Airbus, Geleceğin Sürdürülebilir Uçuşları İçin Biyonik Tasarımı Son Hız Sürdürüyor
Design & Make with Autodesk bu makaleyi 2015’te ilk yayınladığında Airbus, A320 tipi uçaklarının bileşenlerini yeniden tasarlamak ve daha sürdürülebilir bir filo oluşturmak üzere yeni bir girişime hazırlanıyordu. Bu girişimin nihai hedefi, 2050’ye kadar sera gazı salımlarını yarıya indirmekti. Airbus, kabin mürettebatının kullandığı katlanır koltukları destekleyen bölmeyi, yeniden tasarlamaya tabi tutacağı bir kısım olarak belirledi.
Bu ilk Ar-Ge çalışmasında, üretimsel tasarım %45 daha hafif bir bölme ortaya çıkmasını sağladı; bu bölme metal katmanlı imalat kullanılarak imal edilecekti. Ne yazık ki metal katmanlı imalatın henüz hesaplı olmaması nedeniyle, biyonik bölme, üretim aşamasına geçmedi. Yine de üretimsel tasarım teknolojisi ilerlemesini sürdürdü ve daha geleneksel üretim süreçlerine yeni özellikler kazandırdı.
Bütün bu gelişmeler Airbus’ın biyonik bölmeye yeni bir perspektiften bakabilmesini sağladı. Airbus’ın yine üretimsel tasarımla geliştirilen en yeni bölmesi, ilk önce 3B baskıyla plastik kalıp olarak üretiliyor, ardından uçuş koşullarına uygun metal bir alaşımla döküm aşamasına geçiliyor. Döküm bölme önceki bölmeler kadar hafif olduğu için, ağırlığı aynı ölçüde azaltarak, yakıt verimliliği sağlıyor.
Döküm yöntemine uyarlanabilir hale gelen üretimsel tasarım, Airbus için hem hesaplı hem de verimli bir sürdürülebilirlik sağlıyor: Güncellenen tasarım, ilk biyonik bölmeyle aynı ağırlıkta ve sağlamlıkta olmanın yanı sıra, çok daha düşük maliyetle üretime imkan tanıyor. Airbus’ın yenilik yolculuğunun arka planını öğrenmek için aşağıdaki orijinal makaleye göz atın.
—Erin Hanson, Design & Make with Autodesk Sorumlu Yazı İşleri Müdürü
Hayal edin, bir tatil yerine uçuyorsunuz. Uçağın kanatları ani türbülansı engellemek için şekil değiştiriyor. Ya da uçuşun ortasında uçak darbe alıyor ve çarpmayla açılan delik gözlerinizin önünde kapanıveriyor veya uçağın gövdesi, her yönden dışarıyı göreceğiniz şekilde şeffaf hale geliyor.
Airbus’ın 2011’de tanıttığı Konsept Kabin tasarımının vizyonu budur. Çok saçma geliyor ama doğru tahmin ettiniz; o geleceğin başlangıcı bugün burada.
Airbus, üretimsel tasarım yazılımları ve 3B baskı kullanarak biyonik bölme adı verilen bir şey imal etmek için, kısa süre önce New York merkezli mimarlık firması The Living ile iş birliği yaptı. Mürettebatı yolculardan ayıran ince ama bir o kadar da önemli olan o bölme, acil durumlar için sedye girişini ve mürettebatın kalkış ve inişlerde oturduğu katlanabilir koltukları barındırıyor.
Geleneksel bölmelerden %45 daha hafif olan bu biyonik tasarımlı bölme, 30 kilogram ağırlığındadır. Bu sayede hem yakıt hem de karbon ayak izi konusunda çok büyük bir tasarruf sağlamaktadır. Ancak Airbus bölmesinin en çılgın yanı, tasarımının tek hücreli bir organizma olan cıvık mantarı temel almasıdır.
Airbus Yenilik Yöneticisi Bastian Schaefer, “Cıvık mantar gerçekten ilginç bir organizma,” diyor. “Bu organizmanın ormanda bir yerde yiyecek arayarak, yavaş yavaş ilerlediğini hayal edin. Yiyecek aramak için farklı yönlere yayılıyor ve bedeniyle çevresindeki bütün yiyecek kaynakları arasında yedekli bağlantı ağları oluşturuyor. Biz de tam bu davranışı, bölmenin içindeki yapısal bağlantılara uyarlamak istiyoruz. Sadece bölmenin arabirim noktalarını uçağın ana yapısına bağlamak için değil, aynı zamanda bölmenin içinde mürettebatın koltuklarını sabit tutmak için bir algoritma kullanıyoruz. Bu da bölmenin içinde çok yedekli yapısal bir ağ yapabilmemize yardımcı oluyor.”
Schaefer’ın başvuracağı algoritmayı üretmek için, The Living üretimsel tasarım yazılımını oluşturdu; ekip, ağırlığın azaltılması ve performans hedeflerini dikkate alarak, özgün tasarımlar üretmek üzere kısıtlamaları aletlerine girdi. Ağırlığın azaltılmasına gelince, ekip %30 oranında bir azaltma hedefliyordu ancak ağırlığı tam %45 oranında azaltmayı başardılar.
