A tool oriented approach to digital making and control in design
Dijital yapma biçimleri ve tasarımda kontrole araç odaklı bir yaklaşım
- Tez No: 866021
- Danışmanlar: PROF. DR. MİNE ÖZKAR KABAKÇIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Mimarlık, Science and Technology, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilişim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
Bu tez, tasarım kontrolünü ve dijital yapım süreçlerinde özgün üretimi artırmayı hedefleyerek, özellikle kil olmak üzere geleneksel malzemeleri ve ilintili yapma biçimlerini güncel dijital üretim araçlarıyla birleştirmeyi incelemektedir. Dijital yapım kavramına odaklanan çalışma, dijital araçların hassasiyetini ve algoritmik doğasını geleneksel malzemelerin çeşitli ve dokunsal nitelikleriyle bir araya getirmektedir. Araştırma, tasarımcılar ve tasarım öğrencileri için tasarlanmış olup, araç kontrolü ve malzeme davranışıyla doğrudan ilişkili manipülasyon olanaklarını araştırmaktadır. Araçların davranışı üzerindeki tasarımcının kontrolünün artırılmasının ve bu parametrelerin dijital yapımın keşfedici yönlerini artırmak için erken aşamalarda tasarım girdileri olarak kullanılmasının savunulduğu bu çalışma, araç yapımı ve malzeme bilgisinin birlikteliğine dayanan zanaat yaklaşımını incelemektedir. Çalışma, tasarımcılara ve tasarım öğrencilerine malzeme davranışları ile ilgili dijital araçların manipülasyonu ve kontrolü konusunda içgörüler sağlamayı amaçlamaktadır. Araç manipülasyonunun tasarıma etkilerini daha iyi anlamak için araç inşası ve malzeme davranışı ekseninde özgün teknikler üretimine odaklanan zanaatin yapma biçimlerinin incelenmesi tezin yöntem gelişimi için önemli bir aşamadır. Zanaat uygulamalarının gözlem, adaptasyon ve uygulama döngüsel aşamaları üzerinden bu keşif süreçlerini inceleyerek, dijital yapım için süreç temelli bir tasarım yaklaşımı çerçevesi geliştirmesi hedeflenmiştir. Araştırma, çömlek yapımının çark tekniğini bir vaka çalışması olarak inceleyerek, analog hareketleri 3D baskı için dijital girdilere dönüştürür. Bu inceleme, zanaatte ritim ve tekrarın değerini vurgulayarak, dijital yapımda daha rafine ve uyarlanabilir bir tasarım sürecine yol açar. Bu çerçeve, araç ve malzeme etkileşimlerini anlamayı ve dijital tasarım bağlamlarında geleneksel zanaatkarlık tekniklerinin potansiyelini keşfetmeyi ve bu keşiflerin dijital arayüzlerle aktarılarak, yeniden yorumlanmasını amaçlamaktadır. Çalışmanın merkezinde, bu etkileşimleri tasarım sürecine entegre etmek için tasarlanmış adaptif bir araç yolu algoritması olan“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yolları”bulunmaktadır. Bu yaklaşım, araç yolu algoritmasını dijital üretim bağlamlarında bir tasarım ortamı olarak konumlandırmaktadır. Bu algoritma, bahsi geçen araç – malzeme- teknik etkileşimlerini tasarım parametreleri olarak entegre ederek, bu girdilere dayalı makine kodları üretmektedir. Tezin ana eksenini oluşturan yöntem, geliştirilen araç yolu algoritmasını odağa alarak, malzeme deneyleri ile birlikte araç tasarım ve gelişimi çalışmalarının da eş zamanlı yürütülmesi ve bu gözlemlerin üretim kontrol parametreleri olarak algoritmaya işlenerek döngüsel bir tasarım – üretim süreci oluşturmayı hedefler. Bu yaklaşımı desteklemek için iki ana vaka çalışması