หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 ผลงานออกแบบและเทคโนโลยี

ผลงานออกแบบและเทคโนโลยี ช้นั มัธยมศึกษาปีที่ 1

การเลือกใช้วัสดุ อุปกรณ์ และเคร่ืองมือ

ประเภทของวัสดุ • โลหะ • พอลิเมอร์ • เซรามิก • วัสดุผสม

โลหะ เป็นสารอนนิ ทรยี ์ทป่ี ระกอบดว้ ยธาตทุ ีเ่ ป็นโลหะเพยี งชนดิ เดียว หรอื หลายชนดิ กไ็ ด้ โลหะที่มเี หล็กเปน็ องคป์ ระกอบ (ferrous) โลหะท่ีไมม่ เี หลก็ เปน็ องค์ประกอบ (non - ferrous) • ประกอบดว้ ยเหลก็ ท่มี ีเปอรเ์ ซ็นต์สงู • ไม่มเี หล็กประกอบอยู่ หรอื มอี ยูน่ ้อย • ตัวอย่างเชน่ เหล็กกล้า เหลก็ หลอ่ เป็นต้น • ตวั อยา่ งเช่น อะลูมิเนยี ม ทองแดง สังกะสี ไทเทเนยี ม • ถกู ใช้ใน ตวั ถังรถ สะพาน เคร่ืองหนีบ เป็นต้น • ถูกใชใ้ น ตัวถังเครื่องบิน กระป๋องเคร่อื งดมื่ เคร่อื งประดับ หมอ้ น้า

นอกจากนียงั มโี ลหะผสม หรอื อลั ลอยด์ (alloy) คือ ของผสม ของโลหะตังแต่ 2 ชนดิ หรือมากกวา่ 2 ชนิด หรือเปน็ โลหะผสมกับอโลหะ ตัวอย่างเชน่ ทองเหลือง คอื สว่ นผสมของทองแดงกับสงั กะสี ใชใ้ นการทา้ เหรยี ญกษาปณ์ กญุ แจ เครอื่ งประดบั

วัสดุพอลิเมอร์ ส่วนมากเป็นตัวนาไฟฟ้าที่ไม่ดี บางชนิดเป็นฉนวนไฟฟ้าท่ีดีมาก จึงได้ นามาประยุกตใ์ ช้กบั งานดา้ นน้ีอยา่ งแพร่หลาย ส่วนมากประกอบด้วยสารอินทรีย์มี คารบ์ อนเป็นองคป์ ระกอบทม่ี โี มเลกุลเป็นโซย่ าว ๆ หรอื เป็นโครงข่าย

เซรามิก เป็นสารอนินทรีย์ท่ีประกอบด้วยธาตุที่เป็นโลหะและธาตุท่ีเป็น อโลหะรวมตัวกันด้วยพันธะเคมี มีโครงสร้างเป็นได้ท้ังแบบมีรูปร่างผลึก และไม่มีรูปรา่ งผลึกหรอื เปน็ ของผสมของทง้ั สองแบบ ก า ร น้ า วั ส ดุ เ ซ ร า มิ ก ไ ป ใ ช้ ง า น ท า ง อวกาศ คือ ใช้กระเบืองเซรามิกบุผนังกระสวย อวกาศ (space shuttle) ช่วยกันความร้อนไม่ให้ ผ่ า น เ ข้ า ไ ป ถึ ง โ ค ร ง ส ร้ า ง อ ะ ลู มิ เ นี ย ม ภ า ย ใ น กระสวยอวกาศ เม่ือขณะบินออกและกลับเข้าสู่ บรรยากาศของโลก

1 น้าหนกั เบา ข้อดี 2 มคี วามแขง็ แรงสงู ของ 3 มคี วามแขง็ สงู ทนความร้อน และทนตอ่ การขัดสไี ด้ดี วัสดุ 4 ลดการเสียดทานและมสี มบตั ิเปน็ ฉนวน เซรามิก

วัสดผุ สมท่วี ศิ วกรใช้กันมากมี 2 ชนิด วัสดุผสม • ใชเ้ ส้นใยแกว้ เสรมิ แรงในพอลเิ อสเทอร์ เปน็ ของผสมท่ไี ดจ้ ากวัสดุ 2 ชนิด หรอื มากกวา่ หรืออีพอกซี 2 ชนิดมาผสมกัน วัสดุผสมส่วนมากประกอบด้วย • ใช้เส้นใยคาร์บอนเสริมแรงในเนือ สารเติม (filler) หรือวัสดุเสริมแรงท่ีเหมาะสมกับตัว ประสานพวกเรซิน สามารถจาแนกออกได้หลายประเภท อพี อกซี บางประเภทมีเส้นใยเป็นองค์ประกอบหลัก มีเส้นใย เสรมิ แรงในเนอ้ื ของวัสดปุ นกบั อนภุ าค บางชนิดมีอนภุ าค กระจายอยู่ในเนอื้ ของวสั ดุ

