נושא הבלוג

קצת קשה לדחוס יותר מ- 20 שנות נסיון עם תיב"ם מכני תלת ממדי יחד עם עוד כמה שנות נסיון בהדפסה תלת ממדית לתוך בלוג אחד. אבל, זה כייף לנסות.
הבלוג מיועד למקצוענים ולחובבים ב 3D CAD וב 3D Printing למי שרוצה ללמוד ולהבין יותר על הטכנולוגיה ועל החידושים בתחום. אשמח לתגובות ולשיתוף.

יום שלישי, 11 במרץ 2014

מבוא לתוכנות תלת ממד למתחילים

מדפסת ביתית בתלת ממד בתוכנת סוליד חינמית
 גרסה מעודכנת למאמר נמצאת כאן 

כלל ראשון להדפסה בתלת ממד הוא הימצאותו של קובץ תלת ממדי אותו ניתן להמיר לפורמט STL. 
עקרון אחד משותף היום לכל מכונות הייצור בתלת ממד, ממדפסת ביתית להרכבה עצמית ב 100 דולר ועד למכונה במיליון דולר המדפיסה חלקי טיטניום, כולן מקבלות את  הוראות ההדפסה  מתוכנה המכינה קובץ תלת ממד מסוג STL להדפסה. התוכנה מחלקת את הקובץ לשכבות וממירה את התמונה הדו ממדית הנוצרת בכל שכבה להוראות למכונת ההדפסה. כדי להצליח, התוכנה שמדברת עם המכונה חייבת לקבל קובץ תלת ממדי המתאר בצורה מדויקת את הגוף על כל פרטיו. נכון להיום, כל התוכנות ששולחות הוראות למכונת ההדפסה יודעות לעבוד עם קובץ אחד סטנדרטי המכונה STL.  הקובץ הנ"ל מכיל תאור גרפי של גופים תלת ממדיים בעזרת אוסף של מצולעים תלת ממדים. קיימות עשרות תוכנות ליצירת גופים תלת ממדיים בטכנולוגיות של SOLID, משטחים או Mesh ולכל אחת פורמט קבצים משלה. המכנה המשותף המעניין אותנו הוא היכולת לשמור את הקובץ התלת ממדי כקובץ STL.
את תוכנות התלת ממד ניתן לחלק לשלוש קבוצות. בחלק העליון של הפרמידה נמצא את תוכנות ה High End היקרות. בקבוצת הביניים נמצא את התוכנות הנפוצות במשרדי תכנון ובאוניברסיטאות ויש את התחום המתרחב של תוכנות לחובבים ומיקרים שהן כמובן גם הזולות ביותר. ברשימה הבאה אסקור בקצרה את התוכנות הנפוצות והנתמכות בישראל למידול של גופים תלת ממדים "קטנים" (לעומת תוכנות להנדסה אזרחית ואדריכלות) תוך דגש על התחום המתאים ביותר למתחילים. 
לפני שנמשיך, נעשה הכרות קצרה עם מספר מונחים טכנולוגים החשובים להמשך.
  1. Solid -  המונח סוליד הוא יותר מאשר רק השם של מספר תוכנות פופולריות. טכנולוגית הסוליד מאפשרת לנו לתכנן גופים תלת ממדים מדויקים תוך מתן תכונות פיסיקליות למודל הממוחשב המקרבות אותו מאוד למציאות. צרוף המילים "סוליד פרמטרי" מעיד על כך שהתוכנה מאפשרת לשנות את המודל התלת ממדי בעזרת שינוי של ערכים כגון מידות. בעולם ההנדסה המכנית תוכנות ה"סוליד פרמטרי" הן השליטות הבלעדיות
  2. Mesh - מודל תלת ממדי המורכב מרשת או מאוסף של קווים היוצרים מצולעים תלת ממדים שמתארים את המודל . מודל ה Mesh הוא פחות מדויק, לא ניתן לשינויים בעזרת פרמטרים ומתאים יותר ליצירת צורות אורגניות מורכבות ולעיצוב חופשי. קבצי Mesh נפוצים מסתיימים ב STL או  OBJ ולפעמים גם VRML.
  3. עריכה ישירה (Direct Editing ) - מונח המשויך לתוכנות הסוליד. הכוונה היא ליכולת לשנות בקלות גופים תלת ממדים ולעצב אותם מחדש מבלי להסתמך על הפרמטרים המקוריים. עריכה ישירה נחשבת לטכניקה שמתאימה יותר למתחילים ומשתמשים מזדמנים.
  4. פרמטרי  - מודל הנשלט על ידי מידות או אילוצים. מודל תלת ממדי פרמטרי מוגדר על ידי מידות כך ששינוי המידה ישנה את גאומטריית המודל. לדוגמה, נתכנן קובייה תלת ממדית שמידותיה הן 4 ס"מ לרוחב לאורך ולגובה. כעת נשנה את מידת האורך בלבד ל 6 ס"מ על ידי הקלדת ערך חדש והמודל הפרמטרי יתעדכן בהתאם לתיבה
  5. Surface - בעוד הסוליד מתאר את הגוף כולו, תוכנות משטחים מטפלות רק בטופולוגיה החיצונית. יכולות ה"משטחים" מאפשרות יצירת גאומטריות מורכבות יותר תוך שמירה על מראה חלק וזורם. תעשיית הרכב משתמשת בתוכנות משטחים לעיצוב המשטחים הקמורים ברכב.

