“Sayısal Tasarla ve Üret” adlı çalıştay 2013-2014 Bahar akademik döneminde Kocaeli Üniversitesi’nde gerçekleştirilmiştir. Kocaeli Üniversitesi Mimarlık Bölümü, Mimari Tasarım 201 ve 202 dersleri ile Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mimarlık Bölümü, Mimarlıkta Sayısal Tasarım seçmeli dersi öğrencilerinin katılımı ile iki aşamada gerçekleştirilen çalıştayda öğrencilerle bilgisayar destekli tasarım ve üretim süreçlerinin gerçek ölçekli olarak üretilecek bir oturma elemanı tasarımı üzerinden deneyimlenmesi amaçlanmıştır. Tasarımda Rhinoceros 4 programı, tasarımla üretim arasındaki aktarımı sağlamak için RhinoCAM adlı Rhinoceros 4 programı eklentisi ve üretimde üç eksenli (x, y ve z) CNC freze tezgâhı kullanılmıştır. Gerçek ölçekli bir tasarımın üretiminin yapılması özellikle bu deneyim için değer verilen bir noktadır. Öğrencilerin tasarımlarıyla deneyimleme üzerinden ilişki kurmaları ve kendi bedenlerini bir ölçü aracı olarak kullanmaları ile sonuç ürünün kağıt üzerinde kalan bir fikir olmaktan çıkıp gerçekleştirilmiş bir nesneye dönüşmesi, öğrencilerin tasarım yapma eylemi ile olan ilişkilerini değiştirmiştir.

Kapsam ve Tasarım Problemi
Bu deneyim kapsamında, oturma elemanı örnekleri CNC freze tezgahı ile oluşturulabilecek iki boyutlu malzemenin üçüncü boyuta çıkarılması potansiyelini sorgulamak üzere incelenmiştir. Bu örneklerin bir kısmı, Rocker – Lange Architects’in tasarladığı “urban adapter” örneğindeki gibi yalnızca düşey elemanların bir biri ardına eklemlenmesiyle oluşurken, bir kısmı Manuel Kretzer’in tasarladığı Chick “n” egg chair örneğindeki gibi, hem yatay hem düşey elemanların aynı yoğunlukta birbirine geçmesiyle oluşmuş ya da Christoph Schindler ile yapılan çalıştay ürünlerinden olan Moebius Bench örneğindeki gibi, yine birbirine geçerek oluşan elemanlarda düşey elemanların daha yoğun olarak kullanıldığı gözlemlenmiştir (Şekil 1, 2 ve 3). İncelenen örneklerde başka bir değişken ise bağlantı biçimleridir, bir kısmı aynı malzemenin (Şekil 2-3) birbirine geçmesiyle birleşim detayı oluşturulurken, bazı örneklerde (Şekil 1) ise farklı bir malzemeden bağlantı elemanı kullanılmıştır. Bulunduğu yere göre adapte olabilen ve varyasyonları oluşturulabilen örnekler olduğu gibi tekil kullanımı olan örneklerle de karşılaşılmıştır.

Bu örneklerden yola çıkarak çalıştaya katılan öğrencilere tasarım problemi olarak, parametrik tasarım ve üretim olanakları kullanarak Kocaeli Üniversitesi Mimarlık ve Tasarım Fakültesi Binası girişinde bulunan fuayedeki pencere ve kolonlar ile sınırlandırılmış alanın 9 metrelik uzun kenarı boyunca birbirlerine eklemlenebilen bir oturma elemanı tasarlamaları ve üretmeleri istenmiştir. Tasarımlarda kullanılacak bütün parametreler, mekanın fiziki ve işlevsel gereksinimleri doğrultusundaki ölçüm değerlerinden elde edilecektir. Parametreler mekana ait verilerin kullanılmasıyla şekil aldığından mekana özel ve nitelikli sonuçlar ortaya çıkacağı öngörülmüştür.

Süreç ve Yöntem
Çalıştayın ilk gününde, Rhinoceros 4 programı genel olarak tanıtılmış ve özellikle öğrencilerin bu çalışmada kullanacakları komutlar gösterilmiştir. Sonrasında öğrencilerden 4-5 kişilik gruplar oluşturmaları istenmiştir. Grupların oluşturulmasıyla, öğrencilere üzerinde çalışacakları tasarım problemi verilmiştir. Bu kapsamda, grup çalışmalarının eklemlenmesini kolaylaştıracak başlangıç formu Rhinoceros uzantılı dijital dosya ile öğrencilere dağıtılmıştır (Şekil 4b).