yer almaktadır. İlk vaka çalışması, önerilen araç odaklı tasarım yöntemini odağa alarak, mimari ölçekte birimlerin üretimi için robotik kil baskısı yöntemiyle birbirine geçmeli, modüler bir duvar bileşeni sisteminin tasarım ve üretimine odaklanmaktadır. Süreç, yeni bir mekanik kil ekstrüderin tasarım ve üretimiyle eş zamanlı olarak ilerleyen malzeme deneyleri ile devam etmiştir. Bu testlerin girdilerinin 3B robotik kil baskı kontrol parametreleri olarak kullanıldığı“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yolu”algoritması öne sürülen döngüselliği sağlamada odağı oluşturmuştur. Vaka sonucunda, geliştirilen araç yolu algoritmasının belirlenen aşamaları daha detaylanmış ve rafine hale gelmiştir. İlk vakanın sonuçları, belirlenen 3B robotik baskı kontrol parametrelerinin ve kullanılan araç yolu algoritmasının basılabilme ve modülün tasarımı üzerinde etkileri tartışılmıştır. Robotik kil baskı yöntemiyle tasarlanan ve üretilen modüler duvar bileşen sistemi,“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yolu”algoritmasının pratik uygulamasını örnekler. Sistem, kolay montaj ve yapısal stabilite sağlayan geçmeli özellikler içerir. Geleneksel ve sürdürülebilir bir malzeme olan kilin kullanımı, dijital üretim yoluyla modern mimari uygulamalara entegrasyon potansiyelini gösterir. İkinci vaka çalışması, önerilen araç bazlı, süreç odaklı yöntemin geçerliliğinin test edilmesi için bir atölye formatında kurgulanmıştır.“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yollarıyla Tasarlamak”başlıklı atölye lisans tasarım öğrencilerinin katılımıyla (Mimarlık ve Endüstri Ürünü Tasarımı 3. Ve 4. Sınıf) iki güne yayılan robotik kol ile 3B seramik karo tasarımlarının gelişimi ve üretimine dayalıdır. Katılımcı öğrenciler, atölye sürecinde sırasıyla; robotik üretim biçimlerine aşinalık kazanma, 3B robotik kil basımı deneyimleme, 3B karo tasarımı için örüntü mantığı ve geliştirilmiş“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yolu”algoritmasının kullanımı konularında eğitimlerin ardından kendi karo tasarımlarını geliştirmeye başlamışlardır. Yaptıkları problem tanımı süreci ve geliştirdikleri yaklaşım ile algoritmayı kullanım biçimlerinin gösterdiği çeşitlilik, daha önce robotik üretim deneyimi olmayan öğrencilerin tanımlanan kısa süreçte, önerilen yöntemi kullanarak keşfe dayalı, kontrollü üretimler yapabildiğini göstermiştir. Vaka analizi, öğrencilerin deneyimleri ve belirlenen tasarım problemi üzerinden araç yolu algoritması ile geliştirdikleri yaklaşımların belgelenmesini içerir. Atölye sonuçları, geliştirilen çerçevenin ve algoritmanın erişilebilirliğini ve uygulanabilirliğini gösterir. Sınırlı teknik uzmanlığa sahip olmalarına rağmen, öğrenciler veriyle bilgilendirilmiş araç yolu algoritmasını etkili bir şekilde kullanarak özgün 3B karo tasarımları oluşturabilmiştir. Bu vaka çalışması, yaklaşımı doğrulayarak çerçevenin ve algoritmanın, dijital yapım süreçlerine dair temel deneyime sahip olan tasarımcılar tarafından da geliştirilerek kullanılabileceğini gösterir. Bu tez, dijital yapım süreçlerinde malzeme seçimine yönelik kısıtlamaları ele almaktadır. Dijital üretimin avantajlarından biri olan yüksek hassasiyet gereksinimi, karşılığında homojen malzemelerin kullanımını arttırdığı için, bu kısıtlamaların