AI jako pomocnik w CAD. Jak szybko stworzyć model 3D modułu elektronicznego?

[H1M4W4R1]

Brakuje Ci modelu STEP modułu, który chcesz zamknąć w obudowie? Zamiast mierzyć płytkę suwmiarką i rysować ją od zera, możesz zlecić to AI. Pokazuję, jak za pomocą ChatGPT i biblioteki CadQuery przygotować model 3D modułu elektronicznego na podstawie linku do produktu. Projektowanie obudowy potrafi zająć więcej czasu niż zbudowanie samego urządzenia. Trzeba rozmieścić elementy, przygotować mocowania, otwory i przepusty, a gdy producent nie udostępnia modelu STEP, wszystko trzeba odtwarzać ręcznie.

Model pompy powietrza typ 370, popularna w ciśnieniomerzach naramiennych.

Do niedawna oznaczało to mierzenie płytki, złączy i otworów montażowych, a potem rysowanie wszystkiego w programie CAD. Alternatywą był uproszczony model, w którym zgadzały się tylko wymiary zewnętrzne. Sam często tak robiłem, np. przy mojej podlewaczce do roślin.

Dziś to samo może zrobić AI. Ja korzystam z ChatGPT z Codexem w ramach abonamentu Plus. Przy prostych modułach często wystarczą jedno lub dwa podejścia, żeby dostać przyzwoity model. Przykładem jest moduł pompy nawadniającej i czujnika wilgotności gleby firmy M5Stack, który wykorzystałem w jednym ze swoich projektów. Artykuł powstał we współpracy ze sklepem Botland.

Jak wygląda projektowanie z pomocą AI?

Osobiście korzystałem z ChatGPT Sol 6.1 w trybie rozumowania High. Tryb Medium również potrafi sobie poradzić z podobnymi zadaniami, jednak z mojego doświadczenia wynika, że wymaga częstszej kontroli i wprowadzania poprawek. Przy High błędy pojawiały się znacznie rzadziej.

Samo przygotowanie modelu jest zaskakująco proste. Zazwyczaj wystarczy wskazać AI konkretny moduł, określić format wynikowy oraz technologię, za pomocą której ma zostać przygotowany model. Przykładowe polecenie może wyglądać następująco:

Zaprojektuj model CAD w formacie STEP, wykorzystując bibliotekę CadQuery, na podstawie informacji i zdjęć dostępnych pod adresem: [link do produktu].

Link może prowadzić bezpośrednio do strony producenta, ale równie dobrze sprawdzi się strona sklepu internetowego, na przykład Botlandu, o ile znajdują się na niej odpowiednie zdjęcia i dane techniczne.

W moim przypadku wykorzystałem następujące polecenie:

In Electronics/M5Stack can you create 3D model for https://botland.com.pl/moduly-unit-czujniki/18781-czujnik-wilgotnosci-gleby-i-mini-pompa-nawadniajaca-modul-rozszerzen-unit-do-modulow-deweloperskich-m5stack-6972934172761.html?

Warto tutaj wspomnieć o bibliotece CadQuery, która pozwala na parametryczne projektowanie modeli 3D za pomocą Pythona. Zamiast ręcznie rysować kolejne szkice i wykonywać operacje w programie CAD, możemy opisać geometrię za pomocą kodu, a następnie wyeksportować gotowy model do formatu STEP.

Dzięki temu AI może wygenerować nie tylko sam model, ale również kod źródłowy pozwalający na jego późniejszą modyfikację.

Otrzymany plik STEP można następnie zaimportować do programów takich jak Fusion 360 czy SolidWorks i wykorzystać jako element większego projektu. Jest to szczególnie wygodne przy projektowaniu obudów, gdzie zależy nam przede wszystkim na poprawnym rozmieszczeniu komponentów, złączy i otworów montażowych.

Trzeba jednak pamiętać, że model wygenerowany na podstawie zdjęć nie musi być idealnym odwzorowaniem rzeczywistego elementu. Jeżeli producent nie podaje dokładnych wymiarów, AI musi je oszacować, dlatego przed wykonaniem obudowy warto sprawdzić najważniejsze odległości suwmiarką.