“Üretimsel tasarım esasen amaçların tanımlanmasıdır,” diyor Schaefer. “Amacınız ağırlığı azaltmaksa, yazılımlar algoritmaları kullanarak bunu başarmanıza yardım ediyor. Ancak yapısal performans gibi diğer hedeflere de ulaşabilirsiniz. Böylece, biyonik bölme için 16 gramlık darbe testi hedefi koyduk, bölmenin 200 milimetreden fazla sapmasını istemiyoruz.”
Ekip bu ilk kısıtlardan yola çıkarak, bölme için 10.000’den fazla tasarım permütasyonu elde etti. Böylece, Airbus, imalat yapmak için hem tasarım iterasyonlarının sayısını azaltmak hem de nihai, en iyi performansa sahip tasarıma karar vermek üzere, büyük veri analitiğine güvendi. Schaefer, “Ağırlık ve sapma olmak üzere iki kısıta sahip olduğumuz bir tür görsel grafiği kullanıyoruz ve bu grafiklerin içinde, tüm tasarım çözümleri noktalar olarak yer alıyor,” diyor. “Bu yüzden, bu tasarım çözümlerinden bir iki tanesini seçmek ve ardından daha ayrıntılı bir analizle bunlara yakından bakmak işimizi kolaylaştırdı.”
İmalat yapmak üzere bir tasarıma karar verdikten sonra Airbus, işin yapılması için Bosom Concept Laser M2, EOS M290 ve çok büyük parçalar için de EOS M400 olmak üzere üç farklı eklemeli üretim sistemi kullandı. Schaefer “Bölmenin tamamını alt bileşenlere ayırdık ve bunları yazıcının içindeki mevcut boşluğa yerleştirdik,” diyor. “Burada bir karar vermemiz gerekiyordu: Hangi yazıcı küçük parçaları, hangisi büyük parçaları üretecekti.” Bu kararı verdikten sonra, paralel olarak baskı sürecini başlattık. Bir tam bölmeyi elde etmek için en az yedi parçanın baskısını yapıyorduk.
“116 parçamız vardı ve tüm bu parçaların işlenmesi gereken bağlantı elemanları bulunuyordu. Aklımızdaysa hep, ‘Bütün bu bileşenler bölmeye uyacak mı?’ sorusu vardı.” Schaefer anlatmaya devam ediyor. “Ama en sonunda, hepsi birbirine uydu. Bölmeyi kaldırdığımızda, şaşırtıcı bir şekilde hafif ve sertti. Bu teknolojinin başarıya ulaşacağı konusunda beni ikna eden şey de bu oldu.”
Schaefer geçmişte ağırlığı bu kadar azaltmanın, mümkün olmadığını da ekliyor. “Bugün bunu başarabilmemizin nedeni, üretimsel tasarımı ve 3B baskıyı birleştirmiş olmamızdır,” diyor.
Günümüzün endüstriyel eklemeli üretim makineleri çoğu parça için yalnızca küçük uçak bileşenleri basabiliyor. Daha büyük yazıcılar, uçağın daha büyük parçalarının üretilebilmesi anlamına geliyor. Airbus zamanla, bu bölmeden iki kat büyük bir kokpiti 3B baskıyla üretmeye odaklanacak. Kokpitin içeriden tamamen sızdırmaz olması ve kurşun geçirmez emniyet sağlaması gerekiyor. Airbus, cıvık mantarı bir tasarım ilkesi olarak kullanmanın ötesinde, ileride yeni koltuk başlıkları üretmek için, bitkilere dayanan algoritmalar geliştirebilir, kim bilir? Süper güçlü dikey dengeleyiciler ya da jet motoru parçaları tasarlamak için, insanın özelliklerine dayanan algoritmalar bir gün gerçek olabilir. Airbus üretimsel tasarımın yardımıyla, gelecekte bir gün bir uçağın tamamını 3B baskı kullanarak yapmayı umuyor.
Schaefer, “Airbus’ın uçak yolculuğunun geleceği bağlamında en büyük vizyonlarından biri sürdürülebilirliktir,” diyor. “Sadece ürünlerimizde değil, faaliyetler ve ürünleri imal etme yöntemimizde de özel bir kullanım süresi yaklaşımına sahibiz. Bu da uçak tasarımında, biyomimikriye giren yeni bir yolda ilerlememizi sağlıyor. Biyonik bölme, biyomimikri alanında kökleri olan bir ürün. Ama sonuçta, ömrünü tamamlayan ürünlerimizin geri dönüştürülebilir olması gerekiyor. Bu noktada, ürünlerin kullanım süresi sürecinin tamamına önem veriyoruz… Gelecekte bir gün, belki 2020’de ya da 22. yüzyılda, geri dönüştürülmüş bir uçağı yiyebileceksiniz.”