מבוא לתוכנות תלת ממד למתחילים

DesignSpark 

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. אם אתם רק מעוניינים בתוכנה לחובבים, פשוט דלגו ישר לחלק השלישי בפוסט 

  

הצעד ראשון להדפסה בתלת ממד מתחיל מקובץ תלת ממדי

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. (כאן תוכלו ללמוד יותר על הנושא)

את תוכנות התלת ממד ניתן לחלק לשלוש קבוצות. בחלק העליון של הפירמידה נמצא את תוכנות ה High End או תוכנות העל היקרות. בקבוצת הביניים נמצא את התוכנות הנפוצות במשרדי תכנון ובאוניברסיטאות ולבסוף יש את התחום המתרחב של תוכנות למתכננים מזדמנים, חובבים ומייקרים הזולות או חינמיות וקלות לשימוש וללימוד. ברשימה הבאה אסקור בקצרה את התוכנות הנפוצות והנתמכות בישראל למידול של גופים תלת ממדים "קטנים" (לעומת תוכנות להנדסה אזרחית ואדריכלות) ועם דגש מיוחד על תוכנות לחובבים.

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 המשויך 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. תוכנות העל  (High End)
2. Main Stream 
3. לחובבים

1. תוכנות העל (High End)

PTC Creo

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 לא נעשת על פי יכולות תכנון ספציפיות אלה בעיקר על פי הכלים שאיתם עובדים השותפים העסקיים ועל פי כליי ניהול התצורה הנמצאים בארגון ובסביבה העסקית שלו (תוכנות ה PLM). שלוש תוכנות העל המוכרות ביותר הן:

Pro/e ) Creo ) - תוכנת הסוליד פרמטרית הראשונה בעולם. מלאת יכולות וכלים מתקדמים. 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 והיא משמשת ככלי ניהול תצורה אצל רוב יצרני המטוסים בעולם. בארץ ניתן למצוא אותה בעיקר בתעשייה האווירית, בטכנולוגיות להבים, מנועי בית שמש ועוד..

Catia - מבית דאסו סיסטמס , מקובלת בתעשיית המטוסים העולמית. Boeing , פיז'ו ופולקסווגן הם בין הלקוחות הגדולים. פחותת פופולארית בארץ. נוכל למצוא אותה בישכר, פלסן ועוד..

Alias - תוכנת על שמטפלת בעיצוב משטחים 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. בדרך כלל משתמשים בא במקביל לאחת מהתוכנות הנ"ל

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 בשנייה ראש בראש כבר 20 שנים עם חבילת יכולות די דומה.
SolidWorks - מבית דאסו סיסטמס התוכנה שהמציאה את הקטגוריה. תוכנת הסוליד הנפוצה ביותר בישראל. קלה ללימוד, נוחה לשימוש ומלאת יכולות וכלים משלימים.

Autodesk Inventor - האינוונטור היא אלטרנטיבה טובה מסולידוורקס ואיננה נופלת ממנה. היא כוללת יכולות מתקדמות לעריכה ישירה ועיצוב שייחודיות לקטגוריה

Solid Edge - מבית Siemens NX. הראשונה ששילבה יכולות עריכה ישירה יחד עם תכנון פרמטרי. ממשיכה לשפר יכולות אלו ולהציעה פתרון מקיף באריזה שנראת קצת מיושנת

השונה:

SpaceClaim - תוכנת סוליד נוספת שמתאימה מאוד לשימוש להדפסה תלת מימדית. 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.