başlıca sebeplerindendir. Optimize edilmiş algoritmaların kullanımı, tasarımcıların üretim süreci üzerindeki kontrolünü azaltmış, tasarım, temsil ve üretim arasında bir boşluk yaratmıştır. Bu çerçevede, geleneksel malzemelerin dijital fabrikasyonla birleştirilmesi amacıyla, araç odaklı, bütüncül bir tasarım yaklaşımı önerilmektedir. Bu yaklaşım, dijital yapım süreçlerinde kullanılan malzeme ve araçlar üzerindeki anlayışı ve kontrolü artırmayı, böylece özgün tekniklerin ve uygulamaların geliştirilmesini hedeflemektedir. Bu yaklaşım, tasarım sürecinde dijital üretim araçlarının şeffaflığının ve dolayısıyla kontrolünün arttırılması gerektiğini savunmakta ve mevcut araçların manipüle edilmesine veya malzeme özelliğine özgü yeni kurulumların geliştirilmesine olanak tanımaktadır.“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yolu”algoritması ve malzeme özellikleri, hesaplama yöntemleri ve tasarım ilkelerini entegre eden döngüsel bir çerçeve aracılığıyla, tez zanaat tekniklerini dijital yapma biçimleri ile birleştirmeyi, dijital üretim stratejilerinde kontrolü artırmayı ve homojen yapıda olmayan geleneksel malzemelerin kullanımı arttırarak özgün uygulamaları teşvik etmeyi amaçlamaktadır. Tezin yapısı, dijital yapma biçimlerinin materyalite, araç ve özgünlük kavramı üzerindeki etkisini tartışan bölümler; seramik tornası gibi zanaat tekniklerinin dijital yapma biçimleri ile entegrasyonu; robotik kil 3B baskı için süreç tabanlı bir çerçeve oluşturulması; modüler duvar bileşenleri üzerine bir vaka çalışması; bir atölye çalışması ve vaka analizi, ve dijital yapma biçimleri ve tasarım eğitimi için araştırmanın sonuçlarını özetleyen bir sonuç bölümü içermektedir. Bu yapı, geleneksel zanaatları dijital yapma biçimleri ile harmanlama yöntemlerini kapsamlı bir şekilde inceleyerek, kil gibi geleneksel ve yerel malzemelerin dahil olduğu, pratik uygulamalarla süreç odaklı bir tasarım yaklaşımını vurgulamaktadır. Araştırmanın etkileri, vaka çalışmalarında sunulan dijital yapma biçimleri ve tasarım eğitimindeki uygulamaların ötesine uzanmayı hedefler. Geleneksel zanaatları dijital üretimle birleştirerek, çalışma dijital üretim araçlarının hassas üretim potansiyelini daha keşifçi ve katılımcı bir tasarım yaklaşımı üzerinden ele almaya teşvik eder. Kil gibi yerel ve geleneksel malzemelerin dijital süreçlere entegrasyonu, nihai ürünlerin estetik ve işlevsel niteliklerini artırmakla kalmaz, aynı zamanda daha sürdürülebilir uygulamalara da katkıda bulunur. Burada bahsi geçen sürdürülebilirlik aynı zamanda geleneksel yapım bilgilerinin yorumlanıp adapte edilerek güncele aktarımını da içerir. Genel olarak, çalışma dijital yapımda araç odaklı, bütünsel bir tasarım yaklaşımının potansiyelini vurgular ve yenilik ve yaratıcılığı teşvik etmek için geleneksel malzemelerin ve tekniklerin dahil edilmesini savunur.“Veriyle Bilgilendirilmiş Araç Yolu”algoritması, tasarımcıların süreçlerinde daha fazla kontrol ve esneklik elde etmelerini sağlayan kritik bir araç olarak hizmet eder. Gelecekteki araştırmalar, tez kapsamında önerilen yöntemi çerçeveyi sürekli olarak rafine ederek ve genişleterek, dijital yapma biçimlerinin yerel malzeme ve yapım teknikleriyle yorumlanarak, yapılı çevre üzerinde etki ve kullanım alanlarının genişletilmesini sağlayabilir.
