5 preguntas clave para guiar la selección de materiales en productos modernos

Con la vasta selección de materiales disponibles hoy, hay varios retos en elegir los mejores para productos modernos. Dadas las mejoras en tecnología y conocimiento técnico general, hay más posibilidades que nunca para qué productos crear y qué tipos de materiales usar.

Seleccionar los mejores materiales es un paso crucial en la creación de productos modernos. En el pasado, los retos se centraban más en el abastecimiento —especialmente asequible— y limitaciones técnicas desde el diseño.

No obstante, constructores, contratistas y diseñadores modernos deben encontrar los mejores materiales en un mercado increíblemente competitivo. Seleccionar materiales erróneos podría resultar en pérdidas irrecuperables en muchos niveles.

Aquí hay cinco preguntas que diseñadores y constructores deberían hacer al buscar soluciones de materiales prometedoras —y competitivas—.

1. ¿Es el material ligero pero resistente?

La resistencia es un rasgo valioso en muchos productos. Hay muy pocas situaciones donde se quiera algo diseñado para ser débil a propósito. Sin embargo, la resistencia ha venido tradicionalmente con peso añadido, ya que materiales más fuertes solían requerir más masa.

En el mundo actual, esto ya no es la norma. Materiales como aleaciones de aluminio, titanio y magnesio tienen altas relaciones resistencia-peso, lo que los hace ideales para trenes de alta velocidad, vehículos de consumo, aeronaves y naves espaciales.

El aluminio tiene resistencia a la tracción de 90 MPa con densidad de solo 2,7 g/cm³ a 20 °C. Estas propiedades, combinadas con su abundancia y bajo coste, lo convierten en uno de los mejores materiales para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo piezas de aviones, disipadores de calor, marcos de ventanas y construcción.

El futuro sin duda verá más usos de estos metales, así como nuevas y mejoradas combinaciones de aleaciones.

Recientemente, un equipo internacional de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (EE. UU.) y la Universidad de Catar creó un nuevo material. Combinaron litio, magnesio, titanio, aluminio y escandio para hacer una aleación nanocristalina con mayor relación resistencia-peso que cualquier otro material conocido. Si esta aleación está disponible a precio competitivo, podría ser base para una nueva generación de productos para tierra, mar y espacio, y muchas otras aplicaciones útiles.

2. ¿Es el material ecológicamente aceptable?

En la era del cambio climático y degradación ambiental elevada, usar materiales aceptables desde una perspectiva ecológica y sostenible es cada vez más importante. Afortunadamente, hay varios materiales «ecológicos» o «verdes», todos con rasgos favorables.

Materiales como grafeno, aluminio y vidrio borosilicato son ecológicamente deseables por su reciclabilidad y bajo impacto ambiental durante su vida útil. Estos y otros materiales «verdes» serán aún más comunes si el mundo avanza hacia una economía circular, como muchos gobiernos han indicado.

Este cambio hacia materiales y productos más sostenibles representa un nuevo reto en la selección de materiales, pero es un reto considerable y fundamental que será cada vez más importante.

3. ¿Rendirá el material sin comprometer el estilo?

Productos hechos de materiales ligeros, fuertes y fiables a veces solo valen si encajan en tendencias de estilo modernas. Esto suele no aplicar a aplicaciones industriales, ya que almacenes y plantas tienen poca necesidad de construcción y máquinas estéticamente agradables.

Sin embargo, cualquier cosa fabricada para consumidores probablemente necesite pasar la prueba visual tanto como pruebas de tracción y dureza. Electrodomésticos, vehículos, electrónica y otros productos probablemente no se venderán si no usan materiales visualmente atractivos.

4. ¿Se obtiene el material mediante extracción ética?

Esto se ha vuelto mayor preocupación para consumidores en años recientes. Con mayor acceso a productos globales y mayor disponibilidad de información de origen, ha habido un aumento en la demanda de componentes de productos éticamente obtenidos.

Ya sea mediante minería mejorada de materias primas o abastecimiento de comercio justo, los consumidores son más conscientes de los orígenes de sus productos y los materiales que los componen.

Diseñadores y fabricantes ahora más que nunca deben asegurar que obtienen materiales de asociaciones de comercio justo y minería de menor impacto ambiental para garantizar abastecimiento más ético. Similar a la mayor demanda de materiales ecológicos, el abastecimiento ético es menos un rasgo directo de un material y más un marco general para seleccionar cuáles son mejores. No obstante, es uno de los mayores retos en la selección de materiales para productos modernos.

5. ¿Es el material competitivo en coste?

Esto importa tanto al productor como al consumidor. Materiales ligeros, fuertes, sostenibles y estéticamente agradables no son viables a menos que sean asequibles. Dado que los materiales suelen venderse por volumen, medido en kilogramos, el coste asociado impacta más a materiales pesados como hierro y acero que a grafeno o plásticos ligeros.

Afortunadamente, materiales ligeros pero fuertes como el aluminio son abundantes y relativamente baratos, a poco más de 0,50 USD/0,40 € por kilogramo. Por otro lado, materiales altamente especializados o nuevos con relaciones resistencia-peso similares o mejores, como la aleación nanocristalina mencionada, pueden ser prohibitivamente caros. En muchos casos, evaluar el coste de materiales disponibles es el factor decisivo, siendo los demás aspectos relativamente iguales.

Cómo encontrar el equilibrio adecuado

Como en muchos otros aspectos de construcción o fabricación, se necesita un punto medio donde todo se alinee para crear el material ideal para cada producto. Algunos materiales adecuados para ciertos proyectos pueden ser inapropiados para otros, ya sea por requisitos diferentes o niveles distintos de impacto ecológico permitido.

Por ejemplo, el compuesto de resina de fibra de vidrio puede ser opción perfecta para construcción naval porque es fuerte y cubre pequeñas grietas e imperfecciones en el casco. Sin embargo, el mismo material rendiría mucho peor en un vagón de ferrocarril, donde hay opciones más adecuadas.

Con las cinco preguntas guía anteriores, puede construir un marco inicial para identificar qué materiales se adaptan mejor a sus productos y proyectos particulares.