หลักออกแบบเชิงอุตสาหกรรมและกล่องหุ้มตามสเกลจริง

วิดีโอประกอบ

ดูบน YouTube (เปิดในแท็บใหม่)

Software Development Process - EP02 : User Needs สมาคมสมองกลฝังตัวไทย (TESA)

วิดีโอโดย สมาคมสมองกลฝังตัวไทย (TESA) · ดูทั้งชุดใน playlist AIoT Foundation

Course 3 · Module 1
Suggested time: ประมาณ 2 ชั่วโมง — เรียนรู้แนวคิด ตั้งค่า Scene ใน Blender (หน่วยเป็นมิลลิเมตร) แล้วสร้างกล่องหุ้มแบบหยาบตามขนาดจริง
Format: บทเรียนลงมือทำ — อ่านแล้วทำตามใน Blender ได้เลย ส่วนผิววัสดุและ PBR ไปเรียนที่ M02

Lab · Checklist · ← Table of Contents · M02 →

เป้าหมาย (Learning Outcomes)

เมื่อเรียนจบ คุณควรทำได้ดังนี้:

อธิบายหลัก Industrial-grade Design ที่รองรับการผลิตจริง
ทำงานตามลำดับ Concept → Block Model → Final Model
อธิบาย workflow ของ Casing / Enclosure / PCB Housing สำหรับอุปกรณ์อัจฉริยะ
จัดการ Topology, Mesh optimization และ Scale accuracy เบื้องต้นใน Blender

Key phrase
ใน M01 ให้ล็อกขนาดให้ตรงฮาร์ดแวร์ก่อน แล้วค่อยทำให้งาม — ถ้ากล่องหยาบ (block) ผิดตั้งแต่ต้น งานใน M02–M06 จะแก้แพงทั้งหมด

Read alongside this chapter

Document	Use when
Blender Download	ติดตั้งเครื่องมือหลักของคอร์ส
Blender 4.5 LTS Manual — Scene Units	ตั้งหน่วย Metric / mm / Unit Scale
Apply Scale / Transforms	กด `Ctrl+A` ก่อนวัดขนาด ทำ bevel หรือ export
Mesh Structure	ความหมายของ vertex / edge / face · tris · quads · n-gons
Mesh Modeling intro	แยก Object Mode กับ Edit Mode
Set Origin	ตั้งจุดหมุน / จุดวางบนโต๊ะ
Blender Fundamentals 4.5 LTS	วิดีโอสอนทางการ (ภาษาอังกฤษ)
INC111-2021 Blender (Thai)	Tutorial ภาษาไทย
IDSA — What is Industrial Design?	นิยามวิชาชีพ industrial design
All About Circuits — 3D-printed electronics enclosure	ลำดับงาน PCB → เปลือกกล่อง → เจาะช่อง · ระยะเผื่อ
Protolabs Network — Enclosure design for 3D printing	ผนังประมาณ 2 mm · ระยะเผื่อประมาณ 0.5 mm
KIT_PSE84_EVAL kit guide (Infineon)	หาเอกสารและไฟล์แบบของบอร์ดที่ใช้
TESAIoT Developer Hub	อ้างอิงบอร์ดและตัวอย่างเฟิร์มแวร์
ternion-3d-assets-free	ดูตัวอย่างสเกลโมเดล (ไม่ใช้แทนกล่องที่คุณออกแบบเอง)
Course 2 M03 Blender intro	พื้นฐาน Twin 3D ถ้าเคยเรียน Course 2
Checklist	แบบฟอร์มกรอกตอนทำแล็บ

1. Why Industrial Design Matters for Edge AI Devices

Industrial Design (ตาม IDSA) คือการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่คนใช้จริงทุกวัน — ไม่ใช่แค่ “รูปสวยในจอ” แต่ต้อง ใช้งานได้ ผลิตได้ และประกอบกับวิศวกรรมภายในได้

สำหรับอุปกรณ์ Edge AI / IoT กล่องหุ้ม (enclosure) ต้องรับมือกับอย่างน้อย:

Topic	Why it matters
ขนาด PCB + ส่วนสูง (connectors, sensors)	ใส่ไม่ลง / กดปุ่มไม่ถึง
ช่องเซ็นเซอร์ / พอร์ต USB	ถูกบัง → ข้อมูลเพี้ยน หรือเสียบสายไม่ได้
การจับถือ / วางโต๊ะ	ergonomics และจุด origin ใน Twin
การผลิตต้นแบบ (FDM/SLA) → ฉีดพลาสติกภายหลัง	ผนังหนา / fillet / bosses ต่างข้อจำกัด
Digital Twin	สเกลและแกนผิด → animation / telemetry ดูหลอก