สมบัติและการเลือกใช้

สมบัติของวัสดุ สมบัติทางเคมี สมบัตเิ ชิงกล เป็นสมบัติที่บอกลกั ษณะเฉพาะตัว เปน็ สมบัติเฉพาะตวั ของวสั ดทุ ถ่ี ูกกระทาดว้ ยแรง ทีเ่ กี่ยวกบั โครงสรา้ งและองค์ประกอบของธาตตุ า่ ง ๆ โดยทวั่ ไปจะเก่ียวกับการยดื และหดตวั ของวัสดุ ความแข็ง ทีเ่ ปน็ วัสดนุ ั้น ความสามารถในการรบั น้าหนัก ความสกึ หรอ และการดูดกลืนพลงั งาน สมบัติทางกายภาพ สมบตั ิเชงิ มิติ (ขนาด) ใช้ในการพจิ ารณาในการเลอื กใช้วสั ดุ เช่น ขนาด รูปร่างความคงทน ตลอดจนลกั ษณะของผิววา่ หยาบละเอียด หรอื เรียบ เปน็ ตน้

กรณีศึกษาท่ี 1 หมวกจกั รยานอจั ฉรยิ ะ ขนั้ ตอนท่ี 1 ระบปุ ัญหา หรอื ความต้องการ ในปัจจุบันการปัน่ จักรยานไดร้ ับความชนื่ ชอบจากผู้คนเปน็ อย่างมาก ท้าใหป้ ญั หาหนง่ึ ไดเ้ พิ่มตามขนึ มาเชน่ กัน คอื การเกิด อุบตั ิเหตจุ ากการป่นั จักรยาน โดยมีสาเหตุมาจากการทจ่ี กั รยานนนั ไม่มสี ญั ญาณไฟเลียวหรอื ถา้ ผู้ป่ันจะใช้ภาษามือในการสง่ สัญญาณเพ่อื ขอทางกต็ ้องน้ามอื ออกจากมือจบั จกั รยาน อาจทา้ ให้เสียหลกั ในการทรงตัวและล้มลงได้ ดงั นั้น ปญั หาท่ตี อ้ งแก้ไข คอื การส่งสญั ญาณมือ เพอ่ื ขอทางของผปู้ นั่ จักรยานทาให้อาจเกดิ อุบัติเหตุได้ เนือ่ งจากผ้ปู ่ัน ตอ้ งปลอ่ ยมอื ออกจากทจ่ี ับ ส่งผลให้จักรยานอาจเสียหลักและลม้ ลงได้

ข้นั ตอนท่ี 2 รวบรวมขอ้ มลู ทเี่ ก่ียวข้องกบั ปญั หา 3 12 สมั ภาษณ์ สงั เกต รว่ มประสบการณ์ • พูดคยุ กบั ผู้ปนั่ จกั รยานเพ่ือเขา้ ใจ • ติดตามการปน่ั จักรยาน • ทดลองปน่ั จกั รยาน ถึงประสบการณ์และอปุ สรรคใน • สังเกตวธิ กี ารสง่ สัญญาณ • ทดลองสง่ สญั ญาณเลยี วรถ การส่งสัญญาณเลยี วรถ • ประเมนิ ความเหมาะสมและความ ด้วยสัญญาณมือ ปลอดภัยของวิธีการส่งสัญญาณ

เม่อื เขา้ ใจปัญหาของการป่ันจกั รยานแลว้ เราสามารถใช้ “แผนผงั ความเข้าใจ” (Empathy Map) ในการสรปุ ความเข้าใจของปญั หาได้ ดงั นี เวลาเลี้ยวรถต้องคอย SAY แผนผัง THINK ไมม่ ีทางเลือกอืน่ ๆ ส่งสญั ญาณมอื ความเข้าใจ ต้องใชส้ ัญญาณมือถือ ใช้มือสง่ สัญญาณเวลาเลี้ยวรถ DO FEEL ไมป่ ลอดภัย ทาใหจ้ บั จักรยานลาบาก

ข้นั ตอนท่ี 3 เลือกวธิ ีการปญั หา ปัญหา ? รถจกั รยานส่วนใหญ่ไมม่ สี ัญญาณไฟเลยี ว ท้าให้ผู้ปัน่ จกั รยานต้องปล่อยมอื ออกจากที่จับ เพ่อื ส่งสัญญาณมือในการขอทางเพ่อื เลียว ส่งผลให้อาจเกิดอุบัตเิ หตุไดถ้ ้ารถจกั รยานเสยี หลกั และล้มลง เราจะ...ได้อย่างไร เราจะท้าให้ผปู้ ัน่ จักรยานไม่ตอ้ งส่งสญั ญาณดว้ ยมือได้อย่างไร เราจะทา้ ให้การสง่ สัญญาณมือปลอดภยั มากขึ้นไดอ้ ย่างไร เราจะทา้ ให้การสง่ สญั ญาณมือสะดวกและชัดเจนมากขนึ้ ได้อยา่ งไร

