Claude, ChatGPT hay Gemini làm tốt hơn việc thiết kế linh kiện thay thế để in 3D?

AI có khả năng tạo hình ảnh, viết code, tóm tắt tài liệu và thực hiện nhiều tác vụ khác, bao gồm cả thiết kế 3D. Sau khi hướng dẫn Claude cách thiết kế các chi tiết để in 3D, người dùng có thể sử dụng nó để thiết kế và chỉnh sửa các mô hình 3D có sẵn, với kết quả đạt được ở những mức độ thành công khác nhau.

Vì vậy, khi cần một linh kiện thay thế mà bản thân lại... lười tự thiết kế, một người dùng đã để Claude, ChatGPT và Gemini cùng tham gia thiết kế và in linh kiện đó. Mỗi AI được kết nối với phần mềm FreeCAD thông qua FreeCAD MCP, cung cấp cho chúng các công cụ cần thiết để tạo hình học, chạy code Python bên trong FreeCAD, kiểm tra mô hình sau khi thiết kế và xuất các file cần thiết.

Cùng thông số và prompt, nhưng cho ra 3 ý tưởng hoàn toàn khác nhau

Mỗi AI được cung cấp cùng một bộ thông số cơ bản và yêu cầu (prompt). Chiếc kẹp cần phải gắn được vào một vòng dây đai khép kín có kích thước 57 x 24mm, giữ được ống dẫn nước 14mm, có thể in bằng nhựa PLA và nếu được thì không cần dùng đến cấu trúc hỗ trợ.

Design a 3D-printable replacement clip for the closed (both ends sewn) webbing loop on the lower edge of my backpack's padded shoulder strap (see attached photo) that holds a hydration bladder's 14 mm drinking tube. The loop is 57 mm long and 24 mm wide, pick either a T-head/rotate-to-lock tab through the opening or a snap-around clip over the webbing, justify it in two sentences, and don't rely on the flaking reflective coating for grip. It must stay put while walking and running, and the tube must pull out and push back in one-handed. Print in PLA on a 0.4 mm FDM printer with no supports, and state an orientation where layer lines don't run across any flex arm or neck. Since PLA is brittle and creeps, favor a rigid lock or a thick, long, filleted flex arm, with 1.6 mm minimum walls and 0.2 mm clearances. Deliver .step and .stl files and the 3 dimensions most likely to need tuning. ask questions: state assumptions, run the script to confirm a watertight solid, report the bounding box, render two views, and keep it one part with no hardware.

Hãy thiết kế một chiếc kẹp thay thế (có thể in 3D) cho vòng dây đai khép kín nằm ở mép dưới phần đệm quai đeo ba lô của tôi (xem ảnh đính kèm). Chiếc kẹp này dùng để giữ ống dẫn nước 14mm từ túi chứa nước. Vòng dây đai có kích thước dài 57mm và rộng 24mm. Bạn có thể chọn thiết kế dạng đầu chữ T (xoay để khóa) xuyên qua vòng dây, hoặc dạng kẹp bao quanh dây đai; hãy giải thích lý do chọn phương án đó trong hai câu. Lưu ý: không được dựa vào lớp phủ phản quang (đang bị bong tróc) để tạo độ bám. Kẹp phải giữ cố định chắc chắn khi tôi đi bộ hoặc chạy, đồng thời ống dẫn nước phải có thể rút ra và lắp vào chỉ bằng một tay. Sử dụng nhựa PLA để in trên máy in FDM với đầu phun 0,4 mm mà không cần vật liệu hỗ trợ. Cần xác định hướng in sao cho các đường layer không chạy ngang qua bất kỳ phần tay đòn linh hoạt hay phần cổ nối nào. Do nhựa PLA có đặc tính giòn và dễ bị biến dạng theo thời gian, thiết kế nên ưu tiên cơ cấu khóa cứng hoặc phần tay đòn linh hoạt có độ dày lớn, chiều dài phù hợp và các góc được bo tròn; độ dày thành tối thiểu là 1,6 mm và khe hở là 0,2 mm. Sản phẩm bàn giao bao gồm các file định dạng .step và .stl, cùng với 3 thông số kích thước quan trọng nhất có khả năng cần tinh chỉnh. Các yêu cầu khác bao gồm: nêu rõ các giả định thiết kế, chạy script để đảm bảo mô hình là một khối đặc kín, cung cấp kích thước bao, xuất hình ảnh hiển thị từ hai góc nhìn, và đảm bảo thiết kế là một chi tiết duy nhất, không sử dụng thêm phụ kiện phần cứng nào khác.

