คงปฏิเสธไม่ได้ว่าทุกวันนี้เราใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในงานออกแบบแทบทุกอย่าง การออกแบบระบบทางกลก็มีการใช้ซอฟท์แวร์ CAD (Computer-Aided Design) การออกแบบกลไกของหุ่นยนต์ก็ทำได้สะดวกขึ้นมากด้วย CAD เช่นกัน แต่สำหรับงานส่วนตัว มือสมัครเล่น ที่ไม่สามารถซื้อซอฟท์แวร์ CAD ดี ๆ ราคาหลักแสนมาใช้ได้ วันนี้เรามีซอฟต์แวร์ CAD ดี ๆ ที่ใช้ได้ฟรีมาแนะนำ
เกริ่นคร่าว ๆ เกี่ยวกับ CAD ซักเล็กน้อย CAD เป็นคำกว้าง ๆ ที่เรียกซอฟต์แวร์สำหรับช่วยออกแบบ ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบทางกล ทางไฟฟ้า ฯลฯ สำหรับ CAD ในงานทางกลเองก็มีหลายประเภท เช่น 2D CAD ไว้วาดแบบ (draft) ชิ้นงาน หรือ 3D CAD สำหรับขึ้นโมเดลชิ้นงาน ตัว 3D CAD เองก็ยังมีหลายประเภท ขึ้นกับเทคนิคที่ใช้ขึ้นรูปทรง 3 มิติเช่น
- Wireframe คือ การขึ้นเส้นโครงสร้างของโมเดล
- Surface modeling คือ การขึ้นผิวของโมเดล
- Solid modeling คือ การขึ้นวัถตุสามมิติทรงตัน มีประโยชน์มากในการคำนวณคุณสมบัติของชิ้นงาน เช่น น้ำหนัก จุดศูนย์กลางมวล ความแข็งแรง
เราจะพูดถึง Solid modeling เป็นหลัก เพราะใช้งานมากในงานออกแบบทางกล Solid modeling เองก็มีเทคนิคในการขึ้นรูปทรงสามมิติหลายแบบ เช่น
- Constructive Solid Geometry (CSG) คือ การขึ้นจากรูปทรงง่าย ๆ เช่น ทรงสี่เหลี่ยม ทรงกลม พีระมิด ทรงกระบอก โคน แล้วมาเชื่อมต่อแบบรวมหรือหักล้างกัน (boolean operation)
- Boundary Representation (BREP) คล้ายกับ Surface modeling แต่ผิวที่สร้างจะต้องเป็นทรงปิดตัน อาจขึ้นรูปด้วยการวาดโปรไฟล์แล้วหมุนให้ครบรอบ หรือต่อพื้นผิวหลายผิวให้เป็นรูปปิด
- Parametric Feature-based เป็นการขึ้นรูปทรงตามลักษณะการขึ้นรูปทรงสามมิติในโลกจริง เช่น การขึ้นชิ้นงานเป็นกล่อง แล้วลบมุม แล้วเจาะรู แล้วทำเกลียว เป็นต้น แต่ละ feature ก็มีคุณสมบัติกำกับ เช่น ความกว้าง ความยาว ความลึก ขนาดเกลียว เป็นต้น
CAD ในปัจจุบันมีความสามารถมาก สามารถขึ้นโมเดลได้จากหลายเทคนิคผสมกัน นอกจากเทคนิคการขึ้นรูปแล้ว วิธีการขึ้น/แก้ไขชิ้นงานก็ยังมีหลายรูปแบบ เช่น
- History-based เป็นรูปแบบการขึ้น/แก้ไขชิ้นงานที่อ้างอิงประวัติการแก้ไข (history-based) feature ที่ทำทีหลังจะอ้างอิง feature ก่อนหน้า แก้ไขชิ้นงานไปแล้ว สามารถย้อนกลับไปแก้ไข feature ก่อน ๆ หน้าได้
- Direct/Explicit modeling สามารถแก้ไขโมเดลได้โดยตรงโดยไม่มีประวัติการทำงาน เมื่อแก้ไปเรื่อย ๆ จะไม่สามารถย้อนกลับไปแก้ไขการแก้ไขครั้งแรก ๆ ได้
หลายคนคงคิดว่า CAD ฟรีมีเยอะแยะไป หาไม่ยากสักหน่อย เช่น Blender, SketchUp แต่พวกนี้เป็นแนว Surface modeling และเป็น Direct modeling เน้นดึง ๆ ปั้น ๆ โมเดล เหมาะสำหรับงานออกแบบทางศิลป์มากกว่างานทางวิศวกรรม
ส่วน Solid modeling ที่เป็น Parametric Feature-based, History-based ที่เหมาะสำหรับงานออกแบบทางกลที่ดัง ๆ ก็เช่น SolidWorks, CATIA, Inventor ซึ่งพวกนี้ราคาแพง สำหรับงานเล่น ๆ สนุก ๆ คงหามาใช้ไม่ไหว ตัวฟรีที่มีใช้กันเยอะหน่อยก็เช่น OpenSCAD, FreeCAD ซึ่งถ้าถามว่าใช้ได้หรือไม่ ก็ตอบว่าใช้ได้ แต่ความสามารถและความยากง่ายในการใช้งานยังสู้ CAD แพง ๆ ไม่ได้ (พวก CAD ฟรีมักเป็นโอเพนซอร์สที่ชุมชนร่วมกันพัฒนา จึงสู้เจ้าใหญ่ ทุนเยอะไม่ได้) แต่ปัญหากำลังหมดไป เมื่อมีเจ้าใหญ่ลงมาเล่นกับวงการ CAD สำหรับการใช้งานตามบ้าน เราจะมาแนะนำ 2 ตัว
