Daha Hafif Bir Krank Mili Tasarlamak İsteyen Honda, Geleneksel Yaklaşımını Nasıl Terk Etti?

Uluslararası Enerji Ajansı’na göre, küresel CO2 salımının yaklaşık %24’ünden kara, deniz, hava ve demiryolu ulaşımı sorumlu. Avrupa’da ise bu rakam, AB’ye bakılırsa %30. Bunda da en büyük pay %72 ile karayollarındaki motorlu taşıtlarda. Sera gazı salımlarını azaltmak için herkesin seferber olduğu günümüzde söz konusu rakamlar, araçların yakıt verimliliğini artırmanın ve bu sayede karbon salımlarını aşağıya çekmenin ne denli önemli olduğuna da işaret eder nitelikte. Bazı otomotiv şirketlerinin keşfettiği gibi, bunun en etkili yöntemlerinden biri, otomobil parçalarının ağırlıklarının azaltılması.

Japonya’da Honda, şasisinden, motoruna ve hatta cıvatalarına kadar, otomobillerindeki parçaların ağırlıklarını azaltma yönünde çeşitli projeler yürütüyor. Daha hafif tasarımlara ulaşabilmek için, her bir parçanın yapısının ve malzemesinin ayrıntılı bir şekilde incelenmesi gerekiyor. Otomobil üreticisi firmanın araştırma ve geliştirmeden sorumlu birimi olan Honda Ar-Ge’nin bu konudaki son hedeflerinden biri krank mili.

Krank mili, hiç kuşkusuz araba motorlarının en önemli işlevsel parçalarından biri. Bu parça, pistonların salınımını mekanik enerjiye dönüştürüyor. Bunu gerçekleştirmek için de, parçanın son derece güçlü ve dayanıklı olması gerekiyor.

Honda Ar-Ge biriminin ileri teknoloji laboratuvarında mekanik ve akışkan makineler tasarımcısı olarak çalışan Hirosumi Todaka, “Krank millerinin birden fazla fonksiyonel kriteri karşılaması gerekiyor,” diyor. “Örneğin, sahip olduğu form yanma basıncına dayanabilmeli ve dairesel hareketindeki denge korunabilmeli. Krank milinin şeklini bugüne kadar bu faktörler belirledi.  Motorların uzun bir geçmişe dayanan evriminde krank mili tasarımı hiçbir değişim geçirmedi. Buna rağmen, mevcut modellerden %30 daha hafif bir krank mili tasarlamak gibi zorlu bir hedef için kolları sıvadık.”

Honda’nın Ar-Ge birimi kurulduğu tarihten bu yana, katmanlı imalat teknolojisini mercek altına aldı. Ar-Ge birimi, topoloji optimizasyonu gibi tasarım teknolojilerine yönelik araştırmalar yaparken, yüksek performanslı çok sayıda tasarım seçeneği sunan üretken tasarım teknolojisinin imkânlarını keşfetti. Araştırmacıların bakış açısına göre, bu teknoloji geleneksel tasarım anlayışını büyük ölçüde değiştirebilirdi.

Üretken tasarım, emniyet kemeri tokası, motor kontrol birimleri ve motosiklet şasisi gibi bileşenlerin yeniden tasarlanmasını ve ağırlıklarının kayda değer bir şekilde düşürülmesini sağlayarak, otomotiv endüstrisine son yıllarda büyük bir katkı sunuyor. Todaka, “Üretken tasarım ve katmanlı imalat gibi yöntemleri kullanan yeni bir yaklaşıma ihtiyaç var,” diyor. “Artık yerleşik fikirleri bir kenara bırakıp, meselelere başka bir gözle bakmak zorundayız.”

O başka göze duyulan ihtiyacın farkında olan Honda Ar-Ge, Autodesk’le işbirliği içinde yürüttüğü ve alanının ilk örneği olan projesinde, esnek bir yaklaşım geliştirmeye büyük önem atfetmiş. Honda Ar-Ge’de, tasarım imalatındaki süreçlere ve yeni malzemelere yönelik araştırmalar yürüten Hisao Uozumi, “Tasarladığımız parçanın sadece temel fonksiyonlarına odaklanmamız gerekiyordu. Bunu başarmanın yoluysa, yerleşik önyargılarımızdan kurtulmaktan geçiyordu,” diyor. “Bu hedef doğrultusunda, birlikte bir eleştirel düşünme atölyesi oluşturduk.”

Daha İyi Bir Krank Mili Üretmek

Netfabb ve Fusion 360 gibi yazılımlardan yararlanarak Honda’nın parça gereksinimlerini karşılayan ilk parti modelini Autodesk hazırlamış. Todaka, “Ağırlığa ve operasyonla ilgili kimi hususlardaki kısıtlarımıza yönelik veriler sunarak, Honda’nın uzmanlığını paylaştık. Ardından modelimizi şekillendirme safhasında, Autodesk ekibiyle her bir noktanın üzerinden beraberce geçtik,” diyor.

