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 רביעי, 29 במרץ 2017

מבוא לתוכנות תלת ממד למתחילים - עדכון 2017



 DesignSpark Free CAD
בסוף 2014 עולם התלת ממד היה באופוריה. מניות חברות ההדפסה הגיעו לשמיים, תוכנות ה CAD בענן היו הדבר הבא ותוכנות לתכנון בתלת ממד להמונים נראו פתאום בהשיג יד. מהפכת התקשורת הגיעה גם לתלת ממד ? לא בדיוק. מיזוגים, רכישות והתפקחות עסקית מביאים לכך ששנת 2017 מתחילה קצת פחות ידידותית לחובבי תוכנות התלת ממד.

את הפוסט "מבוא לתוכנות תלת ממד למתחילים" פרסמתי לראשונה ב 2014 ועדכנתי קצת מאז. הוא הפך למאוד פופולארי בגלל הדרישה ההולכת וגוברת לכלי תכנון זמינים בתלת ממד.  את רוב התוכנות המוזכרות כאן ניסתי לאחרונה וחלקן מותקנות אצלי באופן קבוע על המחשב למשימות שונות.

כלל ראשון להדפסה בתלת ממד הוא הימצאותו של קובץ תלת ממדי אותו ניתן להמיר לפורמט STL. 
יש עקרון אחד המשותף 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 לפחות 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 גם 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:

מונחים בסיסיים:


    Solid - המונח סוליד הוא לא רק השם של מספר תוכנות פופולריות. טכנולוגית ה"סוליד" 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 
    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.
    עריכה ישירה (Direct Editing ) - מונח המשוייך לתוכנות הסוליד ומתאר את היכולת לשנות בקלות גופים תלת ממדים ולעצב אותם מחדש מבלי להסתמך על הפרמטרים המקוריים. עריכה ישירה נחשבת לטכניקה שמתאימה יותר למתחילים ולמשתמשים מזדמנים. 
    פרמטרי - מודל הנשלט על ידי מידות או אילוצים. מודל תלת ממדי פרמטרי מוגדר על ידי מידות כך ששינוי המידה ישנה את גאומטריית המודל. לדוגמה, אם נתכנן קובייה תלת ממדית שמידותיה הן 4 ס"מ לרוחב לאורך ולגובה וכעת נשנה את מידת האורך בלבד ל 6 ס"מ על ידי הקלדת ערך חדש, המודל הפרמטרי יתעדכן בהתאם ובהטל הצד נקבל מלבן במקום מרובע שווה צלעות. 
    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. בתעשיה הרפואית יש לפעמים צורך להשתמש במשטחים על מנת להתאים את התכנון לאנטומיה אורגנית.

  סיווג התוכנות על פי התאמה לתעשייה:

  1. High End

  2. Main Stream

  3. Hobby

1. תוכנות ה High End


תוכנות העל נפוצות מאוד בתעשיות הרכב והתעופה ונותנות פתרון מקיף הכולל אפליקציות רבות וכלים חזקים לניהול של הרכבות גדולות עם עשרות אלפי חלקים. התוכנות יקרות מאוד ונדרש זמן רב וניסיון כדי להתמחות בכל אחת מהן. בעבר חברות השקיעו זמן ומשאבים רבים על מנת להשוות ולבחור בתוכנה המתאימה לארגון מבין השלוש שלמטה. כיום, בגלל הקושי הרב בהעברת קבצים בין תוכנה אחד לשניה הבחירה כמעט ואיננה נעשת על פי יכולות תכנון ספציפיות אלה בעיקר על פי הכלים שאיתם עובדים השותפים העסקיים או על פי כליי ניהול התצורה הנמצאים בארגון ובסביבה העסקית שלו. 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 /  Siemens NX  - חבילת תוכנה מקיפה השייכת היום לקונצרן סימנס. זו התוכנה של יצרניות הרכב GM ופיאט. בארץ ניתן למצוא אותה בעיקר בתעשייה האווירית, בטכנולוגיות להבים, מנועי בית שמש ועוד..
  • Catia - מבית דאסו סיסטמס , מקובלת מאוד בתעשיית המטוסים העולמית. Boing , פיז'ו ופולקסווגן הם בין הלקוחות הגדולים. 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.


2. תוכנות ה Main Stream

זו קבוצת התוכנות הנפוצות ביותר לתכנון סוליד פרמטרי. המחירים אינם עממיים והם עומדים על עשרות אלפי שקלים* לרישיון תוכנה בסיסי. תוכנות ה Main Stream הן קלות יחסית ללימוד ולשימוש ונפוצות בכל מוסדות לימוד ההנדסה והעיצוב. 

