze dingen worden niet alleen als informatie gebruikt maar ook als voorbeelden bij onderhandelingen. Beide informatiebronnen hebben voordelen en geven een gedeelte van de informatie die ontwerpers nodig hebben, maar zoals aangeven ligt het ontwerpprobleem wat complexer en heb je over alle materiaalgezichten informatie nodig. Design Engineering, TUDelft,

18 materialexplorer May 18, *Bron: launched February 2005 Een nieuwe materiaal zoekmachine die de technische en sensorische eigenschappen van materialen integreert is de material explorer van Materia. In deze database zitten vooral materialen die in de architectuur bruikbaar zijn. Design Engineering, TUDelft,

19 Afsluiting Ontwerpers bepalen materialen niet alleen op functionele eigenschappen, maar houden ook rekening met de gebruiker. De sensorische eigenschappen van materialen spelen een belangrijke rol bij de interactie tussen gebruiker en product. Zoals gezien kun je functie en gebruiker niet los van elkaar zien, maar is het de taak van de ontwerper om beide te integreren. May 18, Dan kom ik bij het einde van mijn presentatie. Ik wil nog kort samenvatten wat ik vandaag verteld heb. Belangrijk is het besef dat ontwerpers niet alleen op functionele eigenschappen materialen bepalen, maar ook rekening houden met de gebruiker. Materiaaleigenschappen die invloed hebben op de zintuigen zoals visuele, tactiele maar ook auditieve en bij sommige producten zelfs smaak hebben grote invloed op de interactie met de gebruiker. Je kunt functie en gebruiker niet los van elkaar zien, maar is het de taak van de ontwerper om beide te integreren. Design Engineering, TUDelft,

20 Verder onderzoek Model van materiaaloverwegingen geschikt om materiaalinformatie te organiseren? Ontwerpers ondersteunen bij het bepalen van de gewenste materiaaleigenschappen May 18, Wat zijn de volgende stappen in mijn promotieonderzoek? Ik heb verteld over de verschillende gezichten van materialen, alleen is het nog niet bekend of je informatie over materialen ook zo kunt organiseren en aanbieden. Dat wordt dus eerst onderzocht. Vervolgens ga ik starten met het ontwikkelen van een hulpmiddel bij het aangeven van de materiaalruimte en beperkingen waarmee ontwerpers naar een fabrikant kunnen toestappen. Denk daarbij aan het vertalen van het ontwerpprobleem waarin functie en interactie met de gebruiker centraal staan in een materiaalprobleem waarin de gewenste materiaaleigenschappen staan. Dit was wat ik vandaag over mijn onderzoek wilde vertellen. Bedankt voor uw aandacht. Design Engineering, TUDelft,