ถือเป็น 1 ในหัวข้อการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ได้รับความสนใจอย่างมากในปี 2019 เนื่องจากหลายค่ายหลายโปรแกรมต่างพร้อมสำหรับการใช้งาน หรือแม้แต่รางวัลดีเด่นด้านอุตสาหกรรมก็ยังมอบให้กับบริษัทที่พัฒนาโมดูลส่วนนี้ นั่นก็คือ Generative Design นั่นเอง (“3D Software of the year: Autodesk Netfabb”)
การออกแบบตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมีข้อจำกัดหลายอย่างที่ไม่สามารถผลิตได้ตามต้องการ เช่น ชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน Undercut โครงถัก ภายในกลวง หรือแม้กระทั่งงานก่อสร้างขนาดใหญ่ ดังนั้นการเข้ามาของเทคโนโลยีการผลิตสมัยใหม่ไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (3D printer) และความรู้ด้านวัสดุสมัยใหม่ (Advanced materials) จึงเป็นการปรับปรุงองค์ความรู้ในการออกแบบและผลิตจากเดิมให้พัฒนาไปอีกขั้น ไม่ใช่แค่ชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงงานทางสถาปัตยกรรม การก่อสร้าง หรืองานศิลปะอีกด้วย
สำหรับนิยามของคำว่า Generative Design ในมุมมองของผู้เขียนคือ “การปรับปรุงข้อมูลเดิมหรือคิดค้นใหม่ โดยมีเป้าหมาย (Goal) ที่ชัดเจนผ่านการวิเคราะห์ทางตัวเลข” ถ้าพูดรวมๆ จะดูเข้าใจยากว่าคือศาสตร์อะไร แต่ในเชิงการผลิตชิ้นส่วนจะเข้าใจได้ง่าย เช่น
ตัวอย่างที่ 1 ปรับปรุงแบบของชิ้นส่วน A เพื่อให้มีน้ำหนักลดลง 50% โดยที่ยังสามารถใช้งานได้ตามปกติ
ตัวอย่างที่ 2 ออกแบบชิ้นส่วน B เพื่อให้สามารถรับแรงกดได้มากขึ้น 20% โดยใช้เนื้อวัสดุเท่าเดิม
กรณีตัวอย่างปัจจุบันมีคอมพิวเตอร์ช่วยวิเคราะห์ทางวิศวกรรม (Computer Aided Engineering, CAE) ในการทำงานดังกล่าว ทำให้ผู้ใช้ไม่ต้องเสียเวลาในการคำนวณที่ซับซ้อน
 |
 |
| ชิ้นส่วนปกติที่ใช้งาน | ชิ้นส่วนที่ผ่านขั้นตอน Generative design |
น้ำหนักของชิ้นงาน
- สามารถลดต้นทุนจากการลดวัสดุและระยะเวลาในการผลิต ในขณะที่ยังสามารถใช้งานได้เหมือนเดิม
- ลดส่วนที่ไม่จำเป็นต่อการรับแรงหรือน้ำหนักออก โดยการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม
รูปร่างที่ซับซ้อน
- สามารถออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งาน โดยไม่มีข้อจำกัดด้านกระบวนการผลิต
- ใช้เทคโนโลยี 3D Printer ในกระบวนการผลิตเป็นหลัก ซึ่งสามารถขึ้นรูปได้อย่างอิสระ
ทำได้ทันที
- มีโปรแกรมจำนวนมากที่มีโมดูลนี้รองรับ Generative Design จาก 3D Model เดิม โดยไม่ต้องเขียนแบบขึ้นมาใหม่
- บริษัทขนาดใหญ่สามารถส่งไฟล์ 3D Model ผ่านระบบ Cloud เพื่อวิเคราะห์ได้ในทันที โดยไม่ต้องเสียเวลาพัฒนาภายใน
สำหรับชิ้นส่วนทางอุตสาหกรรมที่ใช้โปรแกรมช่วยในการออกแบบ (Computer Aided Design, CAD) อยู่แล้ว หลายโปรแกรมในส่วนของโมดูลการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมสามารถนำ 3D Model ที่มีอยู่แล้วมาเข้าสู่กระบวนการ Generative Design ซึ่งช่วยให้ได้แบบจำลองใหม่ที่เหมาะสมโดยไม่ต้องออกแบบใหม่ทั้งหมด จึงสามารถคำนวณหาปริมาณวัสดุที่ใช้และต้นทุนที่ลดลงได้ในทันที หรือในกรณีที่ต้องการผลวิเคราะห์ทางวิศวกรรมด้วย (Computer Aided Engineering, CAE) ปัจจุบันก็มีหลายบริษัทที่พัฒนาซอฟต์แวร์ตัวนี้ขึ้นมาโดยเฉพาะโดยไม่เกี่ยวข้องกับส่วนการสร้าง 3D Model ทั้งนี้ส่วนใหญ่จะใช้คำว่า Topology Optimization ซึ่งหมายถึงการปรับปรุง 3D Model ในขณะที่ Generative Design จะมีความหมายที่กว้างกว่า ไม่เฉพาะแค่ตัว 3D Model ตัวอย่างโปรแกรมช่วยในการปรับปรุงชิ้นงานตามแนวคิด Generative Design เพื่อลดน้ำหนักและสามารถทำงานและรับแรงได้เหมือนเดิม