 תוכנות ה High End

תוכנות העל נפוצות מאוד בתעשיות הרכב והתעופה. הן נותנות פתרון מקיף הכולל אפליקציות רבות וכלים חזקים לניהול של הרכבות גדולות עם עשרות אלפי חלקים. תוכנות העל מאוד יקרות. המחיר לתוכנה בודדת מתחיל באזור ה 40,000 ש"ח! נדרש זמן רב וניסיון כדי להתמחות בכל אחת מתוכנות העל. שלוש תוכנות העל המוכרות ביותר הן:
Pro/e ) Creo ) - תוכנת הסוליד פרמטרית הראשונה בעולם. מלאת יכולות וקשה ללימוד. ניתן למצוא אותה בארץ ברפא"ל, אורבוטק, HP ועוד.
יוניגרפיקס - תוכנה ותיקה שעברה מספר גלגולים ושייכת היום לקונצרן סימנס. זו התוכנה של GM ושל פיאט. בארץ ניתן למצוא אותה בעיקר בתעשייה האווירית בטכנולוגיות להבים, מנועי בית שמש ועוד..
Catia - מבית דאסו סיסטמס הצרפתית, מקובלת מאוד בתעשיית המטוסים העולמית.  Boing , פיז'ו ופולקסווגן בין המשתמשים. בארץ נוכל למצוא אותה בישכר, תעשייה אווירית, פלסן ועוד..

תוכנת על נוספת שמטפלת רק במשטחים היא Alias  של אוטודסק. ה Alias נפוצה בעיקר אצל מעצבים תעשייתיים ומעצבי רכב. היא קשה מאוד ללימוד אבל מתגמלת ביכולות פנטסטיות. אם אתם מפנטזים להיות מעצבי רכב, זו התוכנה עבורכם.

תוכנות ה Main Stream

זו קבוצת התוכנות הנפוצות ביותר לתכנון סוליד פרמטרי. המחירים  אינם עממיים ונעים בין 10,000 ש"ח ועד ל 30,000 ש"ח לרישיון תוכנה בסיסי. תוכנות ה Main Stream הן קלות יחסית ללימוד ולשימוש ונפוצות בכל מוסדות לימוד ההנדסה והעיצוב. שלוש התוכנות הבולטות בתחום הזה דומות מאוד בטכנולוגיה וביכולות:
SolidWorks - התוכנה שהמציאה את התחום. תוכנת הסוליד הנפוצה ביותר בישראל. קלה ללימוד, נוחה לשימוש. מחיר - החל מ 5,000 $
Autodesk Inventor - אוטודסק היא יצרן תוכנות התלת ממד הגדול בעולם. האינוונטור היא אלטרנטיבה זולה במקצת מסולידוורקס שאיננה נופלת ממנה כלל. הגרסה הבאה של התוכנה מוסיפה יכולות מתקדמות לעריכה ישירה ועיצוב הייחודיות לקטגורית ה MainStream. מחיר - כ 3,000 $
Solid Edge - מבית יוניגפיקס / סימנס. הראשונה ששילבה יכולות עריכה ישירה יחד עם תכנון פרמטרי. ממשיכה לשפר יכולות אלו מגרסה לגרסה.