הגרסה החינמית שלה משווקת תחת השם DesignSpark Mechanical 

הדור החדש - תוכנות הדור החדש הן תוכנות "סוליד" המתבססות על מחשוב ענן. אלה הן שתי הנציגות הבולטות בתחום ושתיהן נגישות לחובבים, סטודנטים ואקדמיה:

Onshape  -

מהיוצרים של SolidWorks , תוכנת סוליד ב"ענן", ללא התקנה או תלות במחשב, היחידה שרצה
גם על מכשיר נייד, טלפון או טאבלט. קלה לשימוש וצנועה מאוד בדרישות מיחשב ועדין מלאת יכולות ומאפשרת שמירה ופתיחה של רוב הפורמטים המוכרים. לחובבים, סטודנטים ומוסדות אקדמאים השימוש הוא בחינם (לחובבים שטח האחסון הוא משותף) Onshape היא כרטיס הכניסה הטוב ביותר לעולם של תכנון בסוליד, מהווה גם כלי לימוד מצויין והיא הנציגה הבולטת של הדור הרביעי של מערכות תכנון שאינן תלויות יותר בתשתיות מחשוב ארגוניות. Onshape נרכשה לפני על ידי חברת PTC בעסקת התיב"ם הגדולה בהסטוריה והיא כיום חלק מחבילת התוכות שמציעה החברה.

Fusion 360 - מבית אוטודסק אשר דוחפת כל הזמן יכולות חדשות לפלפורמה הענן שלה ולכן ה fusion כוללת לא מעט יכולות לתכנון, עיצוב וסימולציה . התוכנה דורשת התקנה מקומית ומשתמשת בענן ככוח חישוב לביצוע פעולות מורכבות מהר יותר אבל עדין נדרש כוח מחשוב וכרטיס מסך טוב.

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 - נציגה מובהקת לתכנון במשטחים. התוכנה פופולארית במיוחד לתכנון גופים גאומטרים מורכבים וגם ליצירת מודלים ע"י מניפולציה של משוואות מתמטיות בעזרת תוסף ה Grasshopper . ל Rhino מספר רב של יישומים משלימים לתכנון וביצוע משימות מורכבות כגון ייצור תכשיטים.

* רוב החברות מציעות תנאים מיוחדים לסטודנטים. המבצעים משתנים מדי פעם ושווה לבדוק עם הספק המקומי ובאתר האינטרנט של החברה. 

3. תוכנות לחובבים בחינם (או ממש קרוב לזה)

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. 

SelfCAD - אהרון בראוור מירושליים הוא היזם מאחורי חברת התוכנה הזו שרשומה בניו יורק. SelfCAD היא תוכנת ענן קלה לשימוש ומהירה הפונה למשתמשים מזדמנים הזקוקים לכלי מידול בתלת ממד לצורך הדפסה תלת ממדית. אם אתם מתחילים או חובבים בעולם התלת מממד ואינכם בונים על קרירה כמתכנני מוצר או מעצבים (כלומר, רוב האוכלוסיה), SelfCAD יכולה להיות הבחירה הטובה ביותר להתחיל איתה. 

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 - גרסה "ערומה" של תוכנת SpaceClaim במיתוג של יצרן הקשיחים RS. כוללת יכולות מפתיעות וביצועים טובים בתוכנת מסוג עריכה ישירה. 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. 

 PTC Creo Elements - 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.

שלוש התוכנות הבאות יתאימו לצרכים בסיסים. אם אתם זקוקים לכלי תלת ממד פשוט, נגיש ולא מעוניינים להשקיע זמן בלימוד אלו הן התוכנות עבורכם

TinkerCAD - תוכנת ענן ללא צורך בהתקנה. בעלת ממשק יחודי וקל במיוחד לשימוש. התוכנה איננה "סוליד", היא משתמשת בטכנולוגיה ייחודית שמאפשרת גם עריכה של קבצי STL. היא המתאימה מכולם למחשבים "חלשים". ה TinkerCAD היא כלי חשוב בארגז הכלים של כל חובב ביתי שמעוניין לעצב קבצי STL אבל לא תתאים לתכנון מורכב והנדסי.
Microsoft 3D builder - בחינם ממיקרוסופט, תוכנה עם יכולות בניה בסיסיות הכוללת יבוא ועריכה של קבצי STL ויכולת ייחודית ל"צייר" על המודל ולהוסיף לו צבע וגרפיקה.


