การเลือกใช้เครื่องมือ วัสดุอุปกรณ์ และความรู้ที่เกี่ยวข้อง

วัสดุและประเภทของวัสดุ

วัสดุ(Materials) คือ สิ่งของหรือวัตถุที่นำมาใช้ประกอบกันเป็นชิ้นงานตามการออกแบบ เป็นวัตถุที่สามารถสัมผัสได้ และมีสมบัติเฉพาะตัวของฟิสิกส์ ทางเคมี ทางไฟฟ้า หรือสมบัติเชิงกลแตกต่างกันไป จึงต้องมีการวิเคราะห์สมบัติของวัสดุเพื่อเลือกใช้ให้เหมาะกับลักษณะของงาน วัสดุแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 

โลหะ (Metals)

เป็นวัสดุที่มีสมบัติของความแข็ง (ยกเว้นปรอทซึ่งเป็นของเหลว) ผิวมันวาว เป็นตัวนำไฟฟ้า ตัวนำความร้อน มีความเหนียว โดยสามารถดึงและยืดเป็นเส้นหรือตีเป็นแผ่นบางได้ โลหะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้ 

1) โลหะกลุ่มเหล็ก (Ferrous Metals) เช่น เหล็กกล้า เหล็กเหนียว เหล็กหล่อ

สมบัติ โลหะพื้นฐานที่มีเหล็กผสมอยู่ มีความแข็งแรง ทนทาน สามารถปรับเปลี่ยนรูปทรงตามความต้องการในการใช้งานด้วยกรรมวิธีการหล่อ การอัดรีดขึ้นรูป การกลึง เมื่อเหล็กรวมตัวกับอากาศจะทำให้เกิดเป็นสนิม

ลักษณะการใช้งาน ใช้ในงานด้านโครงสร้างและงานอุตสาหกรรม เช่น ชิ้นส่วนของเครื่องจักร เครื่องทุ่นแรง

2) โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (Non-Ferrous) เช่น ดีบุก อลูมิเนียม สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง เงิน ทองเหลือง

สมบัติ  ลหะบริสุทธิ์ที่ไม่มีเหล็กผสมอยู่ มีทั้งโลหะหนักและโลหะเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน น้ำหนักเบา ยืดตัวได้ง่าย มีความเหนียว

ลักษณะการใช้งาน ใช้ในงานอุตสาหกรรมบางประเภท เนื่องจากบางชนิดมีราคาสูง เช่น ใช้ทองแดงในงานไฟฟ้า ใช้อลูมิเนียมกับงานที่ต้องการน้ำหนักเบา

อโลหะ (Non-Metals)

คือ วัสดุที่มีคุณสมบัติต่างจากโลหะและวัสดุกึ่งโลหะ ในด้านการแตกตัวของไอออน (Ionization) และการดึงดูดระหว่างอะตอม (Bonding Properties) อโลหะแตกตัวในสารละลายได้ ให้ประจุลบ จึงใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าหรือกึ่งตัวนำไฟฟ้า (ขณะที่โลหะเป็นตัวนำไฟฟฟ้า) ยกเว้นคาร์บอนในรูปแกรไฟต์และฉนวนความร้อน อโลหะที่เป็นของแข็งจะมีความเปราะ ไม่สามารถดึงยืดออกเป็นเส้นลวดหรือตีเป็นแผ่นบาง ๆ ได้ อโลหะแบ่งเป็น 2 ประเภท ดังนี้

วัสดุธรรมชาติ หมายถึง วัสดุที่ได้จากผลผลิตจากธรรมชาติ ซึ่งวัสดุธรรมชาติที่พบในแต่ละภูมิภาค ในประเทศไทย มีหลายชนิดและอาจจะแตกต่างกันในแต่ละชุมชนหรือท้องถิ่น สามารถนำมาทำเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เพื่อใช้ประโยชน์ รวมทั้งวางขายเพื่อเสริมรายได้ให้แก่คนในชุมชนหรือท้องถิ่นได้ วัสดุธรรมชาติที่นิยมใช้ มีดังนี้ 

ไม้

สมบัติ ไม้เป็นวัสดุแข็งที่ทำจากแก่นลำต้นของต้นไม้ ดูดซับเสียงได้ดี นำความร้อนต่ำ เป็นฉนวนป้องกันไฟฟ้าได้ดี มีการทดและขบายตัวเมื่อมีความชื่น