אחת נוספת עם גישה קצת שונה:
SpaceClaim תוכנת סוליד נוספת שמתאימה מאוד לשימוש להדפסה תלת ממדית . התוכנה בנויה לעריכה ישירה של קבצי סוליד. משתמשים לא מיומנים ימצאו אותה קלה ומהירה לשימוש . בגרסה האחרונה נוספה לתוכנה היכולת לערוך קבצי STL מה שהופך אותה למעניינת עוד יותר לצורכי הדפסה תלת ממדית

תוכנה נפוצה נוספת שאיננה "סוליד":
3DMAX - נציג תוכנות ה Mesh או המצולעים. תוכנה רבת יכולות וזכויות הנפוצה מאוד לצורכי הנפשה. ה MAX איננה תוכנה הנדסית ואיננה קלה לשימוש כמו תוכנות הסוליד שלמעלה. אבל, היא היחידה בקבוצה שמאפשרת מידול של דמויות, חיות וצורות משונות אחרות.

תוכנות לחובבים

בקטגוריה הזו נמצא תוכנת המספקות יכולות תלת ממד טובות בעלות אפסית. יש כמה תוכנות חינמיות מפתיעות הכוללות מספר יכולות שלא קימות בתוכנות ה MainStream.
עולם התיב"ם (תכנון בעזרת מחשב) מחולק למספר קטגוריות. בגדול תוכנות ה"סוליד" שייכות לתחום התכנון המכני, תוכנות ה Mesh שייכות לעולם של הנפשה וצורות אורגניות. כדאי לזכור שלתכנן מתקן או מנגנון יהיה הרבה יותר פשוט בתוכנה מכנית "סוליד" אבל, התוכנה המכנית תתקשה מאוד לתת פתרון לצורות אורגניות.  

ה"מקצועיות" -  תכנון בסוליד 

לתוכנות הבאות כלים ויכולות מפתיעות. כל בעל ניסיון עם תוכנות סוליד יסתדר איתן היטב. מי שחדש בתחום, יקבל הזדמנות נהדרת ללמוד את הייסודות. הן מגיעות מחברות מסחריות מובילות וניתנות להורדה ולשימוש בחינם ללא מגבלות. רק שימו לב, תוכנות סוליד הן זללניות משאבי מחשב. ללא מעבד חזק ומספיק זיכרון RAM החוויה יכולה להיות מתסכלת.

 

גרסה "ערומה" של תוכנת SpaceClaim במיתוג של יצרן הקשיחים RS. יכולות מפתיעות וביצועים טובים בתוכנת עריכה ישירה חזקה. ניתן ליבא קבצי STEP ולשמור קבצים ל STL לצורך הדפסה בתלת ממד.



עריכה ישירה והכנה לייצור DELCAM
דלקאם שנרכשה ע"י אוטודסק היא ספקית של תוכנות לייצור מאנגליה. את התוכנה הבא היא מספקת בחינם 30 יום נסיון . תוכנת הסוליד PowerShape כוללת הרבה מאוד יכולות ואפשרויות. היא מפיקה שרטוטי דו ממד אסוציאטיבים (השומרים על קשר למודל) מאפשרת עריכה מתקדמת ויכולה לעבוד עם סוגי קבצים שונים. 

CREO - עריכה מהיר לכל מודל
חברת PTC היא מי שהמציאה את הסוליד הפרמטרי. לפני מספר שנים היא רכשה את CoCreate מ HP וקיבלה גישה ליכולות העריכה הישירה של התוכנה ששרתה את HP שנים. ה Elements/direct היא תוכנה נהדרת לתכנון העשירה בכלים ויכולות וניתנת גם היא להורדה ושימוש בחינם ללא מגבלת זמן. התוכנה מוגבלת ל 60 חלקים בהרכבה אחת, די והותר למתכנן החובב.


Onshape

מהיוצרים של SolidWorks , תוכנת סוליד ב"ענן" קלה לשימוש וצנועה מאוד בדרישות המחשב אבל, מלאת יכולות ומאפשרת שמירה ופתיחה של רוב הפורמטים המוכרים.המודל העסקי משתנה מידי פעם. כעת הוא מאפשר עבודה בחינם לחודש, לאחר מכן, ניתן להמשיך לעבוד אבל הקבצים חשופים לכולם.

