विचार को दिखाने के साधन
कोई उत्पाद बनाने से पहले डिज़ाइनर को अपना विचार दूसरों को दिखाना और जाँचना होता है। इसके साधन:
- हाथ का स्केच (freehand sketch): विचार आज़माने के लिए जल्दी बनी पेंसिल ड्रॉइंग। तेज़ और सस्ता, पर सटीक नहीं।
- तकनीकी ड्रॉइंग: माप और मानकों के साथ सटीक दृश्य (सामने, ऊपर और बगल से)।
- भौतिक मॉडल या प्रोटोटाइप: कार्ड, फ़ोम या 3D प्रिंट, जिसे हाथ में लेकर परखें।
- डिजिटल मॉडल (CAD): कंप्यूटर पर सटीक 3D मॉडल, जिसे डिजिटल मॉक-अप भी कहते हैं।
- सिमुलेशन: कंप्यूटर मॉडल को जाँचता है, जैसे भार पड़ने पर वह कितना मुड़ेगा।
CAD का पूरा नाम कंप्यूटर एडेड डिज़ाइन (कंप्यूटर की मदद से डिज़ाइन) है। इससे डिज़ाइन जल्दी बदला, बाँटा और जाँचा जा सकता है, और सीधे मशीन को भेजा जा सकता है (CAM: कंप्यूटर एडेड मैन्युफ़ैक्चर)।
2D CAD और वेक्टर ड्रॉइंग
2D CAD रेखाओं, चापों और वृत्तों से सपाट आकार बनाता है। ये वेक्टर आकार हैं: पिक्सेल नहीं, गणित (शुरू बिंदु, अंत बिंदु, त्रिज्या) के रूप में सहेजे जाते हैं, इसलिए ज़ूम करने पर भी धुंधले नहीं होते। 2D CAD का उपयोग फ़्लोर प्लान, लेज़र कटिंग फ़ाइल और तकनीकी ड्रॉइंग में होता है।
3D प्रोग्राम में स्केच भी 2D होता है, जो एक सपाट प्लेन पर बनता है। दो तरह के नियम उसे सटीक बनाते हैं:
- कंस्ट्रेंट (ज्यामितीय नियम): क्षैतिज, ऊर्ध्वाधर, समांतर, लंबवत, बराबर, स्पर्शी, संपाती।
- डाइमेंशन (माप): लंबाई, व्यास और कोण, आमतौर पर मिलीमीटर में।
जब हर रेखा कंस्ट्रेंट और डाइमेंशन से तय हो जाए, तो स्केच पूरी तरह परिभाषित (fully defined) होता है और गलती से खिंचकर बिगड़ता नहीं।
3D ठोस बनाना: एक्सट्रूड, रिवॉल्व, कट और अधिक
- एक्सट्रूड: 2D स्केच को सीधा बाहर खींचकर मोटाई देना (प्लेट, ब्लॉक)।
- रिवॉल्व: किसी प्रोफ़ाइल को अक्ष के चारों ओर घुमाना (कप, बोतल, पहिया)।
- कट / पॉकेट / होल: स्केच से सामग्री हटाना।
- फ़िलेट किनारे को गोल करता है; चैम्फ़र उसे तिरछा काटता है।
- पैटर्न किसी फ़ीचर को पंक्ति या घेरे में दोहराता है; मिरर उसकी दर्पण-प्रति बनाता है।
- स्वीप प्रोफ़ाइल को एक रास्ते पर चलाता है; लॉफ़्ट दो प्रोफ़ाइलों को आपस में मिलाता है।
पैरामीट्रिक मॉडलिंग और फ़ीचर ट्री
ज़्यादातर CAD प्रोग्राम पैरामीट्रिक होते हैं: हर फ़ीचर क्रम से फ़ीचर ट्री (हिस्ट्री) में सहेजा जाता है। पहले स्केच का माप बदलो तो बाद के सारे फ़ीचर अपने-आप बदल जाते हैं। अच्छी आदत: फ़ीचरों को नाम दो, स्केच पूरी तरह परिभाषित करो और मुख्य आकार से छोटी बारीकियों की ओर बढ़ो।
मॉडलिंग के दूसरे तरीके
सरफ़ेस और मेश / स्कल्प्ट मॉडलिंग कार की बॉडी, कार्टून पात्र और गहनों जैसे मुक्त आकार बनाती है। ब्लॉक आधारित टूल सरल ठोसों को जोड़कर आकार बनाते हैं, जो शुरुआत के लिए अच्छे हैं।
असेंबली और मिलकर काम करना
असेंबली वह फ़ाइल है जिसमें कई पुर्ज़े एक साथ लाए जाते हैं। मेट (असेंबली कंस्ट्रेंट) बताते हैं कि पुर्ज़े कैसे मिलते हैं: संकेंद्री (concentric, एक ही अक्ष पर), संपाती (सतहें सटी हुई), दूरी, कोण। मेट से पता चलता है कि पुर्ज़े ठीक बैठते और सही चलते हैं, और टकराव (clash) भी पकड़ में आता है।
बिल ऑफ़ मटीरियल्स (BOM) हर पुर्ज़े और उसकी गिनती की सूची है।