ข้นั ตอนท่ี 4 ออกแบบวิธกี ารแกป้ ญั หา หลกั การสาคญั ในการออกแบบวธิ กี ารแก้ปญั หา คอื การสร้างต้นแบบเพื่อทดสอบความคดิ ในกรณนี อี้ ุปกรณต์ า่ ง ๆ ถูกนามาใช้เพื่อสรา้ ง ตน้ แบบของหมวกจักรยานอัจฉริยะ เช่น ทรานซสิ เตอร์ ตวั ต้านทาน สายไฟ LED บลอ็ กใสว่ งจร เป็นต้น หมวกจกั รยานอัจฉริยะนี้ สามารถเปิดไฟหนา้ ไฟเลี้ยว และไฟฉุกเฉินได้โดยการสง่ั ผ่านรีโมตไร้สาย นอกจากนี้ไฟเลย้ี วของหมวกยงั สามารถเปิด ได้นานถงึ 5 วนิ าที หมวกจักรยานอจั ฉรยิ ะมนี ้าหนกั รวมทง้ั หมด 375 กรมั

ข้นั ตอนท่ี 5 ทดสอบ เม่อื ไดต้ ้นแบบของหมวกจักรยานอัจฉรยิ ะแล้ว ขนั ตอนตอ่ ไปของกระบวนการเทคโนโลยี คอื การทดสอบวา่ การทา้ งานของหมวก นนั ถูกต้องและตอบโจทยข์ องผใู้ ชห้ รอื ไม่ และมีส่วนใดที่ต้องพฒั นาหรือแก้ไขบ้าง สง่ิ ทช่ี อบ สง่ิ ท่พี ฒั นาได้ • สะดวกสบายมากขนึ้ ในการส่ง • อายุของแบตเตอรที่ ่ีใชง้ านได้นานขน้ึ สัญญาณเลี้ยว ไอเดยี ใหม่ๆ เพิ่มเติม • รู้สกึ ปลอดภยั เวลาปน่ั • ปรับระบบสัญญาณไฟให้หลากหลาย ? เหมาะกับการใชง้ าน เช่น มีสัญญาณเสียง ไซเรน เป็นต้น ส่งิ ท่ียงั ไม่เข้าใจ • การใช้งานของรีโมท

ข้นั ตอนท่ี 6 ปรับปรงุ แกไ้ ข ประเมิน แม้ว่าหมวกจกั รยานอัจฉรยิ ะจะสามารถสง่ สญั ญาณได้ตามที่ออกแบบ แต่ยังมีความจาเปน็ ที่จะตอ้ งใหค้ นมาทดลองใช้ หมวกจกั รยานอจั ฉรยิ ะเพิ่มเตมิ เพอ่ื หาโอกาสในการพัฒนาให้ตอบโจทยก์ ารใชง้ านมากข้ึน

ข้นั ตอนที่ 7 นาเสนอผลงาน เม่อื ชินงานและความคดิ ทงั หลายได้ผ่านกระบวนการเทคโนโลยที งั 6 ขันตอนแลว้ กจ็ ะต้องน้าชนิ งานท่ไี ด้มาน้าเสนอ โดยหมวกจกั รยานอจั ฉริยะ นจี ะน้าเสนอใหเ้ ห็นในรปู แบบของ Storyboard เพือ่ ให้เห็นล้าดบั ขันตอนการสรา้ งสรรคช์ นิ งาน Storyboard หมวกจักรยานอัจฉริยะ 1 23 ปญั หาท่ตี ้องการแก้ ข้อมูลทพ่ี บเกย่ี วกบั ปญั หา แนวทางการแกป้ ญั หา • การเกิดอุบัตเิ หตขุ องผู้ป่ัน • การสง่ สัญญาณด้วยมอื • สรา้ งหมวกจักรยานที่ จกั รยานจากการใชส้ ัญญาณมือ ไม่สะดวกและไม่ สามารถสง่ สัญญาณไฟ ในการเลียว ปลอดภัย เลยี วได้ • รถจักรยานไมม่ ีสญั ญาณไฟเลยี ว 4 56 เทคโนโลยที ่พี ัฒนาสาเรจ็ การทดลอง • หมวกจักรยานท่ี • ติดตังระบบไฟ LED ที่ ผลการทดลองและการ ประเมนิ ผล สามารถเปิดไฟหนา้ หมวกจักรยาน และ • ปรบั แบตเตอรี่และระบบ ไฟเลยี ว และไฟ เขียนโปรแกรมควบคมุ ฉุกเฉินไดโ้ ดยสัง่ การ การท้างานของระบบไฟ สัญญาณไฟให้เหมาะสม ผ่านรีโมตไร้สาย กบั การใช้งาน