Özet (Çeviri)
This thesis explores the integration of traditional materials, particularly clay, with modern digital fabrication tools, aiming to enhance design control and foster innovation in digital making. It delves into the concept of digital making, where digital tool precision and algorithms intersect with the varied, tactile qualities of traditional materials. The study is intended for designers and design students, focusing on direct tool control and manipulation relative to material behavior. It posits that early-phase incorporation of tool and material interaction as design inputs strengthens digital making's exploratory nature. The research includes an in-depth examination of the craft approach to technique, focusing on tool construction and material knowledge to understand tool manipulation and its effects on design. This framework follows a cyclic process of observation, adaptation, and application in craft practice to develop a process-based design framework for digital making. It aims to understand tool-material interactions and explore traditional craftsmanship techniques in digital design. An“Informed Toolpaths”algorithm is introduced to integrate these interactions as design parameters, proposing toolpath algorithms as a design medium in digital making. Two primary case studies support this approach. The first involves developing a mechanical clay extruder for architectural units and designing a modular wall component system using robotic clay printing. The study's methodology includes material and tool tests to define 3D printing (3DP) control parameters and designing adaptable clay modules utilizing the“Informed Toolpath”algorithm. The outcomes demonstrated the potential of merging digital precision with clay's tactile qualities, refining the framework for integrating digital fabrication with traditional materials. The second case study is a workshop titled“Designing by Informed Toolpaths,”where undergraduate students created 3D-printed ceramic tiles using a robotic arm. This workshop emphasized toolpath planning and control parameters as design inputs, showcasing the accessibility and applicability of the developed framework and algorithm. The outcomes validated the approach, illustrating that even those with limited technical expertise can utilize the informed toolpath algorithm to improve the digital making process. The thesis addresses the limitations of material selection in digital making, where homogenous materials have traditionally been preferred for precision. It argues for the integration of adaptable tools in relation to material behavior, advocating for a tool-oriented, holistic design approach to include traditional materials in digital fabrication. This approach enhances understanding and control over the medium, fostering innovative techniques and applications. A significant part of the research focuses on the concept of“good workmanship”and“workmanship of risk,”exploring how these ideas can be translated into the digital making process. Good workmanship involves maintaining constant control over the medium through an enriching process of thinking and reflecting in action. This notion is contrasted with the“workmanship of risk,”where the outcome is uncertain and relies heavily on the skill and control of the craftsperson. By examining these concepts, the research underscores the importance of adaptable processes, tool manipulation, and material-tool relationships in achieving high-quality digital fabrication. The research examines pottery making's throwing technique as a case study, translating analog motions to digital inputs for 3D printing. This examination emphasizes the value of rhythm and repetition in craft, leading to a more refined and adaptive design process in digital making. The cyclic nature of observation, adaptation, and application is mirrored in the digital realm, where designers must constantly adjust and refine their processes to achieve the desired outcomes. In developing the“Informed Toolpaths”algorithm, the research integrates material properties, computational methods, and design principles into a cohesive framework. This algorithm is designed to control and visualize 3DP parameters, generating machine codes based on both predefined optimization and design-specific criteria. This approach diverges from traditional, optimized machine codes by incorporating adaptive, design-specific inputs, allowing for greater flexibility and creativity in the digital making process. The first case study, focusing on robotic clay printing, explores the combination of clay's tactile nature with digital fabrication precision. The research involved selecting control parameters and adapting the“Informed Toolpath”algorithm for architectural-scale modules, demonstrating the potential of merging digital precision with the unique properties of clay. Through extensive material and tool tests, the study defined critical 3DP control parameters such as shell thickness, layer height, deposition speed, and infill design properties. These parameters were essential in determining the printability and structural integrity