Czy takie rozwiązanie ma ograniczenia?

Oczywiście! Chociaż możliwości AI są naprawdę duże, nie oznacza to, że można bezkrytycznie korzystać ze wszystkich wygenerowanych projektów.

Największym problemem jest rosnąca liczba potencjalnych błędów wraz ze wzrostem złożoności modelu. Prosta płytka PCB z kilkoma złączami nie stanowi większego wyzwania, ale zaprojektowanie kompletnej obudowy z zatrzaskami, uszczelnieniami i skomplikowanymi elementami mechanicznymi wymaga już znacznie większej uwagi.

Model zaworu 3V2 (direct-acting, aka. próżniowego), który był używany w mojej pompie podciśnienia

AI potrafi również projektować zupełnie nowe elementy na podstawie samego opisu. W takim przypadku najlepiej jednak dostarczyć mu jak najwięcej informacji, na przykład wymiary komponentów, przykładowe konstrukcje lub konkretne wymagania dotyczące montażu.

Co ważne, sztuczna inteligencja nie zawsze uwzględnia rzeczy, które dla człowieka wydają się oczywiste (przynajmniej do czasu, aż sam tego nie projektuje). Może na przykład zaprojektować otwór pod śrubę, ale zapomnieć o miejscu na nakrętkę albo o odpowiednim dostępie dla śrubokręta. Co ciekawe jeżeli wymienimy druk 3D jako metodę produkcji to kwestia luzów montażowych czy tolerancji jest całkiem dobrze brana pod uwagę.

Warto traktować AI jako bardzo sprawnego pomocnika, a nie całkowite zastępstwo projektanta. Im bardziej skomplikowane zadanie, tym dokładniej trzeba kontrolować naszego „pracownika”.

Nie tylko modele gotowych modułów

Odtwarzanie istniejących elementów elektronicznych to tylko jedno z możliwych zastosowań. AI dobrze sprawdza się również podczas projektowania prostych elementów mechanicznych, zwłaszcza takich, których samodzielne modelowanie byłoby dość żmudne.

Dobrym przykładem jest widoczna poniżej przejściówka do wężyka pneumatycznego, przeznaczona do zamontowania w obudowie urządzenia.

Model taniej chińskiej przejściówki (z gwintem, nakrętką i uszczelką) na wężyk silikonowy

Tego rodzaju elementy można oczywiście zaprojektować ręcznie, jednak odpowiednie przygotowanie geometrii wymaga czasu. W przypadku AI wystarczy opisać wymagane wymiary i sposób działania elementu, a następnie zweryfikować otrzymany rezultat.

Dużą zaletą takiego podejścia jest również możliwość szybkiego wprowadzania zmian. Jeżeli okaże się, że średnica wężyka jest niewłaściwa, kołnierz powinien być grubszy lub gwint narkętki jest niewłaściwy, wystarczy poprosić AI o zmodyfikowanie projektu.

Podsumowanie

Dzięki narzędziom AI przygotowanie modeli STEP do projektów elektronicznych stało się znacznie łatwiejsze. Nie musimy już za każdym razem ręcznie odtwarzać całej geometrii modułu tylko po to, aby sprawdzić, czy zmieści się on w projektowanej obudowie.

Ekrany, których kiedyś chciałem użyć w projekcie, ale nie posiadały modelu STEP. Teraz to już nie problem.

W wielu przypadkach wystarczy podać link do produktu, a następnie zweryfikować i ewentualnie poprawić otrzymany model. Pozwala to znacząco skrócić czas potrzebny na projektowanie obudów, paneli montażowych i innych elementów mechanicznych wykorzystywanych w elektronice.

Nie oznacza to oczywiście końca tradycyjnego modelowania CAD. AI nadal potrafi popełniać błędy, szczególnie przy bardziej złożonych konstrukcjach, a odpowiedzialność za poprawność projektu pozostaje po naszej stronie.

Mimo to uważam, że jest to jedno z bardziej praktycznych zastosowań sztucznej inteligencji w elektronice DIY. Zamiast spędzać kilka godzin na odtwarzaniu wymiarów kolejnego modułu, możemy poświęcić ten czas na rozwijanie właściwego projektu.