ตัวแรกคือ OnShape พัฒนาโดยทีมที่เคยพัฒนา SolidWorks มาก่อน การใช้งานจึงค่อนข้างคล้ายกัน เข้าใจไม่ยาก จุดเด่นที่สำคัญเลยคือ ใช้งานผ่านเว็บเบราว์เซอร์ได้เลย โดยไม่ต้องลงซอฟต์แวร์หรือปลั๊กอินใด ๆ จุดเด่นอีกข้อคือ OnShape พัฒนามาโดยคำนึงถึงการทำงานร่วมกันเป็นทีม สามารถแชร์ไฟล์และแก้ไขไฟล์พร้อมกันได้เลย (ใครที่ชอบ Google Docs จะต้องชอบความสามารถนี้แน่นอน) นอกจากนี้ยังมีระบบ version control สามารถบันทึกโมเดลแยกเป็นหลายเวอร์ชัน และแตกกิ่งของเวอร์ชันได้ด้วย ทำให้สามารถทดลองปรับแบบไปมาได้ ส่วนความสามารถทั่วไป การขึ้นชิ้นงานสามมิติ การประกอบชิ้นงาน การดราฟท์งานก็ทำได้ครบ
OnShape สามารถใช้งานได้ฟรี 10 โปรเจกต์ส่วนตัว หากจะสร้างโปรเจกต์เพิ่มจะต้องเปิดให้เป็นโปรเจกต์สาธารณะที่ผู้อื่นเข้าถึงได้ หรือไม่เช่นนั้นก็เสียค่าบริการรายเดือน
ข้อดี
- ทำงานผ่านเว็บเบราว์เซอร์ ไม่ต้องลงโปรแกรม
- ทำงานร่วมกันได้
- แก้ไขงานพร้อมกันได้
- มี version control
ข้อด้อย
- ทำงานช้า
- ไม่สามารถทำงานได้หากไม่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
ตัวที่สองคือ AutoDesk Fusion 360 มาจากค่ายใหญ่ AutoDesk ที่ระยะหลังทำซอฟต์แวร์ให้มือสมัครเล่นใช้จำนวนมาก เดิม Fusion 360 ทำงานผ่านเบราว์เซอร์เช่นเดียวกับ OnShape แต่ติดปัญหาด้านสมรรถนะการทำงาน จึงพัฒนาเป็นซอฟต์แวร์บน Windows และ MacOS เมื่อเปรียบเทียบกับ OnShape แล้ว Fusion 360 จะทำงานได้เร็วกว่า Fusion 360 มีความสามารถมากมาย ความสามารถทั่วไป การขึ้นชิ้นงานสามมิติ การประกอบชิ้นงาน การดราฟท์งานก็ทำได้ครบ สามารถขึ้นโมเดลสามมิติได้ทั้งเทคนิค CSG, BREP, Parametric Feature-based สามารถแก้ไขโมเดลได้ทั้งแบบ History-based และ Direct/Explicit modeling สามารถเรนเดอร์ภาพได้ ทำแอนิเมชันได้ วิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ได้ สร้าง tool path สำหรับ CNC ได้ และยังสามารถแชร์ไฟล์ร่วมกันพัฒนาได้ (แต่แก้ไขพร้อมกันแบบ OnShape ไม่ได้) ระบบของ Fusion 360 มีการเก็บไฟล์ไว้บนคลาวด์และบนเครื่อง ทำให้สามารถทำงานได้แม้จะไม่ได้เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต (เมื่อเชื่อมต่ออีกครั้ง Fusion 360 จะทำการอัปเดตไฟล์บนคลาวด์)
Fusion 360 เปิดให้ใช้ฟรีสำหรับมือสมัครเล่นและสตาร์ตอัพที่ยังรายได้น้อย ถ้าหากบริษัทใหญ่อยากนำไปใช้เชิงพาณิชย์ก็ต้องสมัครสมาชิกรายเดือน
ข้อดี
- ทำไฟไนต์เอลิเมนต์ได้
- เรนเดอร์ภาพได้
- ทำแอนิเมชันได้
- สร้าง tool path สำหรับ CNC ได้
- ทำงานร่วมกันได้
ข้อด้อย
- ยังมีบั๊กอยู่บ้าง
สิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงในการใช้งาน OnShape และ Fusion 360 คือ ทั้งคู่มีการพัฒนาในลักษณะเดียวกับโลกของซอฟต์แวร์สมัยใหม่ คือ ไม่ได้ทำเสร็จเป็นเวอร์ชันแล้วจำหน่าย แต่เป็นบริการที่มีการอัปเดต/ปรับเปลี่ยนความสามารถเรื่อย ๆ ในแง่ดีคือ มีความสามารถใหม่ ๆ ให้ใช้อยู่เรื่อย ๆ แต่ก็ไม่มีการรับประกันว่าความสามารถที่เคยใช้ได้จะไม่ถูกตัด/ปรับเปลี่ยนไปในอนาคต
สมัยนี้เรามีเครื่องมือดี ๆ ฟรี ๆ ให้ใช้มากมาย ใครสนใจก็ลองใช้ดูได้ครับ