Cấu trúc vòng khép kín khiến nhiệm vụ này trở nên khó khăn hơn vẻ bề ngoài. Kẹp không thể chỉ đơn giản trượt vào đầu dây đai; nó đòi hỏi một cơ chế khóa có thể luồn qua khe hở hẹp bên dưới dây đai, hoặc một thân kẹp linh hoạt có khả năng bao quanh dây đai đó.

Codex đã chọn phương án an toàn khi tạo ra một chiếc kẹp thực tế không có cơ chế khóa cố định

Thiết kế gọn gàng, dễ in và đúng về mặt kỹ thuật - nhưng chính điều đó lại là vấn đề

Codex đã tạo ra mô hình hoàn thiện nhất ngay từ lần thử đầu tiên. Giải pháp của Codex là một chiếc kẹp liền khối với phần đầu hình chữ T để gắn vào dây đai và phần giá đỡ hình chữ C để giữ ống dẫn nước. Thiết kế này nhỏ gọn, dễ hiểu và thực tế hơn nhiều so với kết quả cuối cùng mà Claude đưa ra.

Codex cũng thực hiện rất tốt các công việc kỹ thuật cơ bản: Lưu file FreeCAD, xuất các file STEP và STL, đồng thời tạo hình ảnh xem trước từ góc nhìn từ trên xuống và góc nhìn trục đo (axonometric). Kết quả cuối cùng là một khối đặc kín, hợp lệ với kích thước bao là 27,598 × 43,441 × 6 mm.

Tuy nhiên, kết quả này hoàn toàn không phải là thứ được mong đợi. Phần đầu hình chữ T của cơ chế gắn được thiết kế để luồn qua khe hở bên dưới dây đai rồi xoay vào vị trí cố định. Thế nhưng, nó lại thiếu một cơ chế khóa chắc chắn, khiến chi tiết này có thể bị xoay ngược lại hoặc trượt dọc theo vòng dây đai. Codex đã tạo ra một sản phẩm đúng về mặt kỹ thuật và rất dễ in, nhưng chỉ tiếp cận vấn đề thuần túy dưới góc độ hình học, mà bỏ qua thực tế là chi tiết này sẽ phải chịu các tác động như kéo căng, va đập và uốn cong khi sử dụng ngoài trời.

Claude đã thiết kế một chiếc kẹp cầu kỳ đến mức trông như thể đang chế tạo một chiếc móc leo núi (carabiner)

Cách tiếp cận này vô cùng cẩn trọng, bài bản, nhưng lại hơi dư thừa 

Claude Code lại chọn hướng đi ngược lại. Nó liên tục cải tiến thiết kế, tự phản biện các ý tưởng của chính mình, và cuối cùng tạo ra một cấu trúc cơ học phức tạp hơn hẳn.

Ở lần thử nghiệm đầu tiên, nó sử dụng cơ chế đầu chữ T khóa bằng cách xoay – một thiết kế mà chính mô hình này cũng nhanh chóng nhận ra những nhược điểm tương tự như những gì từng thấy ở thiết kế của Codex. Sau đó, nó chuyển sang dạng thân kẹp kiểu móc leo núi, bao bọc lấy cả hai phía của dây đeo. Qua vài lần tinh chỉnh, nó đã điều chỉnh lại hướng đặt ống, thay đổi chiều của các chi tiết linh hoạt, đồng thời định vị lại chiếc kẹp chữ C.

Phiên bản cuối cùng bao gồm một tấm đế với đầu vát hình nêm, một phần sống cứng cáp, cùng hai lưỡi khóa 7mm có kèm các mấu nâng. Một rãnh thẳng được thiết kế để giữ ống dọc theo dây đeo, thay vì ép nó phải uốn cong gắt. Claude cũng tính toán hướng đặt các cánh tay linh hoạt sao cho tối ưu với quy trình in 3D, đảm bảo chi tiết có thể được in nguyên khối mà không cần thêm các cấu trúc hỗ trợ.