of the fabricated components. The development of a mechanical clay extruder played a crucial role in this process. The design and implementation of this tool required careful consideration of clay's physical properties, ensuring that the extruder could handle the material effectively while maintaining precision in deposition. The extruder was calibrated through a series of trials, adjusting parameters to achieve optimal performance. This iterative process of testing and refinement highlighted the importance of tool transparency and adaptability in digital making. The modular wall component system designed and fabricated using the robotic clay printing method exemplifies the practical application of the“Informed Toolpath”algorithm. The system's design incorporated interlocking features, allowing for easy assembly and structural stability. The use of clay, a traditional and sustainable material, demonstrated the potential for integrating such materials into modern architectural practices through digital fabrication. The second case study, the“Designing by Informed Toolpaths”workshop, provided an opportunity to test the developed framework and algorithm in an educational setting. Undergraduate design students participated in the workshop, where they were introduced to robotic clay printing and the“Informed Toolpath”algorithm. The students were tasked with creating 3D-printed ceramic tiles, emphasizing toolpath planning and control parameters as design inputs. The workshop outcomes demonstrated the accessibility and applicability of the developed framework and algorithm. Despite having limited technical expertise, the students were able to effectively utilize the informed toolpath algorithm, creating complex and innovative tile designs. This case study validated the approach, illustrating that the framework and algorithm could be used to enhance digital making processes even by those with minimal prior experience. Throughout the thesis, the emphasis on a tool-oriented, process-based design approach underscores the importance of understanding and controlling the interactions between tools and materials. This holistic perspective allows for a deeper exploration of material properties and tool behavior, fostering the development of innovative techniques and applications in digital making. The research's implications extend beyond the immediate applications in digital making and design education. By bridging traditional craftsmanship with digital fabrication, the study promotes a more exploratory and engaged approach to design. The integration of traditional materials like clay into digital processes not only enhances the aesthetic and functional qualities of the final products but also contributes to more sustainable and environmentally friendly practices. In conclusion, this thesis represents a comprehensive investigation into blending traditional craftsmanship with digital fabrication, emphasizing a process-oriented approach with practical applications. The findings have significant implications for both architectural design and design education, promoting a more exploratory and engaged approach to digital making. Future research may explore different clay mixtures, extruder mechanisms, and parameter optimization for specific architectural applications. Additionally, investigating the integration of reinforcement elements to enhance the structural performance of printed components could be beneficial for real-world construction scenarios. Overall, the study underscores the potential of a tool-oriented, holistic design approach in digital making, advocating for the inclusion of traditional materials and techniques to foster innovation and creativity. The“Informed Toolpath”algorithm serves as a critical tool in this endeavor, enabling designers to achieve greater control and flexibility in their processes. By continually refining and expanding this framework, future research can further enhance the capabilities and applications of digital fabrication in the built environment.
Benzer Tezler
- Architecture of constraints: A mass customization oriented approach for housing design
Kısıtlarla tanımlanan mimarlık: Kitlesel özelleştirme odaklı konut tasarımı
BENGİSU İLKSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MİNE ÖZKAR KABAKÇIOĞLU
- Feature-aware partitioning of quadrilateral meshes for reverse engineering
Başlık çevirisi yok
ERKAN GÜNPINAR
- Türkçe metinlerde duygu analizi
Sentiment analysis in Turkish texts
CUMALİ TÜRKMENOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET CÜNEYD TANTUĞ
- Birer fintech oluşumu olarak Türkiye'de ödeme sistemleri ile ödeme ve elektronik para kuruluşları ve bir denetim modeli önerisi
Payment systems, payment and electronic money institutions in Turkey as formations of fintech and a proposal for audit model
ENVER SEDAT GÜLTEKİN
- Parametrik tasarım yaklaşımının iç mimarlık eğitimine etkisi
The effect of parametric design approach on interior architecture education
CEYHUN ŞEKERCİ
Doktora
Türkçe
2020
İç Mimari ve DekorasyonHacettepe Üniversitesiİç Mimarlık ve Çevre Tasarımı Ana Bilim Dalı
PROF. PELİN YILDIZ