Malzemeler ve bağlantı elemanları çalışma öncesinde tanımlanıp, sağlanmıştır. Bu nedenle, öğrenciler çalışmaya başlarken her birimin ve birimler arasında kalan boşlukların kalınlıkları tasarımlarda sabit bir veri olmuştur. Kesim yapılacak 130 x 69 cm boyutundaki MDF malzemenin kalınlığı 30 mm’dir ve birimlerin arasında kalan boşluklar ise 25 mm olarak belirlenmiştir. CNC freze tezgahı ile kesilebilecek alanın 85 x 65 cm olacağı bilgisi öğrencilere verilip, onlardan ellerindeki levhaları optimize ederek kullanmaları istenmiştir. Bu kısıtlar, ayrıca tasarımlarının boyutlarının da kısıtları olarak tanımlanmıştır.

Şekil 4’te ayrıntıları gösterilen başlangıç formunu Rhinoceros’ta kontrol noktalarını itme ve/ya da çekme ile deformasyona uğratarak, kendi vücut ölçülerine ve ön gördükleri oturma biçimlerine göre oluşturmaları istenmiştir (Şekil 5a). Daha sonra bütüncül formdan 30 mm aralıklarla kesitler alınmıştır. Her grubun oluşturduğu 1,5 metrelik bankların bir araya gelmesi ve bu geçişin akıcı olabilmesi amaçlandığından tasarımlarda başlangıç ve sonlardaki üçer kesitin aynı olması istenmiştir (Şekil 5b).

Bağlantı elemanları ancak iki birimi bir araya getirebildiğinden üçüncü bir birimin birleşimi bağlantı elemanlarının şaşırtmalı olarak yerleştirilmesiyle olanaklı olabilmiştir. Bu nedenle her birimde 12 adet bağlantı boşluğu açılmıştır. Ancak bir birim ile ondan sonra gelen ikinci birim 6 adet bağlantı elemanıyla birleştirilmiştir. Bütün gruplar aynı başlangıç boşluklu birimleri kullanıp, kendi tasarımlarındaki boşlukları başlangıç boşluklarına göre uyarlamış ve birimlerin bir araya gelişlerinde bağlantı elemanlarının şaşırtmalı yerleştirilmesini göz önünde bulundurmuştur (Şekil 6b). Boşlukların çapları 8,5 mm olarak, 6 mm çapında ve 80 mm boyundaki montabent birleşim ayrıntısına göre tanımlanmıştır (Şekil 6a).

Gruplara, sabit bir oturma elemanı tasarlayabilecekleri gibi dönüşebilen bir bank da tasarlayabilecekleri belirtilmiş ve bunun için kullanabilecekleri ayrıntı anlatılmıştır. Buna göre, hareketi sağlayacak, önceden sağlanan sabit metal borular (25 mm çapında) gereksinim olan uzunluğa göre kıl testere ile üretim sırasında kesilmiştir ve gereksinim duyulan boşluk 28 mm çapıyla tanımlanmıştır. Yalnızca Grup 3 hareketli oturma birimi üretimini tasarımında kullanma kararı almıştır. Bu grup, öteki gruplardan farklı problemlerle karşılaşıp bu problemlere çözüm üretmiştir. Bu grubun karşılaştığı problemler ve çözümleri karşılaşılan problemler kısmında aktarılmıştır.

Çalıştayın ilk gününün ikinci yarısında gerçekleşen tasarım sürecinde öğrencilerin oluşturdukları ilk tasarımlar teknik olarak üretilebilirlik, ergonomi gibi kıstaslar üzerinden tartışılmıştır. Bu tartışmalar doğrultusunda tasarımlar üzerinde revizyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu süreç içinde, CNC freze tezgahında deneme kesimleri yapılması için veriler RhinoCAM eklentisine aktarılarak gerekli kesim ayarları, kesim yapılacak ucun tanımlanması, koordinatların doğru bir şekilde girilerek CNC freze tezgahına gidecek dosya formatı hazırlanması gerçekleşmiştir (Şekil 7). CNC kesim tezgahı -x,-y ve -z olmak üzere 3 aks yönünde kesim yapmaktadır. Bununla ilişkili gereksinim duyulan boşlukların boyutları deneme kesimlerinde belirlenmiştir. Kesim sırasında amaç bir levhadan en çok birim üretebilmektir. Tasarlanan oturma birimlerinin kesimi sırasında bir levhadan en az 2 en çok 4 birim üretilebilmiştir.

Öğrenciler tasarımlarını oluşturduktan ve birimlerini dijital olarak ürettikten sonra, en az 6 bağlantı noktası olacak şekilde daha önce boyutu belirlenen boşlukları tasarımlarında tanımlamışlardır. Bu aşamada bağlantı boşluklarının yan yana duran birimlerde şaşırtmalı olarak atanmasında herhangi bir kaymanın olmamasının önemi üzerinde durulmuştur. Bu doğrultuda hazırlanan üçboyutlu model dosyalarının RhinoCAM’e nasıl aktarılacağı anlatılmış ve öğrencilerden bu dosyaları kesim için üretmeleri istenmiştir.