הקלאסיות:
שלוש התוכנות הבאות מתחרות אחת בשניה ראש בראש כבר 20 שנים עם חבילת יכולות די דומה.  
  • SolidWorksמבית דאסו סיסטמס התוכנה שהמציאה את הקטגוריה. תוכנת הסוליד הנפוצה ביותר בישראל. קלה ללימוד, נוחה לשימוש ומלאת יכולות וכלים משלימים. 
  • Autodesk Inventor - אוטודסק היא יצרן תוכנות התלת ממד הגדול בעולם. האינוונטור היא אלטרנטיבה הזולה במקצת מסולידוורקס שאיננה נופלת ממנה כלל. היא כוללת יכולות מתקדמות לעריכה ישירה ועיצוב הייחודיות לקטגורית ה MainStream. 
  • Solid Edge - מבית Siemens NX. הראשונה ששילבה יכולות עריכה ישירה יחד עם תכנון פרמטרי. ממשיכה לשפר יכולות אלו ולהציעה פתרון שיכול להיות מנשולב עם תוכנת העל UG
השונה:
  • 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
הדור החדש:
תוכנות הדור החדש מתבססות על מחשוב ענן. אלה הן שתי הנציגות הבולטות בתחום:

  • Onshape  - מהיוצרים של SolidWorks , תוכנת סוליד ב"ענן", ללא התקנה או תלות במחשב, רצה גם על מכשיר נייד, טלפון או טאבלט. קלה לשימוש וצנועה מאוד בדרישות מיחשב ועדין 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 או, לרכוש מנוי ב 100$ לחודש. OnShape היא כרטיס הכניסה הטוב ביותר לעולם של תכנון בסוליד ומהווה כלי לימוד מצויין למי שרוצה להמשיך לתוכנות המקצועיות.
  • Fusion 360
  • Fusion 360 - אוטודסק דוחפת כל הזמן יכולות חדשות לפלפורמה הענן של ה fusion התוכנה כוללת אין סוף יכולות לתכנון, עיצוב וסימולציה במחיר נמוך במיוחד שמתחיל בפחות מדולר לחודש. התוכנה דורשת התקנה מקומית ומשתמשת בענן ככוח חישוב לביצוע פעולות מורכבות מהר יותר.
עוד שתי תוכנות מאוד נפוצות אבל לא קלות במיוחד לשימוש
  •  

    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.
  • Rhino - תוכנה שהיא נציגה מובהקת לתכנון ובמשטחים היא Rhino הפופולארית במיוחד לתכנון גופים גאומטרים מורכבים להדפסה בתלת ממד הנוצרים ע"י מניפולציה של משוואות מתמטיות. ל Rhino מספר רב של יישומים משלימים לתכנון וביצוע משימות מורכבות כגון ייצור תכשיטים. 
* רוב החברות מציעות תנאים מיוחדים לסטודנטים. לדוגמה, באוטודסק תקבלו חבילת תוכנות שלמה לשימוש בחינם למשך שלוש שנים. המבצעים לסטודנטים משתנים מדי פעם ושווה לבדוק עם הספק המקומי ובאתר האינטרנט של החברה

3. תוכנות לחובבים בחינם !

בקטגוריה הזו תוכנות המספקות יכולות תלת ממד טובות בעלות אפסית. יש כמה תוכנות חינמיות הכוללות מספר יכולות מפתיעות שלא קימות בתוכנות ה MainStream היקרות.
שימו לב שעולם התיב"ם (תכנון בעזרת מחשב) מחולק למספר קטגוריות ועושה שימוש במספר טכנולוגיות תלת ממד. בגדול תוכנות ה"סוליד" שייכות לתחום התכנון המכני, תוכנות ה Mesh שייכות לעולם של הנפשה וצורות אורגניות. כדאי לזכור שלתכנן מנגנון יהיה הרבה יותר פשוט בתוכנה מכנית בטכנולוגית "סוליד" אבל, צורות אורגניות יכולות להיות משימה בילתי אפשרית גם למתכנן מנוסה בתוכנת סוליד. 

לשתי התוכנות 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.


DesignSpark Mechanical - מלא הפתעות
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. התוכנה ממשיכה להתעדכן והיא כוללת יכולות לערוך קבצי STL ולהשתמש בהם להמשך בניה בסוליד, ייכולות יחודייות שאינן נמצאות בשום תוכנה אחרת. 


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.
עד לאחרונה, אוטודסק הייתה החברה היחידה שלקחה ברצינות את עולם המיקרים וההדפסה התלת ממדית עם אוסף של תוכנות תלת ממד (וגם דו ממד) המיועדות לתחום עם חשיבה על המשתמש המזדמן איננו אשף תיב"ם. לאחרונה, החברה הודיעה על כוונתה להתמקד במספר מצומצם יותר של ולהוציא לגמלאות חלק מהפרויקטים החינמים במשפחת תוכנות ה 123D שמיועדת במיוחד לחובבים. 
זה הזמן למהר ולהוריד את התוכנה הבאה כל עוד היא זמינה.
123D - סוליד לכולם
123D מגיעה עם ממשק פשוט וקל להבנה ויכולות סוליד מלאות בתוכנה שבנויה לשימוש ילדי בית ספר. 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  
תוכנת ענן 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
תוכנה חופשית לתכנון תלת ממדי. נותנת כלים להמרה בין תוכנות ואפשרות לעבוד גם עם קבצי Mesh . בתור כלי לתכנון, היא איננה יכולה להתחרות עם התוכנותת האחרות שמוזכרות כאן. ל FreeCAD פוטנציאל גדול אבל היא איננה יציבה והשימוש בה עדין 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. 

Blender
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. אם אם רוצים לתכנן דרקונים ומפלצות כדי להדפיס יצירות יחודיות יתכן ש Blender היא בדיוק התוכנה עבורכם



גל רז
מלבורן, אוסטרליה