 

לחובבים - קלות שימוש ומחשבים ביתיים

אוטודסק היא החברה היחידה שלקוחת ברצינות את עולם המיקרים וההדפסה התלת ממדית ומציעה אוסף מסחרר של תוכנות תלת ממד (וגם דו ממד ) המיועדות לתחום עם חשיבה על המשתמש המזדמן איננו אשף תיב"ם. בנוסף ל Fusion שמוזכרת למעלה יש גם את משפחת תוכנות ה 123D שמיועדת במיוחד לחובבים. אם אתם פחות בעניין של ללמוד תוכנות סוליד ופשוט רוצים לתכנן מודל תלת ממדי, זה המקום להתחיל . תמצאו כאן, בין השאר, תוכנות תלת ממד ל IPAD ול PC, אפליקציה שיודעת להפוך תמונות למודל להדפסה, תוכנה לעריכת מעגלים חשמליים וגם, את שתי התוכנות הבאות בחינם!

123D - סוליד לכולם
כמו ה Fusion אבל בממשק פשוט וקל להבנה. יכולות סוליד מלאות בתוכנה שבנויה לשימוש ילדי בית ספר. כמו בכל תוכנות ה"סוליד" גם כאן נדרש מחשב חזק יחסית אבל, זו התוכנה היחידה בעולם שניתן להריץ ב 7 צורות. ניתן להתקין אותה מקומית על PC או MAC , על Iphone או Ipad או, להריץ על תוכנת גלישה ללא צורך בהתקנה! בנוסך לכלי התכנון הרגילים, התוכנה מאפשרת הוספה קלה למודל של אלמנטים מוכנים מראש אותם ניתן למקם ולערוך בקלות. היא מגיעה עם מספר דוגמאות נחמדות שמאפשרות ליצור הרכבה בקלות. 

TinkerCAD - ממשק יחודי  
תוכנה אינטרנטית ללא צורך בהתקנה. בעלת ממשק יחדי וקל במיוחד לשימוש. לפני שנה וחצי צוות הפיתוח סגר הפרויקט והתוכנה נעלמה. מספר חודשים מאוחר יותר, אוטודסק רכשו את החברה והחזירו את התוכנה לחיים. התוכנה איננה "סוליד", היא משתמשת בטכנולוגיה ייחודית ומאפשרת עריכה של קבצי STL ! וגם, המתאימה מכולם למחשבים "חלשים". ה TinkerCAD היא כלי חשוב בארגז הכלים של כל חובב ביתי שמעוניין לעצב קבצי STL. 

אפשר גם....
FreeCAD - לחובבי הקוד הפתוח
 FreeCAD
תוכנה חופשית לתכנון תלת ממדי. נותנת כלים להמרה בין תוכנות ואפשרות לעבוד גם עם קבצי Mesh . בתור כלי לתכנון, היא איננה יכולה להתחרות עדין עם שלוש התוכנות המצוינות שמוזכרות כאן. ל FreeCAD פוטנציאל גדול אבל היא איננה יציבה והשימוש בה קצת מסורבל



תוכנה ותיקה ופופולרית עם קהל משתמשים גדול. בסקצ'אפ קל מאוד להתחיל לתכנן בתלת ממד. התוכנה מיועדת בעיקר לתכנון אדריכלי של מבנים בתלת ממד. החברה נרכשה ע"י גוגל לשימוש כפלטפורמת בניה בסביבת גוגל ארצ'. לפני מספר שנים גוגל החליטה לצאת מהתחום התיב"ם ומכרה את המוצר לטרימל בילדינג. קל מאוד להגיעה לתוצאות עם התוכנה כל עוד מדובר בגופים פשוטים. היא איננה פרמטרית (ר"ע) ושינוי ועריכת מודלים היא משימה לא פשוטה



בלנדר - לא לכל אחד
תוכנת הנפשה חזקה. המקבילה החופשית ל 3D Max . השימוש בבלנדר יכול להיות מתסכל. יש ברשת אין ספור דוגמאות של מודלים מדהימים שנעשו בתוכנה אבל, התוכנה מחייבת לימוד וידע. היא קשה לתפעול ומתאימה בעיקר למי שמתכוון להתמקצע בתחום האנימציה הממוחשבת. רוצים לתכנן דרקונים ומפלצות כדי להדפיס יצירות יחודיות? אם כן אז Blender היא התוכנה עבורכם.







גל רז