KJR-C2004 materiaalitekniikka Materiaalinvalinta ja elinkaarianalyysi Harjoituskierros 4
Aiheesta kirjoissa Callister & Rethwish. Materials Science and Engineering Chapter 22. Economis, Environmental, and Societal Issues in Materials Science and Engineering Ashby et al. Materials Engineering, Science, Processing and Design Chapter 20. Materials, process and the environment 2
Tänään ohjelmassa 1. Teoriaa, pienryhmäkeskustelua 2. Ryhmätyö
Atomitason ilmiöt Rakennemuutosten kinetiikka + mikrorakenne Mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet Rakenteet 4
Case - pyörän runko Runkoja tehdään lukuisista materiaaleista Teräs, alumiini, titaani, magnesium, GFRP, CFRP, puu Mikä on paras? Riippuu tilanteesta ja käyttötarkoituksesta Ei yhtä vaihtoehtoa 5
Parhaat vaihtoehdot Karttojen avulla löydetään parhaat vaihtoehdot Hiilikuitukomposiitit, alumiinit, teräkset (titaanit, magnesiumit, jotkut puulajit) Muistetaan, että ominaisuudet eivät tule tyhjästä Jäykkyys Atomien ja molekyylien väliset sidokset Lujuus Mikrorakenne, kiderakenne Alumiinit - erkautuskarkaisu Teräkset - faasirakenteet Hiilikuitukomposiitit - matriisin antaa muodon ja hiilikuitu kantaa kuorman 6
Trade-off Oheisessa kuvassa pyörän kokonaismassan ja hinnan vertailu Sen avulla voidaan arvioida, kuinka paljon painosäästölle annetaan arvoa Kilpapyörä vs. kauppapyörä 7 1. Ashby, M. F. Materials selection in mechanical design. Burlington, MA : Butterworth- Heinemann, cop. 2011. ISBN 9780080952239. s.210
Näiden perusteella johtopäätökset Ei ole yhtä oikeaa ratkaisua Ratkaisu riippuu käyttäjän tarpeista Monella ratkaisulla saavutetaan hyvä lopputulos Mutta jos kuitenkin halutaan sanoa mikä vaikuttaa kaikista parhaalta materiaaliominaisuuksien perusteella Hiilikuitukomposiitit, yllättikö? 8
Mutta Tähän mennessä olemme ottaneet huomioon mekaanisia ominaisuuksia (ja hinnan) Nykyään ympäristöasioille annetaan paljon painoarvoa suunnittelussa Esim. Koneenrakennuksen materiaalitekniikan ryhmällä oli juuri tutkimus NSN:n matkapuhelintukiaseman kuoren materiaalinvalinnasta, jossa yhtenä tutkimusongelmana oli hiilijalanjäljen pienentäminen Seuraavaksi ympäristövaikutusarvioksi saattaa nousta vesijalanjälki. 9
Elinkaari Päästöt CO 2, NO x, So x Pienhiukkaset Jäte Lämpöhukat 10
Elinkaariprofiili Erilaisten tuotteiden elinkaaren aikana tuotettujen päästöjen profiilit ovat erilaisia Käyttöintensiiviset Materiaali-intensiiviset Voidaan myös jakaa vaikuttavuuden mukaan Tuleeko mieleen esimerkkejä? Korkea vaikutus, käyttöintensiivinen lentokone Matala vaikutus, materiaaliintensiivinen kanootti 11
Esimerkkejä elinkaariprofiileista 12
Elinkaarivaikutusten hallinta 1. Selvitä elinkaariprofiili 2. Selvitä tavoite 3. Valitse materiaali 13
14
End-of-Life eli elinkaaren loppuvaihe 15
Back to fillari case 16
Esimerkiksi alumiinirunko Suunnittelutyö Alumiinin raakaaine (bauksiitti) 1. Primary Aluminium production, käytetty 20.3.2015, saatavissa URL: http://www.world-aluminium.org/statistics/ Kuva. Google maps 17
Esimerkiksi alumiinirunko Suunnittelutyö Tuotteen valmistus Käyttö End of first life? Kaatopaikka Kierrätys Myyminen Tuunaus Mitä muuta? 1. Primary Aluminium production, käytetty 20.3.2015, saatavissa URL: http://www.world-aluminium.org/statistics/ Kuva. Google maps Materiaalin valmistus Ympäri maapalloa, suurin osa Kiinassa 1 18
Alumiini vs. hiilikuitukomposiitti Alumiinin voi kierrättää Kierrätysalumiinin valmistus vie ainoastaan 5 % energiaa suhteessa primääriseen tuotantoon Entä hiilikuitukomposiitit? Kierrättäminen vaikeata, mahdollisuuksia downgradeukseen Kuidun saaminen ulos polymeerimatriisista vahingoittaa kuituja ominaisuudet kärsivät Onneksi haluja on kehittää tekniikoita CFRP:n kierrätykseen http://www.compositesworld.com/articles/recycled-carbon-fiber-updateclosing-the-cfrp-lifecycle-loop 19
Alumiini vs. hiilikuitukomposiitti 1000 runkoa Alurunko 2,5 kg Kierrätetään CFRP 1,5 kg Downgrade Merikuljetus Kiinasta Eurooppaan 10 000 km Kuljetuksen osuus mitätön 20
Kysymyksiä? 21
Ryhmätehtävä Selvittäkää ja kertokaa, mitä eri EOL vaihtoehdot tarkoittavat : Recycle Downcycle Re-use Re-engineering Reconditioning Landfill / Combustion 22
Ryhmätehtävä 1. Valitkaa vapaavalintainen tuote, jonka valmistusmateriaalin tiedätte / tunnistatte. 2. Selvittäkää ja kuvailkaa kyseisen materiaalin primäärinen valmistusprosessi. 3. Selvittäkää, mitä EOL vaihtoehtoja kyseiselle materiaalille / tuotteelle on olemassa. 4. Mitä etuja / haittoja on kussakin EOL-vaihtoehdossa verrattuna primääriseen materiaalin valmistusmenetelmään? 23
Muutama juttu Merkatkaa kiertävään listaan jäsenten nimet Palauttakaa MyCoursesiin ryhmäkohtainen palautus seuraavasta ryhmätehtävästä viikon kuluessa harjoituksesta Hyväksytystä tehtävästä 5 p Myöhästynyt palautus -1 p / päivä 24