ลักษณะงาน ก่อสร้างอาคาร บ้านเรือน เครื่องเรือนและเครื่องมือเครื่องใช้ต่าง ๆ

หวาย

สมบัติ หวายเป็นพันธุ์ไม้เลื้อย มีความเหนียว แข็งแรง ทนทาน และยืดหยุ่นได้ดี

ลักษณะงาน จักสานเป็นเครื่องใช้และเครื่องเรือนต่าง ๆ เช่น ถาด ตะกร้า หมวก

มะพร้าว

สมบัติ พืชยืนต้นที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ทุกส่วน เช่น เนื้อมะพร้าว เปลือกมะพร้าว ขุยมะพร้าว กะลามะพร้าว

ลักษณะงาน เนื้อมะพร้าวสกัดเป็นน้ำมัน เส้นใยในเปลือกมะพร้าวใช้ทำเชือก วัสดุทำเบาะและที่นอน ขุยมะพร้าวใช้ทำวัสดุเพาะชำต้นไม้ กะลามะพร้าวใช้ทำภาชนะ เครื่องตนตรี (ซออู้) ใช้ทำเชื้อเพลิงและถ่านกัมมันต์ (มีคุณสมบัติในการดูซับสูง)

ไหม

สมบัติ เส้นใยที่ได้จากใยที่ห่อหุ้มดักแด้ ที่เรียกว่า รังไหม นิยมเลี้ยงกันมากทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เส้นใยจะมีลักษณะเหนียว และมันวาว

ลักษณะงาน ใช้ทอเป็นผ้าเพื่อสวมใส่ สามารถปรับให้เหมาะกับสภาพอากาศได้ดี คือ จะรู้สึกเย็นเมืออากาศร้อนและจะรู้สึกอุ่นเมื่ออากาศหนาว

วัสดุสังเคราะห์ เป็นวัสดุที่ถูกปรุงแต่งขึ้นใหม่จากวัสดุธรรมชาติและสารเคมี ด้วยกระบวนการหรือกรรมวิธีต่าง ๆ วัสดุที่ได้จากการสังเคราะห์จะมีสมบัติเฉพาะตัว เช่น น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง คงทนต่อการกัดกร่อน คงทน ต่ออุณหภูมิ คงทนต่อสารเคมี เป็นที่นิยมในการนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมทุกแขนง วัสดุสังเคราะห์ที่นิยมใช้ มีดังนี้ 

ไม้สังเคราะห์

สมบัติ ไวัสดุทดแทนที่ทำจากไม้จริงผสมกับวัสดุ ประเภทอื่น ๆ ซึ่งทำให้มีสมบัติแตกต่าง กันไป

ลักษณะงาน ชิ้นไม้ขนาดเล็กผสมกับปูนซีเมนต์ปอร์ดแลนด์ เรียกว่า ไม้อัดซีเมนต์ มีสมบัติคล้ายไฟเบอร์ซีเมนต์ แต่ไม่สามารถดัดโค้งได้

ผงไม้ผสมกับพลาสติก เรียกว่า wood plastic composite หรือ WPC หรือไม้พลาสติกทนทานต่อความชื้นได้ดีและทนต่อเชื้อรา

ผงไม้และเส้นใยผสมกับการสังเคราะห์ เรียกว่า แผ่นใยไม้อัดมีความหนาแน่นปานกลาง (Medium Density Fiberboard หรือ MDF) มีผิวเนื้อในละเอียดและเป็นเนื้อเดียวกันตลอดทั่วทั้งแผ่น มีความหนาแน่น และเรียบสม่ำเสมอตลอด ทั้งแผ่น

แก้ว

สมบัติ แก้วเป็นสารประกอบของซิลิกา กับสารโลหะออกไซด์ มีลักษณะโปร่งใสและมีความเปราะ

ลักษณะงาน นิยมใช้ทำขวด กระจกหน้าต่าง กระจกแผ่น ถ้วยแก้ว แก้วกันกระสุน (Bulletproof glass) แก้วกระจกรถยนต์หลอดฟลูออเรสเซนต์ เลนส์แว่นตา แว่นขยาย กล้องถ่ายรูป กล้องจุลทรรศน์ กล้องส่องทางไกล

