No Room for Heavy Metal in Chemical (Labs) Bros

Μια συσκευή χημικού εργαστηρίου δεν είναι απαραίτητο να παραπέμπει σε μπουκαλάκια, αναδευτήρες και σωληνάκια. Αυτά τα στοιχεία μπορούν να διαταχθούν στον χώρο ώστε να προκύψει ένα αντικείμενο με εμφάνιση λιτή, ανάλαφρη, ενδιαφέρουσα και φιλική προς τον χρήστη· ταυτόχρονα, η διάταξη θα πρέπει να υποστηρίζεται από έναν σκελετό που θα προσδίδει δομική ακεραιότητα στην κατασκευή. Η σωστή λειτουργία του αντικειμένου εξασφαλίζεται περιορίζοντας την παραμόρφωση των οριζόντιων βάσεων για την στοίβαξη των δοχείων (αντιδραστήρων) και τον λυγισμό των κατακόρυφων στοιχείων. Βάσει αυτών των περιορισμών, και με στόχο το χαμηλό βάρος ώστε το αντικείμενο να μετακινείται εύκολα, προκύπτουν δύο κριτήρια απόδοσης M1, M2) του υλικού για την κατασκευή ανάλογα με την ελευθερία που έχουμε στην επιλογή πλάτους και σχήματος διατομής. Όπως είναι αναμενόμενο, τα υλικά που μεγιστοποιούν την απόδοση είναι αυτά με υψηλό μέτρο του Young, E (αντίσταση του υλικού στην παραμόρφωση) και χαμηλή πυκνότητα, ρ. Σε διπλό λογαριθμικό διάγραμμα E – ρ τα M1, M2 εμφανίζονται ως ευθείες που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένη τιμή του δείκτη απόδοσης σε κάθε περίπτωση. Στα διαγράμματα αυτά οι διάφορες κατηγορίες υλικών εμφανίζονται ως ελλειπτικές περιοχές των οποίων οι άξονες αντιστοιχούν στο εύρος που εμφανίζει η αντίστοιχη ιδιότητα στο κάθε υλικό. Βάσει αυτής της γραφικής αναπαράστασης μπορεί να πραγματοποιηθεί μια συστηματική σύγκριση μεταξύ των υλικών όσον αφορά τον βαθμό στον οποίο ικανοποιούν τις σχεδιαστικές απαιτήσεις (εδώ, ακαμψία με χαμηλό βάρος).

Εκτός από τα σύνθετα υλικά (CFRP, ίνες άνθρακα σε εποξική μήτρα), τα άκαμπτα αλλά ψαθυρά κεραμικά (π.χ., αλουμίνα) και τα ξύλα (φυσικό πολυμερές), τα υλικά που προκρίνονται βάσει και των δύο δεικτών απόδοσης είναι τα ελαφριά μέταλλα: κράματα αλουμινίου και μαγνησίου. Τα κράματα μαγνησίου είναι μέταλλα που δύσκολα κατεργάζονται. Έτσι, η βέλτιστη επιλογή για την κατασκευή στήριξης είναι τα κράματα αλουμινίου. Όπως έλεγε κι ο Colin Chapman, μεταξύ άλλων εμπνευστής του αλουμινένιου μονοκόκ της Lotus 29, "simplify, then add lightness”.