階段一：3D 建模
學習如何使用 3D 工業建模軟體，設計並組合零件。
3D 工業建模
軟體介紹
目前實驗室主要使用 onshape 和 SolidWorks 來進行 3D 建模。
onshape 可以免費使用，SolidWorks 需要付費使用，也可以選擇使用學校授權的 Autodesk Inventor（包含在 Autodesk PDSU 中），或使用學校 E-mail（@gm.nfu.edu.tw）去申請 Autodesk Inventor 的免費學術授權。
以下僅介紹 onshape。其它軟體使用起來操作與概念相同、大同小異。
註冊 onshape
進入 onshape 的註冊頁面，於下方的方案選擇「Public Maker Plan」（也可以使用學校帳號申請註冊「Education Account」）。
▲ 選擇「Public Maker Plan」方案。
進入新的頁面後，點擊「Get Started」開始進行註冊。註冊帳號沒什麼特別要注意的，不過「What best describes you？」欄位可以選擇「Hobbyist / Maker」就好。
▲ 填寫註冊資料
完成註冊後就可以開始使用。
- 若有詢問習慣的單位，請使用 MMGS 制：長度單位為
Millimeter、角度單位為Degree、質量單位為Gram。- 若有詢問習慣的滑鼠操作方式，請選擇「SolidWorks」。
onshape 基礎教學
示範影片
▲ YouTube
建立檔案
以下內容之單位皆使用 MMGS 制。
登入 onshape 並進到主頁面。點擊左上角的「建立」按鈕並選擇「文件」，來創建新的檔案。
▲ Onshape 主頁面
3D 工業建模的步驟大致如下，各個軟體都差不多：
- 選擇一個目標平面作為起始平面。
- 在起始平面上繪製 2D 草圖。
- 選擇一個 2D 草圖來生成 3D 特徵。
- 重複以上過程來增加更多的樣式。
▲ 建模操作介面
以下示範動作時，可以注意右上角的視角姿態方塊，有助於瞭解目前畫面的視角。
繪製 2D 草圖
選擇平面「Top」來作為起始平面，並點選左上角的「草圖」來繪製草圖。在上方工具列中選擇「中心點矩形」，以平面為中心拉出矩形。大小尺寸還不用太精準。
▲ 繪製草圖
點需上方工具列的「尺寸」來點擊矩形的邊線，並指定該矩形的實際尺寸為長 100 mm、寬 50 mm。
在使用「尺寸」工具輸入數字時，可以直接使用基本的加減乘除運算。例如在輸入尺寸時可以直接輸入 (100.5/2)+3.15。
▲ 設定尺寸
點選左上角「草圖1」的綠色勾勾，完成此 2D 草圖。
生成 3D 特徵
選擇「草圖1」，並點選上方工具列的「擠出」。在擠出視窗中將「深度」設為 15 mm，點擊綠色勾勾來完成。
此時模型已經是 3D 的了。
▲ 擠出
繼續點選「擠出1」長方體的頂面，再次新增草圖，並使用「中心點畫圓」與「尺寸」工具在此草圖的中心點畫一個直徑為 35 mm 的圓形。符號「Ø」代表該尺寸為直徑。
點選綠色勾勾來完成此草圖（草圖2）。
▲ 再畫一個圓形
選擇「草圖2」並點選「擠出」，在「擠出2」視窗中選擇「移除」，並選擇「完全貫穿」。完成此特徵。
此時原本的長方體中間會有一個圓形的洞，並且完全貫穿。
▲ 使用「擠出-移除」來挖空
鏡射
有些特徵會重複出現，這時可以使用各種複製功能，就不用每個相同的特徵都要畫。
選擇長方體的側面（Z-X 面、前視），並新增一草圖。在此平面的短邊（Z 方向的邊線）的中心點位置旁邊新增一個「中心點畫圓」，並將圓的直徑設為 5 mm。
再使用「尺寸」工具依序點選圓心與短邊。將圓心到短邊的距離設為 8 mm。一般在設定圓的位置時會以圓心為基準，而不是使用圓周為基準，以圓心為基準的好處是改變圓的大小（直徑）時不會影響其位置。
完成此草圖（草圖3）。
▲ 再畫圓
將草圖3使用「擠出-移除-完成貫穿」來挖空（擠出3）。
點選「鏡射」工具。
- 在鏡射視窗上選擇「鏡射特徵」。
- 「要鏡射的特徵」選擇「擠出3」。
- 「鏡射平面」選擇「Right」（透過點擊左方的清單來選擇）。
點擊綠色勾勾來完成鏡射。
▲ 鏡射
環狀複製排列
點擊長方體的頂面（Y-X 面、上視），新增草圖並在距離中心大圓孔（擠出2）20 mm（圓心中心距）的上面畫一個直徑為 3 mm 的圓。並完成此草圖（草圖4）。
▲ 畫圓
選擇「草圖4」並「擠出」，選擇「新增」並將深度設為 5 mm。完成此擠出（擠出4）。
點選「環狀複製排列」工具。
- 在視窗上選擇「特徵複製排列」。
- 「要複製排列的特徵」選擇「擠出4」。
- 「複製排列軸」點選中心圓心（擠出2）的圓周。
- 「實例數量」設為
3。 - 勾選「同等間距」。
完成此環狀複製排列。
▲ 進行「環狀複製排列」
「線性複製排列」的操作概念與「環狀複製排列」差不多，請自行摸索並嘗試。
圓角與倒角
點選「圓角」。「要圓角的圖元」選擇前視的兩個長邊與兩個圓周。並完成圓角。
▲ 圓角
點選「倒角」。「要倒角的圖元」選擇後視的兩個長邊與兩個圓周。並完成倒角。
▲ 倒角
組合
點擊左下角的「+」來「插入新元素」，並選擇「Part Studio」。在剛剛新增的「Part Studio」（Part Studio 2）中繪製一個直徑為 35 mm、高度為 25 mm 的圓柱體。
在下方的元素列中點選「Assembly 1」（若沒有請自行新增）。點擊左上角的「插入」並選擇「Part Studio 1」，將其放置到畫面上。再選擇「Part Studio 2」放置到畫面上。點擊綠色勾勾完成插入。
在左側的清單中對「Part 1」（Part Studio 1）點擊滑鼠右鍵，並選擇「固定」。
▲ 插入零件
點選「滑動結合」。在「結合連接器」中選擇兩元件的圓柱面。點擊綠色勾勾完成。
此時圓柱體可以在圓孔中滑動（Z 方向）。
▲ 滑動結合
結合的方式有許多種，操作皆大同小異，請自行摸索練習。
驗收-1：繪製馬達之 3D 模型
請拿一個實驗室的 AX-12(A) 馬達，並繪製其 3D 模型。馬達的尺寸請使用遊標卡尺自行測量。
該馬達模型在後續也會用到，所以尺寸不能差太多。