ในคอร์สนี้ใช้ Blender เพราะฟรี โอเพนซอร์ส และส่งออก glTF/GLB ไป Bitstream Studio ได้ใน M04

Concept sketch
    → Block model (this module)
        → Detailed model + materials (M02)
            → Motion clips (M03)
                → Twin + validation (M04–M05)
                    → Print / fitment / report (M06)

2. Industrial-grade Design — Four Lenses

ผลิตภัณฑ์ “industrial-grade” ในหลักสูตรนี้หมายถึง: ตอบคำถามสี่มิติได้ก่อนลงรายละเอียดผิว

Lens	Questions to answer	Edge device example
Function	ใช้ทำอะไร ในสภาพแวดล้อมใด	มอนิเตอร์สิ่งแวดล้อม · สวมใส่ · ติดเครื่องจักร
Form & Proportion	สัดส่วนจับถนัดไหม สมดุลไหม	สูงเกินไปจนล้มง่าย · ขอบคม
Material & Manufacturing	พิมพ์ 3D / ฉีดพลาสติก / CNC ได้จริงไหม	ผนังบางเกิน · โพรงพิมพ์ยาก
User Experience	เปิดฝา ดู LED เสียบสายได้โดยไม่พึ่งคู่มือยาวไหม	ช่อง USB หันผิดทาง

อ่านนิยามวิชาชีพเพิ่ม: IDSA — What is Industrial Design?

สำหรับอุปกรณ์ที่มี PCB ภายใน ให้เพิ่มเลนส์ที่ห้าในใจตลอดคอร์ส:

Electronics fit — ทุกมิลลิเมตรของกล่องต้องอ้างอิงชิ้นส่วนจริงหรือ placeholder ที่วัดแล้ว

แนวทางลำดับงาน enclosure ที่ใช้ในอุตสาหกรรมต้นแบบ (สรุปจากบทความ All About Circuits และ Protolabs Network):

โมเดล ชิ้นภายในก่อน (PCB, battery, connectors)
สร้าง เปลือกนอก แล้วเว้นผนัง + clearance
เจาะช่องพอร์ต / LED / เซ็นเซอร์
แยกฝาบน–ฐาน · เตรียมจุดยึด (bosses) ในโมดูลหลัง
ตรวจ interference ก่อนพิมพ์

3. Concept → Block → Final (Do Not Skip Stages)

Stage	Deliverable	Do not do yet
Concept	สัดส่วนหยาบ ทิศทางรูปทรง ใครถือ/วางอย่างไร	วัสดุเงา · fillet เล็ก · สกรูละเอียด
Block Model	กล่องแทน PCB + แบต + โมดูล · enclosure นอกตามสเกล mm	Boolean ช่องพอร์ตสวย · UV
Final Model	รายละเอียดใช้งานจริง (ไปต่อ M02+)	—

3.1 Concept (15–20 นาทีบนกระดาษก็พอ)

ก่อนเปิด Blender ให้ตอบสั้น ๆ ใน checklist:

ผู้ใช้ถือเครื่องอย่างไร (มือ / โต๊ะ / ติดผนัง)
พอร์ตไหนต้องเห็นจากภายนอก
เซ็นเซอร์ไหนต้องการช่องเปิดอากาศ / มุมมอง
ฝาเปิดทางไหน (บน / ด้านข้าง)

3.2 Block Model (หัวใจของ M01)

Block = รูปทรงหยาบที่ขนาดถูกต้อง

PCB = กล่องบางตาม กว้าง × ยาว × หนา
Enclosure = กล่องด้านนอกที่หุ้มชิ้นส่วนภายใน
เว้นระยะภายในตามแนวทาง clearance (ดู §4)

3.3 Final Model (ยังไม่จบใน M01)

รายละเอียด fillet, พื้นผิว, ช่องเจาะสวยงาม = M02
Animation เปิดฝา = M03

Key phrase
รายละเอียดผิวเร็วเกินไปบนสเกลผิด = งานสวยที่ใส่บอร์ดจริงไม่ได้

4. Enclosure and PCB Housing Workflow

4.1 Collect real sizes first

ลำดับที่แนะนำ:

วัดบอร์ดจริงด้วยเวอร์เนีย (กว้าง × ยาว × หนา + ความสูงชิ้นส่วนสูงสุด)
หรือเปิดเอกสารชุดประเมินผลที่ใช้ — เช่น KIT_PSE84_EVAL guide และ Hardware design files จาก PSOC Edge kits page
จดแหล่งที่มาของตัวเลขลง checklist