3D Slash - תוכנת ענן הכי פשוטה שאפשר. את המודל אתם בונים מקוביות בגדלים שונים, קצת כמו לגו. נחמד ומשעשע וגם, אין יותר קל מזה לתכנן או לערוך מודל STL קיים.

אפשר גם...

 FreeCAD - תוכנה חופשית לתכנון תלת ממדי. נותנת כלים להמרה בין תוכנות ואפשרות לעבוד גם עם קבצי Mesh . בתור כלי לתכנון, היא איננה יכולה להתחרות עם התוכנות האחרות שמוזכרות כאן. ל FreeCAD פוטנציאל גדול אבל היא איננה יציבה והשימוש בה מאוד מסורבל.

SketchUP - תוכנה ותיקה ופופולרית עם קהל משתמשים גדול. בסקצ'אפ קל מאוד להתחיל לתכנן בתלת ממד. התוכנה מיועדת בעיקר לתכנון אדריכלי של מבנים בתלת ממד. קל מאוד להגיעה לתוצאות עם התוכנה כל עוד מדובר בגופים פשוטים. היא איננה פרמטרית (ר"ע) שינוי ועריכת מודלים היא משימה לא פשוטה.  אם אתם מתכננים להדפיס בתלת ממד, הייתי נמנע מתוכנה זו.

Blender - תוכנת הנפשה חזקה וחופשית. 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 רוצים לתכנן דרקונים ומפלצות כדי להדפיס יצירות ייחודיות יתכן ש Blender היא בדיוק התוכנה עבורכם

 רוצים למצוא עוד טכנולוגיות ישראליות מעניינות בתחום התלת ממדי ? לחצו על הלינק 

לקבלת ניוזלטר השבועי, היחידי בעברית על הדפסה תלת ממדית לחצו כאן

גל רז

תיב"ם 2011 – סיכום השנה בתיב"ם המכני

אז מה היה לנו?

תיב"ם בקוד פתוח בחינם וגם על לינוקס - האם זו תחילתה של מהפכה?

עשור חדש התחיל ולפתע פתאום כולם רוצים תלת ממד. קונסולות משחק, טלויזיות, קולנוע, בקרי משחק, מדפסות ... ההתלהבות לא פסחה על יצרני התיב"ם שהזדרזו להבטיח (שוב) שהמהפכות בדרך ושבעתיד נתכנן אחרת לגמרי. אבל, כפי שכבר ציינתי בעבר , הכרזות קולניות מסתירות לפעמים חסרים טכנולוגים.

שנת 2011 הסתמנה כשנה של יצרנים מגששים , מסתכלים ימינה ושמאלה וללא מהפכות גדולות בשונה מההכרזות הגדולות של לפני שנתיים שהתמקדו בשני נושאים: תכנון ללא היסטוריה ומחשוב ענן.  

אין הסטוריה

הרעיון של תכנון ללא היסטוריה מנסה לפתור שתי בעיות שמעיקות בעולם התכנון המכני. הראשונה והכואבת קשורה ליכולות המוגבלות של העברת פרויקטים בין תוכנות שונות או גרסאות שונות של אותה התוכנה. בבסיס הרעיון עומדת טכנולוגיה שמאפשרת לשנות ולערוך מודלים ללא תלות בבניה הראשונית. ההיגיון אומר שכאשר לא צריך להתחשב בכללים בבניית המודל, המשתמשים ייהנו מתוכנה קלה ומהירה יותר לשימוש. שנת 2011 הוכיחה שיש מרחק רב בין טענות היצרנים לבין יישומם בשטח ושעדין, רוב המתכננים מעדיפים שליטה על איך שהמודל נבנה וחשוב מכך, על איך הוא ישתנה בעתיד.  הקשרים המורכבים בין הקבצים השונים של חלק הרכבה ושרטוט בתוך המבנה הפנימי של תוכנת התיב"ם הופכים את הרעיון הנ"ל שימושי רק למספר מועט של מקרים. יותר מכך, בעת שימוש ביכולות של עריכה ישירה (כל יצרן קורא לזה בשם אחר), יכול משתמש לא מיומן או לא זהיר, להרוס עבודה של מתכננים אחרים. אוטודסק (http://www.123dapp.com/)  ו PTC, כצעד לבדיקת הטכנולוגיה, פשוט שחררו תוכנות סוליד מלאות להורדה בחינם בעוד סימנס דוחפת את הטכנולוגיה לחזית כשהיא ממצבת אותה כהמצאה יחודית.