Todaka, iki ve dört tekerlekli araçların motor parçaları üzerinde proje süresince yürüttüğü çalışmalarda, önce tasarımı geliştirip ardından analizleri gerçekleştirerek, sonrasında da gerekli düzeltmeleri yapmak suretiyle ilerledikleri eski deneyimlerini temel almış. Ortaya çıkan sonucu ilk gördüğünde, tecrübeli tasarımcı şaşkınlığa düşmüş. Bu durumu, “Parçanın insan kemiğine benzer organik bir şekli vardı,” sözleriyle aktarıyor. “Ortaya çıkan bu parçayı rüyamda görsem inanmazdım.”

Honda Ar-Ge’nin proje ekibi üyeleri Londra’ya giderek üretken tasarım eğitimi almış. Autodesk’in Birmingham’daki Teknoloji Merkezi’ni de ziyaret eden ekip katmanlı imalat gibi tasarımın dışındaki konular hakkında görüşmeler yürütmüş. Todaka şunları söylüyor: “Tasarımlar bir kez ortaya çıktığında, hemen ardından prototipler tesiste hızla üretilebiliyordu. Şunu gördüm ki, bu merkez, geri bildirimlerin çalışmalarımıza hızla uygulanabileceği ideal bir ortamdı.”

Prototiplerden elde edilen veriler, Honda’nın modelini ve güç kriterlerini yeniden ele almasını, sonuçta parçalar için yeni bir sınır koşulları seti oluşturmasını sağlamış. Bu noktadan sonra ekip çalışmalarına ikinci parti bir model tasarlayarak devam etmiş. Uozumi, “Autodesk ekibinin, havacılık da dahil olmak üzere çeşitli alanlarda deneyim sahibi birçok üyesi vardı,” diyor. “Tasarımlarımızla nereye gittiğimizi görebiliyorlardı ve nispeten kısa bir sürede fikirlerimizi birlikte şekillendirdik.”

Geleneksel topoloji optimizasyonu tek bir çözüm sunar ve zaman alan manuel düzeltmeler gerektirir. Fusion 360’ın önerdiği üretken tasarımsa, Todaka’nın ifadesiyle: “bir tasarımcı olarak aklıma bile getiremeyeceğim bir yapılandırma sağlıyordu”. Yeni tasarım, krank milinin ağırlığına yönelik hedeflerimizi tamamen aşmış ve şaşırtıcı bir biçimde, %50’lik bir hafifleme sağlamıştı. Ancak parçanın sertliğinin ve mukavemetinin, tipik krank millerindekiyle aynı seviyelerde olup olmayacağı konusundaki şüphelerimiz devam ediyordu.

Ekip üyeleri prototipi, performans testi için bir motora monte edip ölçümler yapmak suretiyle çok fazla veri elde etmiş. Sonuçları, üretken tasarım süreçlerini iyileştirmek için Honda’dan gelen verileri kullanan Autodesk ekibiyle paylaşmışlar. Todaka, “Üretken tasarımı krank mili gibi dairesel bir hareket yapan bir parçaya uygulamak hem Honda hem de Autodesk için son derece kıymetli bir deneyim oldu,” diyor.

İmalatı tasarım sürecine entegre etmek paha biçilmez ölçülerde isabetli bir karar oldu. Todaka bu sayede elde ettikleri avantaja şu sözlerle açıklık getiriyor: “Bu yöntem bize, katmanlı imalat, kalıp tabanlı imalat veya 5-eksenli işleme gibi yöntemlerin kullanılmasıyla işin içine giren tasarım kısıtlamalarını her yönüyle dikkate alabilen modeller sunuyor.”

Projenin Honda için katmanlı imalatın olanaklarını ortaya koyan bir nitelik arz ettiğine dair kimsenin bir şüphesi bulunmuyor. Todaka, “Kimilerinin bu yeni form hakkında halen çekinceleri olsa da söz konusu teknolojiye dikkat çekmesi bile, harcanan çabalara değdi,” diyor. “Parçaları hafifletmek yolunda hâlâ alacağımız çok yol var. Ama en azından bizi hedeflerimize ulaştıracak yolu artık görebiliyoruz. Gelecekte, üretken tasarım kullanmak suretiyle oluşturulacak yenilikçi ürünlerin, norm haline geleceğini düşünüyorum. Ama tabii, bu teknolojinin kendisine başka ne tip uygulama alanları bulabileceğini araştırmak artık bize kalmış.”