ถ้ายังไม่มีบอร์ดในมือ ใช้ Lab placeholder ใน แล็บ (ขนาดฝึกที่ประกาศชัด) แล้วเปลี่ยนเป็นขนาดจริงภายหลังได้

4.2 Lab clearance rules of thumb

ตัวเลขเริ่มต้นจากแนวทาง enclosure สำหรับพิมพ์ 3D (Protolabs Network, All About Circuits):

Parameter	Lab default	Notes
ระยะ PCB ↔ ผนังด้านใน	≥ 0.5 mm ต่อด้าน	FDM มักเผื่อมากกว่า (ถึง ~1 mm)
ความหนาผนัง (wall)	≈ 2.0 mm	ขั้นต่ำที่แนะนำสำหรับ enclosure ทั่วไป
ช่องว่างเหนือชิ้นส่วนสูงสุด	≥ 2–3 mm	สายไฟ / หัว USB / ความคลาดเคลื่อนพิมพ์
ช่องพอร์ต	เผื่อรอบปลั๊ก	อย่าเจาะพอดีพิกเซลกับ connector

ใน M01 คุณยังไม่ต้อง Solidify ผนังจริง — แต่ต้องวาด outer box ให้ใหญ่กว่า PCB อย่างน้อย:

outer_X ≈ PCB_X + 2×clearance + 2×wall
outer_Y ≈ PCB_Y + 2×clearance + 2×wall
outer_Z ≈ PCB_Z_stack + top_air + bottom_air + wall(s)

ตัวอย่างตัวเลข (เมื่อ PCB = 80 × 55 × 1.6 mm, clearance 0.5, wall 2, top air 3, bottom 1):

inner needs ≈ 81 × 56 × (1.6+3+1)
outer ≈ 81+4 × 56+4 × …  → ประมาณ 85 × 60 × ความสูงที่คำนวณ

จดสูตรและตัวเลขจริงของคุณใน checklist — อย่าจำจากตัวอย่างอย่างเดียว

4.3 Interference check (manual, no physics required)

ใน Blender Viewport:

ดูจากมุม Orthographic บน/ด้านข้าง (Viewports)
สลับ Wireframe (Z → Wireframe) เพื่อเห็น PCB ภายใน
ยืนยันว่า PCB ไม่ทะลุ ผนังนอกโดยไม่ตั้งใจ
ถ้าวัตถุทับกันผิดปกติ — ขยายกล่องนอก หรือย่อชิ้นแทน PCB

5. Hands-on in Blender — Scene Units and Scale Accuracy

ทำตามทีละขั้น (ใช้คู่กับ แล็บ)

5.1 Install and open a clean file

ติดตั้งจาก blender.org/download (แนะนำสาย LTS ให้ตรงคู่มือ 4.5 เมื่อเป็นไปได้)
File → New → General
ลบ Cube เริ่มต้นถ้าต้องการฉากว่าง: เลือก → X → Delete

ทบทวน UI: Interface · วิดีโอ Fundamentals · ไทย INC111-2021

5.2 Set metric millimeters (lab recipe)

ตามแผง Scene Properties → Units:

คลิกไอคอน Scene Properties (กรวย/ฉาก ทางขวา)
ส่วน Units:
- Unit System = Metric
- Length = Millimeters
- Unit Scale = 0.001

ทำไมใส่ 0.001?
คู่มือ Blender อธิบายว่า Unit Scale เป็นตัวแปลงระหว่างหน่วยภายในกับตัวเลขบน UI (Scene Units)
ในงานโมเดลผลิตภัณฑ์/พิมพ์ 3D นิยมตั้งแบบนี้เพื่อให้พิมพ์ตัวเลข 80 แล้วได้ความยาวระดับมิลลิเมตรบน UI สอดคล้องกับการคิดแบบวิศวกรรม (แนวทางเดียวกับคู่มือชุมชนเช่น Blender for 3D Printing — Units)

กฎทีม: ทั้งทีมต้องใช้สูตรหน่วยเดียวกัน และจดใน checklist — ตอน export Twin ใน M04 จะได้ไม่สเกลเพี้ยนคนละไฟล์

ตรวจกริด (ถ้าเส้นหายไปเพราะสเกลเล็ก):

Overlay → Grid · ปรับ Scale ของกริดให้มองเห็นช่วงงาน ~10–100 mm

เปิดการวัดขอบใน Edit Mode ได้จาก Overlay → Measurements (Mesh edit overlays / overlay panel) เพื่ออ่านความยาวขอบ