יש ענן

אוטודסק נכנסת סוף סוף גם ל PLM ועוד בענן!

Solidworks , הראשונה להכריז ברעש גדול על מעבר לטכנולוגית ענן, התקפלה לאחור בינתיים  ושחררה רק כלי ניהול מסמכים רשתי למתכנן הבודד בשם n-fuze.   תיב"ם בענן? לא כרגע כנראה. ההבטחות מתחילת העשור למעבר למחשוב ענן עדין רחוקות מלהתממש אבל בתחום ה  PLM   , חברת התיב"ם הגדולה בעולם - אוטודסק מפתיעה עם ההכרזה על הכניסה הקרובה לעולם ניהול חיי המוצר עם תוכנת PLM  חדשהבטכנולוגית ענן.  

העשור החדש מתחיל כמלחמת כלבים בין ארבעת היצרנים הגדולים. כולם מסתובבים במעגל ומריחים אחד לשני את הזנב וכל אחד מחכה שהראשון יתקוף כדי לחשוף את נקודות התורפה שלו. כאשר לכל יצרן תוכנה יש היום מעל למיליון משתמשים ועוד כמה ארגוני ענק שמשלמים כסף טוב כל שנה, נראה קצת מלחיץ לסכן את הכל עבור טכנולוגיה חדשה שבזמן ההבשלה שלה חושפת את הלקוחות למתקפות של המתחרים בניסיון לגרום להם לערוק.  המעבר של הלקוחות לשימוש בכלי תוכנה מתקדמים המצטרפים לתיב"ם כגון PLM וסימולציה מקשים על כניסה של שחקנים חדשים לתחום. קשה היום להצליח לבנות בסיס לקוחות גדול ללא פתרונות  מקיפים לכל התחומים . מעין מלכוד 22. כדי שיהיו לך לקוחות אתה חייב לקוחות שמשתמשים בפורמט הייחודי שלך מה שיחייב אחרים לרכוש את התוכנה כדי לשוחח איתם באותה השפה אבל, לקוחות מתרחקים מתוכנה חדשה בגלל שאין מספיק משתמשים לדבר איתם באותה השפה. 

ב 2011 עלו מספר ניצני טכנולוגיה מבטיחים שיתכן ויבשילו בקרוב :

אוטודסק מגלה ענין רציני בפלטפורמות שאינן חלונות ומוציאה גרסאות שונות גם למחשבי אפל ולפלטפורמות ניידות. 

FreeCad היא הניסיון הרציני הראשון לתוכנת תיב"ם בקוד פתוח!! התוכנה החינמית רצה על כל הפלטפורמות כולל לינוקס ! אחת התכונות המעניינות בתוכנה היא היכולת שלה לקבל מודל מצולעים (vrml, stl, FEM Mesh ) ולהפוך אותו לסוליד.

אתרי אינטרנט להחלפת קבצי סוליד עולים ופורחים ואחד הבולטים והמוצלחים שבהם הוא GrabCad

GrabCAD - קהילה להחלפת קבצים, פרויקטים ומיקור חוץ

 

בפברואר ומרץ נוכל לעקוב אחרי ההכרזות הקרובות של דאסו/ סולידוורקס ואוטודסק ולראות האם אכן מחכות לנו שנים מעניינות .

גל