ด้วยความที่แบบจำลอง 3 มิติของชิ้นงานเมื่อผ่านการออกแบบใหม่ (Redesign) มาแล้วนั้น มักจะมีรูปร่างหน้าตาที่แปลกตาจากชิ้นส่วนทั่วไป ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยในกระบวนการขึ้นรูปแบบปกติ (Conventional manufacturing) หรือทำได้ค่อนข้างยาก เช่น งานที่มีฟีเจอร์ภายในโครงสร้าง ทำให้แม่พิมพ์ที่ต้องใช้ในการฉีดหรืออัดมีความซับซ้อน และต้องใช้วิศวกรที่ชำนาญการในการออกแบบ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายที่สูงกว่าปกติ
ดังนั้น เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer) จึงเป็นเครื่องมือที่เหมาะสมมากที่สุดสำหรับงาน Generative Design เนื่องจากสามารถตัดข้อจำกัดในการผลิตได้ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ข้อเสียในปัจจุบันคืออัตราการผลิตในระดับ Mass Production ที่ช้ากว่ากระบวนการผลิตทั่วไป ดังนั้นในปัจจุบันชิ้นงานที่ผ่านการ Optimization มาแล้ว มักจะอยู่ในอุตสาหกรรมที่ผลิตภัณฑ์มีราคาสูง เช่น รถสมรรถนะสูง เครื่องบิน อากาศยาน ยานอวกาศ หรือชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ซับซ้อนในเครื่องจักร ในขณะที่ชิ้นส่วนทั่วไปยังติดข้อจำกัดด้านต้นทุนในการผลิตต่อชิ้น รวมถึงเครื่อง 3D Printer โลหะที่ยังมีราคาสูงมาก ซึ่งเป็นข้อจำกัดในปัจจุบัน
สรุป Generative Design เหมาะกับใคร ?
- ผู้ผลิตชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมที่ต้องการนำเทคโนโลยี 3D Printing มาผลิตสินค้าเพื่อจำหน่ายจริง โดยวัสดุในกลุ่มนี้จะเป็นโลหะ หรือพลาสติกคอมโพสิตที่เบาแต่แข็งแรงและเหนียว
- ฝ่าย R&D หรือ Industrial Designer ที่ต้องการนำเสนอสิ่งใหม่ที่มีประโยชน์ ในบางกรณีอาจออกแบบเพื่อกระบวนการผลิตแบบทั่วไปก็ได้ ไม่จำเป็นต้องเป็นเครื่อง 3D Printer เท่านั้น
- สถาปนิกที่ต้องการสร้างสรรค์ผลงานที่สามารถก่อสร้าง หรือผลิตอาคาร ของตกแต่ง หรือชิ้นส่วนได้หลากหลายยิ่งขึ้น
คำแนะนำสุดท้าย สำหรับโปรแกรมออกแบบ 3D Model ที่มีฟังก์ชัน Generative Design หรือ Topology Design Optimization ซึ่งมีราคาเข้าถึงได้ง่ายที่ผู้เขียนพบ คือ Autodesk Fusion 360 Ultimate ซึ่งสามารถทำงานดังกล่าวได้ในราคาประมาณ 495 USD/ปี หากซื้อผ่านตัวแทนในไทยราคาน่าจะลดลงไปมากกว่าครึ่ง ลองติดต่อดูครับ ส่วนใครที่ใช้งานโปรแกรมด้านวิศวกรรมอยู่แล้ว เช่น Solidworks, Unigraphic NX หรือ Inventor ลองติดต่อผู้ขายเพื่อสอบถามบริการอัปเกรดหรือติดตั้งเพิ่มเติม แต่ราคาอาจจะค่อนข้างสูง หรือหากต้องการผู้เชี่ยวชาญ ทาง สวทช. ของเราก็มีบริการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมในส่วนนี้เช่นกันครับ