5.3 Create a PCB placeholder (exact dimensions)

Add → Mesh → Cube
Object Mode → แผง Item (N) → Dimensions
ใส่ค่า เช่น X=80 mm, Y=55 mm, Z=1.6 mm (หรือค่าที่วัดจริง)
ตั้งชื่อวัตถุ: PCB_placeholder
Object → Set Origin → Origin to Geometry (Set Origin)
ย้ายให้อยู่เหนือพื้นเล็กน้อย (เช่น Location Z ตามความหนาฐานที่จะออกแบบ)
Object → Apply → Scale (Ctrl+A → Scale) — อ่านเหตุผลใน Apply

หลัง Apply Scale ค่า Scale ในแผง Item ควรเป็น 1, 1, 1 ในขณะที่ Dimensions ยังเป็นขนาดจริง

5.4 Create the enclosure block

Add → Mesh → Cube ชื่อ Enclosure_block
ตั้ง Dimensions ตามสูตร §4.2
Origin to Geometry · Apply Scale
จัดตำแหน่งให้ PCB อยู่กลางช่องว่างภายใน (ดู Wireframe)
(ทางเลือก) ใส่ Material สีต่างกันชั่วคราวแค่แยกชิ้น — ยังไม่ต้อง PBR จริง

ยังไม่ต้องเจาะช่องพอร์ตใน M01 — แค่ block ที่ “หุ้มได้”

5.5 Optional: ชิ้นแทนแบตเตอรี่หรือจอแสดงผล

ถ้าโปรเจกต์มี แบตเตอรี่ หรือ จอแสดงผล (display):

สร้าง Cube เพิ่มตามขนาดคร่าว ๆ จาก datasheet
วางใน enclosure แล้วตรวจว่าไม่ชน PCB

6. Topology and Mesh Optimization (What You Need in M01)

จาก Mesh Structure:

Element	Short meaning
Vertex	จุดในพื้นที่
Edge	เส้นเชื่อมสองจุด
Face	พื้นผิว (tri / quad / n-gon)

สำหรับ block enclosure ใน M01:

Do	Avoid
ใช้ Cube แล้วปรับ Dimensions	Subdivision ทับซ้อนโดยไม่จำเป็น
เก็บชิ้นส่วนแยก object (`PCB_…`, `Enclosure_…`)	รวมเป็นก้อนเดียวตั้งแต่แรก
Apply Scale หลังปรับขนาด	ปล่อย Scale เป็น 2.0, 0.5, …
Flat shading ของกล่องก็พอ	Smooth ทุกอย่างจนมองไม่เห็นขอบประกอบ

Optimization ในระดับ M01 = อย่าเพิ่ม polygon จนกว่าสเกลและ clearance จะถูกล็อก
การลด poly สำหรับ Twin จะทบทวนอีกครั้งก่อน export ใน M04

Non-manifold / รูรั่ว สำคัญตอน STL ใน M06 — ตอนนี้ถ้าใช้ Cube ตันเป็น block ยังไม่ต้องกังวล manifold ของเปลือกกลวง

7. Origin and Axis Habits (Prepare for Twin)

สิ่งที่ควรทำตั้งแต่ M01 เพื่อให้งานใน M03–M04 ง่ายขึ้น:

Habit	Why
วาง Origin ที่กึ่งกลางฐานกล่อง หรือมุมประกอบ	วางบนโต๊ะใน Twin ได้ง่าย
ให้แกนตั้งฉากกับพื้นของฉาก	หมุนฝาใน M03 แล้วไม่เอียงผิดทาง
ตั้งชื่อ object เป็นภาษาอังกฤษสั้น ชัด	อ้างชื่อใน clip list / Twin ได้ง่าย
ทั้งทีมใช้หน่วยเดียวกัน	กันไฟล์คนละสเกล (เช่น ผิด 1000 เท่า) เมื่อรวมงาน

ตั้ง origin: Object Origin

8. How M01 Feeds the Rest of Course 3

Carry forward from M01	Use in
Block ถูกสเกล + checklist	M02 ขึ้นรูปละเอียด / PBR
ชิ้นส่วนแยกฝา–ฐานในใจแล้ว	M03 animation เปิด–ปิด
Origin / หน่วยทีม	M04 GLB → Bitstream Studio
Clearance ที่จดไว้	M05 validation · M06 พิมพ์และ fitment

Next Steps

ทำแล็บทีละขั้น: แล็บ
กรอก scale-and-block-checklist.md
เมื่อพร้อม ไปต่อ M02 — Modeling, Materials, and Render