Kesim ayarları, RhinoCAM eklentisinde işleme operasyonları (machining operations) bölümünden belirlenmiştir. Öncelikle kesim için programdan uçlar arasından bizim kullandığımız freze olan 8 mm parmak freze (end mill) seçilmiştir. RhinoCAM program eklentisinde CNC freze işlemcisi olarak Mach3-MM seçilmiştir. CNC F değeri (ilerleme miktarı) 1000 ve S değeri (kesme hızı) 18.000 alınmıştır. 30 mm’lik levha bu ayarlar doğrultusunda

4 tam turda (periyotta) bir birimi kesecek şekilde planlanmıştır. Bir birimin yaklaşık kesim süresi içinin dolu ya da boş olmasına bağlı olarak 4 dakika ile 9 dakika arasında değişmektedir.

Bu ayarları yapıp CAM kodlarını ilk olarak tamamlayan Grup 1 ile üretim süreci başlamıştır. Üretimin başlamasıyla birlikte, öğrenciler görev dağılımı yaparak montaja başlamıştır. Montaj kısmında, kesimin ardından numaralandırılmış her birimin kenarları zımparayla düzeltilmiş, kendinden sonra gelen birimle bağlantı elemanları aracılığıyla montajı gerçekleştirilmiştir. Montajın gerçekleşebilmesi için birimlerin sırayla montajının yapılması gerekliliği bu aşamada ortaya çıkmıştır.

Karşılaşılan Sorunlar
Üretim sürecinde CNC freze tezgahı ile kesim yaparken makinenin kullanımından doğan sorunlar, aynı zamanda çalıştay süresinin yönetimine dönük sorunlara da neden olmuştur. Çalışmaya başlarken CNC freze tezgahına zarar vermemek için bir adet levha altlık olarak kullanılmıştır. Bununla ilişkili olarak hem alttaki levha hem de üstteki levhanın sabitlenmesi gerekliliği doğmuştur. Sabitleme için mengenelerin bulunmaması dolayısıyla Şekil 8’de gösterilen detay oluşturulmuştur. Bu detayda her levha için toplamda dört adet vida çıkartılıp geri takıldığından zaman kaybı yaşanmıştır. Ayrıca, levha boyutlarının 69 x 130 cm olması fakat CNC freze tezgahının kesim alanının 85 x 65 cm olması nedeniyle bir levha kesimi yapıldıktan sonra ters çevrilerek kalan kısmı kullanılmış ve bu nedenle levha sabitleme işi her bir levha için iki katına çıkmıştır.

Kesime başlamadan önce yapılan denemelerde, RhinoCAM’de gerçekleşen koordinat ayarlarında bir takım zorluklar yaşanmıştır. Bu eklentide hazırlanan koordinatlarda, kesim yapılacak alanın x, y, z doğrultusunda pozitif yönde verilmiş olması; ancak CNC freze tezgahının negatif koordinatlarda çalışması, kesim ucunun kırılmasına ve kesim yapan hareketli kısmın stoperleri geçerek eksenin dışına çıkmasına neden olmuştur. Bununla birlikte CNC freze tezgahının elektrik aksamının sorun çıkarması gibi sorunlar nedeniyle zaman kaybı yaşanarak, planlanan çalıştay süresi aşılmıştır.

Malzeme kalınlığı olan 30 mm derinliğinde kesim yapıldığında seçilen parmak freze özelliği nedeniyle birim tam olarak levhadan çıkarılamamıştır. Bu problem kesme derinliği 32 mm verilerek aşılmıştır; ancak yapılan değişiklik freze ucunun birim üzerinde fazladan bir tur atarak kesim süresinin artmasına neden olduğu gibi ısınma nedeniyle çevreye yayılan talaşların yanma olasılığını da artırmıştır. Süreçte birden fazla kez makineden çıkan kıvılcımlar söndürülmek zorunda kalmıştır.

Genel olarak karşılaşılan sorunların yanı sıra daha önce de söz edildiği gibi hareketli detayla çalışan Grup 3 öğrencileri de hem tasarım hem de üretim sürecinde bir takım sorunlarla karşılamıştır. Tasarım sürecinde karşılaştıkları sorun, birimlerin iç içe geçerken ve geri çıkarken montabentlere takılması ve bu problemi çözümlerken en az dört bağlantı elemanıyla parçaları birleştirme problemidir. Üretim sürecinde karşılaştıkları sorun ise sabit kısımda iki birim arasındaki uzaklık 25 mm olması sonucu 30 mm’lik malzemenin araya girememesi olmuştur. Bu sorun, boyu 80 mm olan var olan montabentlerle çözülememiş yerine 100 mm’lik cıvata kullanılmasıyla çözümlenmiştir.

