什么是CAD?

什么是CAD?

产品设计尽管迭代是确保各行各业产品质量的必要条件,但其中许多应用都有一个共同点:依赖CAD。在某些领域,最初的设计可能仍需通过传统的绘图来勾勒,但过去那种冗长的草图迭代过程会延误产品的推出,而现在这种过程已基本被搁置。

在广泛使用传统草图的汽车行业,CAD 设计正在占据主导地位

除了加快原型设计的速度外,CAD的引入还帮助克服了比例图有关误读和共享的问题。设计数字化和CAD的普及也开启了从前无法想象的自动化和协作水平。

CAD的出现不仅改变了产品设计的方式,还开辟了全新的途径。以前,预览早期设计需要制作和运送模型。现在,像豪华家具公司Sherrill Furniture这样的企业能够在几分钟内通过3D扫描将家具数字化,并利用这些数据每周制作出几十件用于定制和3D可视化的CGI休闲用品。

这一切得益于快如闪电3500万点/秒的Artec Leo。凭借一键扫描功能和亚毫米级的3D扫描能力,Leo能够在拥挤展厅中,快速、轻松地捕获复杂、纹理丰富的家具,同时还能在其他方面实现应用,我们将在下文进行探讨。

工程设计CAE是CAD真正为机械工程师派上用场的地方——作为机械零件和组件投入生产前对其性能进行分析的手段。与产品原型设计类似,CAE能够让制造商模拟产品的工作原理,从而避免浪费。

然而,工程设计需要完全不同的仿真工具集。Autodesk已经通过Inventor认识到了这一点:该平台将手动绘图要素与静态模态应力分析工具相结合,用于测试产品是否能够承受设定的负载。

重点

CAD使工程师能够确保零件和组件在投入生产之前就能满足应用要求。

此外,西门子还提供Simcenter FLOEFD CAD嵌入式计算流体动力学(CFD)软件。通过CFD模仿,可以预测空气和水等流体在模型周围的流动情况,进而预测如何疏导流体,使模型更符合空气动力学性能。这在公路自行车等领域尤为重要,最大限度地减少空气阻力是获得第一名的关键。

英国模拟公司Vorteq利用Leo和超精确的Artec Space Spider捕获的数据,将这一方法提升到了一个新的水平,打造出了世界上最快的公路自行车。Leo的速度和无线便携性加快了对比分析的捕获速度,0.1毫米分辨率的Space Spider所捕捉到的细节,使得通过自行车车架的摩擦力能够通过CFD进行建模。

随着多体动力学分析(用于检查连接体的行为方式)等其他功能在许多平台上的应用,细节工程显然仍是CAD设计中最令人兴奋的领域之一。

汽车在汽车领域,手绘汽车设计背后的艺术性仍然有着旺盛的生命力,只不过CAD建模引领其迈入了21世纪。设计过程往往仍从草图开始,但工程师们已开始将草图转化为虚拟设计,在CAD平台上以数字方式绘制,并利用生成的模型创建真人大小的原型进行测试。

许多汽车改装公司都会采集现有模型,然后对所需的改装进行数字化设计

概念设计的数字化提高了设计过程的精确度,使用户能够确保设计符合预期并能正常运行。它还能生成可输入模拟的模型,以确定部件或组件在负载下的性能。无论是空气动力负载还是物理负载,其结果都可用于分析设计的安全性和性能。

通过3D扫描,现在可以从真实世界的物体中逆向设计出此类模型,其速度之快、精度之高,可用于产品迭代。过去,SNAG Racing Rallye车队曾成功使用高度灵活的Artec Eva——久经考验的中型纹理部件数字化解决方案——从而实现目标。

从纸质建模转向3D扫描设计为拉力赛车升级,使它们能够提高强度、速度和机动性,同时实现降低生产成本和缩短交付周期。

建筑CAD被用于设计各种形状和大小的建筑,一般是通过专用软件来实现的。就像产品草图一样,建筑设计和项目管理的数字化使反复修改(客户要求的修改)成为可能,而土木工程师无需重头开始。

与CAD相比,建筑信息模型(BIM)更常用于建筑设计,建筑师也可以通过这一过程预览建筑外观效果。ArchiCAD等流行软件包甚至能帮助室内设计师在动工之前就生成逼真的视觉效果,或者提前进行房地产营销。

长距离3D扫描将设备数字化并提高现场效率

由于建筑业施工各方的相关者众多,BIM同样是一款重要的场地规划工具。从本质上讲,BIM建模有七个协作等级,第一个等级是2D图纸,最后一个是将2D图纸转化为3D模型并与所有相关人员共享。由于BIM可促进高效的工地规划和成本计算,因此被视为最前沿的工具。

牙科&医疗CAD在牙科领域也得到了蓬勃发展,不过它更多地用于定制种植体的制造,而不是纯粹的设计工具。Dental CAM通过印模或扫描患者的口腔,对牙齿进行3D建模,并以此为基础制作修复体。

在20世纪80年代牙科CAD/CAM技术得到广泛应用之前,为患者制作特定的牙冠、种植体或假牙需要跑几次牙医诊所,然后再将模具送去生产。现在,牙医可以在内部进行制造,使用3D扫描以高精度捕获患者的微笑,从而开发出完美贴合的牙种植体。

重点

现在,牙医在诊所使用CAD/CAM设计和制作定制种植体的情况已经非常普遍。

种植牙中心(Center for Implant Dentistry)就是这样一家诊所,它开发了将超精确的全彩Space Spider扫描与口内扫描相结合的方法,制作出了极其逼真的牙齿模型。不仅加快了种植牙的设计过程,还让患者可以预览自己的新笑容,自此,该诊所的认可度一路飙升。

不出所料,由于将CAD输出转化为STL文件非常容易,3D打印也正在成为外部采购的流行替代方案,并且将这两种技术结合起来从而实现更高精度的牙科效果具有巨大的潜力。

在医疗保健领域,3D打印也已开始起步,目前正在继续努力将CAD集成到标准的“DICOM”临床数据格式中。预计CAD在医疗领域的进一步应用将使石膏与假肢的定制变得更加容易,并通过生物建模推动手术规划和药物设计向前发展。

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