References and Further Reading

Blender (official)

Industrial design & enclosure practice

IDSA — What is Industrial Design?
Six Steps for Designing a Custom 3D Printed Electronics Enclosure (All About Circuits)
How do you design enclosures for 3D printing? (Protolabs Network)
Blender for 3D Printing — Units (แนวทาง Unit Scale กับงาน mm)

Hardware / course portals

เช็กความเข้าใจ

คำถามสั้นสามข้อใน quiz.yaml ผูกกับเป้าหมายของบทเรียนนี้ข้อละหนึ่งคำถาม ลองตอบเองก่อน แล้วค่อยเทียบกับเฉลยและคำอธิบายในไฟล์

แล็บ

ลงมือต่อที่ แล็บ: กล่องหุ้มแบบ block ตามสเกลฮาร์ดแวร์

Lab · Checklist · ← Table of Contents · M02 →

คำถามทบทวน

ลองตอบเองก่อน แล้วค่อยเปิดดูเฉลย

“ช่อง USB หันผิดทาง” เป็นปัญหาของเลนส์ใดในตาราง Four Lenses (เป้าหมายข้อ 1)
1. User Experience
2. Function
3. Material & Manufacturing
4. Form & Proportion
ดูเฉลย

คำตอบ: A. User Experience

ตารางในหัวข้อ 2: เลนส์ User Experience ถามว่าเปิดฝา ดู LED เสียบสายได้โดยไม่พึ่งคู่มือยาวไหม
PCB กว้าง 80 mm, clearance 0.5 mm ต่อด้าน, ผนังหนา 2 mm ขนาดภายนอกแกน X ประมาณเท่าใด (เป้าหมายข้อ 2)
1. 84 mm
2. 90 mm
3. 85 mm
4. 81 mm
ดูเฉลย

คำตอบ: C. 85 mm

สูตรในหัวข้อ 4.2: outer_X ≈ PCB_X + 2×clearance + 2×wall = 80 + 1 + 4 = 85 mm
ค่า Unit Scale ที่บทเรียนตั้งสำหรับงานโมเดลหน่วยมิลลิเมตร (เป้าหมายข้อ 3)
1. 0.001
2. 1.0
3. 1000
4. 0.01
ดูเฉลย

คำตอบ: A. 0.001

หัวข้อ 5.2: Unit System = Metric, Length = Millimeters, Unit Scale = 0.001

อ้างอิงบทเรียนนี้

ถ้านำบทเรียนนี้ไปสอน ทำสไลด์ หรือทำเอกสารต่อ ให้อ้างอิงด้วยข้อความนี้ ถ้าดัดแปลงเนื้อหา ให้เติม (ดัดแปลง)ต่อท้ายชื่อบทเรียน

"หลักออกแบบเชิงอุตสาหกรรมและกล่องหุ้มตามสเกลจริง" จาก TESA Open Knowledge โดยสมาคมสมองกลฝังตัวไทย (Thai Embedded Systems Association: TESA) https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program สัญญาอนุญาต CC BY-NC 4.0

ข้อความอ้างอิงภาษาอังกฤษ: "Industrial Design Principles and a True-scale Enclosure" from TESA Open Knowledge by the Thai Embedded Systems Association (TESA), https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program, licensed under CC BY-NC 4.0

ลิงก์บทเรียน: https://tesaiot.github.io/tesa-qualification-program/courses/product-design/m01-design-fundamentals/l01-industrial-design-fundamentals/

บทเรียนนี้ดัดแปลงจากต้นฉบับด้านล่าง เมื่ออ้างอิงให้คงเครดิตต้นฉบับไว้ด้วย
https://github.com/drsanti/TESAIoT-Courses/blob/287c21814ba8c75f693136616dcd270349a15966/C3/M01/README.md · Original content by Asst. Prof. Dr. Santi Nuratch (ผศ.ดร.สันติ นุราช), KMUTT. Course 3 (C3/) of drsanti/TESAIoT-Courses. TESA funded the work and holds the rights; published here under CC BY-NC 4.0. The upstream repository carries no licence file. Text kept faithful; structure, front matter, quizzes and notes added by TESA Open Knowledge.

วิธีอ้างอิง TESA ฉบับเต็ม

เนื้อหาเผยแพร่ภายใต้ CC BY-NC 4.0 นำไปใช้ต่อในงานที่ไม่ใช่เพื่อการค้าได้ โปรดอ้างอิงสมาคมสมองกลฝังตัวไทย (TESA) ทุกครั้ง · วิธีอ้างอิง TESA