Ürünler
Gruplar, çalıştay ürününü kullanacak öğrenciler olarak kendi gereksinimlerine göre oturma birimi tasarımlarını gerçekleştirmiştir. Dört grubun çalışmasına ait modellemeleri ve üretilen birimler Şekil 9’da gösterilmiştir. Grup 1 çerçeve kesitli, Grup 1 ve 2 iki kişinin yan yana oturabileceği, Grup 3 birim üzerine yatılabilen, Grup 4 ise birimi genişleterek uzanma işlevini gerçekleştirmek üzere dışarıya doğru açılabilen ve alt kısmında kitap, dergi ya da çanta koyulabilecek bir bölümü olan bir tasarım yapmıştır. Birimlerin tekil görselleri Şekil 9’da, bir araya gelme kombinasyonları ise Şekil 10’da örneklenmiştir.

Genel Değerlendirme
Bütün bu süreç içinde öğrenciler sayısal tasarım ve üretim tekniklerini 1:1 ölçekte üretim yaparak, tasarım aşamasından montaj aşamasına kadar deneyimleme şansı bulmuşlardır. Malzemenin ve bağlantıların tanımlı oluşu sayesinde kısıtlı bir sürede modeller üretilebilmiştir. Bu süreçte, Rhinoceros yazılımı ile birlikte, CNC freze tezgahının çalışması için gerekli veriyi sağlayan RhinoCAM eklentisini öğrenmeye giriş yapılarak öğrencilerin bu araçları ileride etkin kullanmaya yönelik çalışmalar yapmalarının temelleri atılmıştır. Tasarım nesnesi, öğrencilerin kendilerinin kullanacakları bir oturma birimi olduğu için ergonomi kavramını irdelemekle birlikte kendi gereksinimlerine yönelik olarak tasarımlarını gerçekleştirmeleri sağlanmıştır. 1:1 üretim yapıldığı için bütün detaylar dikkatlice tasarlanarak üretime geçilmiştir. Sonuçta ortaya çıkan ürünlerle çalıştay, hem form ve işlev olarak hem de hedeflenen deneyim olarak tatmin edici olmuştur. Öğrencilerin yaptıkları soyut tasarımları somut olarak üretmeleri, tasarım etkinliğiyle olan ilişkilerini güçlendirmiş ve onların tasarımda soyut ve somut olanı bir bütün olarak ele almalarını sağlamıştır.

Teşekkür
Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi Hızlı Destek Projesi kapsamında desteklenmiştir. Proje No: 34 (07/03/2014). Teşekkürü bir borç biliriz. Çalıştayın gerçekleştirilmesinde ve Prototip Laboratuvarı’nın çalıştay kapsamında kullanıma açılmasından dolayı Kocaeli Üniversitesi Mimarlık ve Tasarım Fakültesi Dekanlığı’na ve iş birliğinden dolayı GYTE Mimarlık Fakültesi Mimarlık Fakültesi Dekanlığı’na ve Mimarlık Bölüm Başkanlığı’na çok teşekkür ederiz. Kocaeli Üniversitesi Mimarlık lisans öğrencileri: Filiz İnce, M. Tuğba Ercan, Rüveyda Barış, Gülsüm Arslan, Sedanur Çakır, Nurullah Yıldırım, Taha Koçanoğlu, Hümeyra Hilal Yıldırım, Esra Kapçuk, Ayşe Karabulut, Murat Akpınar, Nazım Dağdeviren, Elif Ayşe Durgun ve Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mimarlık Lisans öğrencileri: Zeynep Pelin Karadağ, Muhsin Hakan Aydın, Ezgi Kavuk, Gülşah Uysal, Ayşe Totu, Sevgi Yeter, Leyla Aslan, Gülsüm Beyazyıldız, Makbule Ayhan, Onursal Engel, Fatma Nur Üzmen.

Not: Çalıştayla ilgili daha fazla bilgiye aşağıdaki adresten ulaşılabilir: http://sayisaltasarlauret.wordpress.com

Kaynaklar
Çakıcı, A. N.; Baş, Y. M.; Aydın, A.; “Işık Gölge Arayüzünde: Bir Sayısal Tasarım ve Üretim Sürecini Öğrencilerle Deneyimlemek”, Mimarist, S.49, 76-81, 2014.

URL 01: http://www.dezeen.com/2010/01/08/urban-adapter-by-rocker-lange-architects/

URL 02: http://responsivedesign.de/portfolio/chick-n-egg-chair/

URL 03: http://www.designspotter.com/product/2010/09/Chick-n-Egg-Chair.html

URL 04: http://m-cdc.de/workshop-with-christoph-schindler/#more-2391