सहयोगी CAD (collaborative CAD) में पूरी टीम एक ही मॉडल पर ऑनलाइन काम करती है। वर्शन हिस्ट्री बताती है किसने क्या बदला, और हर व्यक्ति एक साथ असेंबली के अलग हिस्से पर काम कर सकता है, जैसे साझा दस्तावेज़ में।
सिमुलेशन, आउटपुट और CAD के उपयोग
सिमुलेशन बनाने से पहले डिज़ाइन को परखता है: भार से तनाव, हवा का बहाव, गर्मी, या किसी मशीन की गति। इससे समय और सामग्री बचती है।
आउटपुट:
- दृश्यों और माप वाली 2D तकनीकी ड्रॉइंग।
- रेंडर: ग्राहकों और विज्ञापन के लिए असली जैसी तस्वीरें।
- 3D प्रिंटिंग के लिए STL / 3MF फ़ाइल; लेज़र कटिंग के लिए DXF / SVG; CNC मशीन के लिए टूल पाथ (CAM)।
CAD कौन इस्तेमाल करता है: उत्पाद डिज़ाइन, मैकेनिकल और सिविल इंजीनियरिंग, वास्तुकला, फ़ैशन और गहने, फ़र्नीचर, फ़िल्म और गेम आर्ट, चिकित्सा इम्प्लांट।
फ़ायदे: सटीक, बदलने और कॉपी करने में आसान, बाँटने में आसान, जाँचा जा सकता है और सीधे मशीन को भेजा जा सकता है। सीमाएँ: कंप्यूटर और प्रशिक्षण चाहिए, सॉफ़्टवेयर महँगा हो सकता है, और स्क्रीन पर मॉडल वे कमियाँ छिपा सकता है जो असली प्रोटोटाइप हाथ में लेने पर दिखतीं।
करके देखो
कोई असली चीज़, जैसे फ़ोन स्टैंड या पेन होल्डर, स्केल से नापो। मापों के साथ हाथ का स्केच बनाओ, फिर किसी मुफ़्त CAD टूल में स्केच → एक्सट्रूड → कट से बनाओ। अपने मॉडल का आयतन 3D से मिलाओ: आयतन = स्केच का क्षेत्रफल × मोटाई।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- एक्सट्रूड किए पुर्ज़े का आयतन = स्केच का क्षेत्रफल × एक्सट्रूड गहराई
- गोल छेद वाला क्षेत्रफल = W × H − π × (d/2)²
- द्रव्यमान = घनत्व × आयतन (PLA ≈ 1.24 g/cm³)
- 1 cm³ = 1000 mm³
- पैमाना: ड्रॉइंग माप = असली माप × पैमाना (1:2 यानी आधा)
हल किए गए उदाहरण
1. बगल की प्रोफ़ाइल से पीने का कप बनाने के लिए कौन-सा CAD टूल?
रिवॉल्व। बगल की प्रोफ़ाइल को खड़े अक्ष के चारों ओर घुमाने से गोल कप बनता है।
2. प्लेट का स्केच 60 mm × 40 mm है और 20 mm एक्सट्रूड किया गया। आयतन cm³ में?
V = 60 × 40 × 20 = 48 000 mm³ = 48 cm³।
3. उसी 20 mm प्लेट में 12 mm का छेद काटा गया। नया आयतन?
छेद का क्षेत्रफल = π × 6² ≈ 113.1 mm²। छेद का आयतन = 113.1 × 20 ≈ 2262 mm³। नया आयतन ≈ 48 000 − 2262 = 45 738 mm³ ≈ 45.7 cm³।
4. 45.7 cm³ का पुर्ज़ा PLA (1.24 g/cm³) में ठोस प्रिंट हो, तो द्रव्यमान?
m = 1.24 × 45.7 ≈ 56.7 g।
5. 150 mm लंबा पुर्ज़ा 1:5 ड्रॉइंग पर कितना लंबा होगा?
150 ÷ 5 = 30 mm।
6. समझाओ कि पूरी तरह परिभाषित स्केच ढीले स्केच से बेहतर क्यों है।
हर रेखा कंस्ट्रेंट और डाइमेंशन से तय होती है, इसलिए गलती से खिंचकर बिगड़ती नहीं, और एक माप बदलने पर आकार अनुमान के अनुसार बदलता है।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि CAD शुरू होने पर हाथ का स्केच बेकार है। विचार आज़माने और समझाने का सबसे तेज़ तरीका वही है।
- स्केच अधूरे परिभाषित छोड़ना, जिससे बाद के बदलाव मॉडल बिगाड़ देते हैं।
- इकाइयाँ मिलाना: सेंटीमीटर में डिज़ाइन करके मिलीमीटर में प्रिंट करने से पुर्ज़ा 10 गुना छोटा बनता है।
- पार्ट फ़ाइल और असेंबली को एक मानना। पार्ट एक ठोस है; असेंबली कई पुर्ज़ों को मेट से जोड़ती है।