พลาสติก

สมบัติ สารประกอบอินทรีย์ที่สังเคราะห์ขึ้น มีสมบัติ คือ คงตัว สลายตัวยาก มีมวลน้อย เบา เป็นฉนวนความร้อนและไฟฟ้าที่ดี

ลักษณะงาน 

เทอร์มอพลาสติก (Thermoplastic) เป็นพลาสติกที่ได้รับความร้อนแล้วจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นลงจะแข็งตัว หลอมเหลวและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เช่น ขวดน้ำ ถุงพลาสติก

พลาสติกเทอร์มอเซต (Thermosetting plastic) เป็นพลาสติกที่คงรูปหลังการผ่านความร้อนหรือแรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นลงจะแข็งมาก ทนความร้อนและความดัน ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างไม่ได้ เช่น ภาชนะบรรจุอาหารจากเมลามีน ท่อความดัน

พลาสติกชีวภาพ (Bioplastic) พลาสติกที่ผลิตจากวัตถุดิบทางการเกษตรหรือจากธรรมชาติและสามารย่อยสลายได้

ยางสังเคราะห์

สมบัติ เป็นพอลิเมอร์ที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้น มีความทนทานต่อการขูดขีดและป้องกันการผุกกร่อนได้ดี

ลักษณะงาน ใช้ในการผลิตยางรถยนต์ เครื่องมือแพทย์ ชิ้นส่วนแม่พิมพ์และสายพานในเครื่องจักร์

เส้นใยสังเคราะห์

สมบัติ เส้นใยที่เกิดจากการพัฒนาโดยเพิ่มสมบัติของเส้นใยที่มากยิ่งขึ้น จากเส้นใยปกติที่ได้จากพืชและขนสัตว์

ลักษณะงาน เรยองหรือไหมเทียม มีความมันวาว ยืดหยุ่น เบาบาง

เส้นใยสังเคราะห์จากสารเคมีหรือพอลิเมอร์ (Polymer) เป็นแส้นใยที่ประดิษฐ์ขึ้นจากสารเคมีโดยวิธีการทางเคมี มีหลายชนิด เช่น ในลอน พอลิเอสเทอร์ อะคริลิก โอลิฟิน มีความยืดหยุ่น คงทน

สมบัติของวัสดุและกลักการเลือกวัสดุ

การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับงานนั้นจำเป็นจะต้องศึกษาหรือพิจารณาจากสมบัติของวัสดุนั้นให้ตรงกับงานที่ออกแบบ หรือตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการ จากวัสดุต่าง ๆ เช่น การทนต่อความร้อน การนำไฟฟ้า จุดหลอมเหลว            ความโปร่งแสง สมบัติของวัสดุ ที่นำมาพิจารณ์เลือกใช้ มีดังนี้

สมบัติทางเคมี (Chemical Properties) เป็นสมบัติที่สำคัญของวัสดุซึ่งจะบอกลักษณะเฉพาะตัวที่ เกี่ยวกับโครงสร้างและองค์ประกอบของธาตุต่าง ๆ ของวัสดุ เช่น ค่าความเป็นกรด-เบส การกัดกร่อน การลุกติดไฟ ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากการทดลองในห้องปฏิบัติการ

สมบัติทางกายภาพ (Physical Properties) เป็นสมบัติเฉพาะของวัสดุที่สามารถสังเกตได้จากลักษณะภายนอก เช่น รูปร่าง รูปทรง สี กลิ่นรสชาติ ความหนาแน่น จุดหลอมเหลว ตรวจสอบได้โดยการใช้ประสาทสัมผัส เช่น ใช้มือลูบสัมผัสพื้นผิวของวัสดุ หรือใช้เครื่องมือเฉพาะทาง เช่น เครื่องหาจุดหลอมเหลว เครื่องวัดการนำไฟฟ้า เครื่องวัดความชื้น

สมบัติเชิงกล (Mechanical properties) เป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุที่เกิดจากการตอบสนองต่อแรงภายนอกที่มากระทำ เช่น การยืดและหดตัวของวัสดุ ความเหนียว ความแข็งแรง ความสามารถในการับน้ำหนัก ความทนทานต่อการ       ขูดขีด