Vấn đề nằm ở chỗ, thành phẩm lại quá cồng kềnh với kích thước 24 × 61,8 × 36 mm, tiêu tốn khoảng 12 cm³ vật liệu. Phần ống nằm cách dây đeo tới 14mm, còn phần đế đặc thì làm tăng thời gian in một cách không cần thiết. 

Claude thậm chí còn tính toán các lực chèn ước tính cho phần cổng và giá đỡ ống; tuy nhiên, đây chỉ là những phép tính dựa trên lý thuyết chứ không phải phân tích phần tử hữu hạn hay thử nghiệm thực tế.

Antigravity cần đến ba lần thử, thậm chí còn đưa ra cả hình vẽ bằng ký tự ASCII

Lần thử thứ ba đạt kết quả gần sát nhất, nhưng các kích thước lại hoàn toàn sai lệch

Kết quả đầu tiên từ Antigravity xét về mặt kỹ thuật thì đúng là một chi tiết hoàn chỉnh, nhưng nếu in ra thì chỉ lãng phí vật liệu. Cấu trúc hình học không cho phép dây đai và ống khớp với nhau; hơn nữa, lại có một khe hở xuất hiện ngay bên trong phần giá đỡ hình chữ C – nơi lẽ ra phải đặt đường ống vào. Ở lần thử thứ hai, nó thậm chí chỉ hiển thị một hình vẽ bằng ký tự ASCII.

Tuy nhiên, lần thử thứ ba ở chế độ Task của Argon đã mang lại kết quả tốt hơn nhiều. Chi tiết này hoàn thiện hơn, tương tự như kết quả cuối cùng của Claude nhưng gọn gàng hơn đáng kể. Đây cũng là kết quả sát với ý định ban đầu nhất. Vấn đề nằm ở chỗ các kích thước mà Argon sử dụng hoàn toàn sai lệch, khiến cho chi tiết này không thể lắp đặt hiệu quả như mô hình đã dự đoán.

Máy in đã đưa ra "phán quyết" cho tất cả: Không mô hình nào hoàn hảo tuyệt đối

Claude thắng về quy trình, Codex thắng về khả năng in ấn, còn Antigravity chiếm ưu thế về ý tưởng

Sau khi in xong, cả ba mô hình đã được thử nghiệm. Mô hình của Codex hoạt động được, nhưng phần đầu hình chữ T luôn có nguy cơ bị đường ống kéo xuống và trượt ra khỏi dây đai. Claude đã cố gắng dự đoán mọi khả năng xảy ra lỗi, tạo ra một cơ chế khá cồng kềnh; dù hoạt động tốt nhưng vẫn cần tinh chỉnh thêm. Antigravity ban đầu thất bại, nhưng sau đó lại đưa ra thiết kế gần với mong muốn nhất – dù vẫn cần hướng dẫn chi tiết hơn và một mô hình chắc chắn hơn.

Xét về mặt kỹ thuật, Claude là công cụ chiến thắng. Nó giải thích rõ ràng các quyết định của mình, theo dõi các vấn đề chưa được giải quyết và sửa đổi thiết kế một cách bài bản. Codex tạo ra thiết kế nhanh nhất, gọn gàng nhất và dễ dàng in 3D; chỉ cần thêm một chút điều chỉnh, nó hoàn toàn có thể mang lại kết quả tốt hơn nữa.

Điểm mấu chốt ở đây là Trí tuệ nhân tạo (AI) đã có thể xử lý một khối lượng công việc đáng kinh ngạc trong lĩnh vực thiết kế CAD tham số, nhưng vẫn cần sự giám sát của con người. Các yếu tố như kích thước, hướng in, độ linh hoạt, khoảng hở giữa những chi tiết và khả năng lắp ráp trong thực tế đều cần được kiểm tra kỹ lưỡng – điều mà hiện chưa có mô hình AI nào thực hiện trọn vẹn được. AI có thể vận hành phần mềm FreeCAD và đề xuất các cơ chế hoạt động, nhưng nó không thể cảm nhận được liệu một chiếc kẹp có khớp chắc chắn vào dây đeo hay không. Đối với các linh kiện thay thế, máy in vẫn đóng vai trò là khâu kiểm định cuối cùng.