如何在增材制造过程中充分利用 CAD

增材制造涉及的主要阶段是设计和制造过程。实际上，设计工作是在 SolidWorks（和其他）等计算机辅助设计 (CAD) 套件上完成的，而物理生产阶段（即 3D 打印）通过将 CAD 文件（例如 SLDPRT）导出为 STL（一种格式）来促进可以通过 3D 打印机和 3D XML 查看器读取。

然而，增材制造过程的两个阶段都有几个主要步骤。

对于工程团队和制造商来说，生产力将取决于他们的设计工具的有效性，无论是他们的 CAD 套件的质量还是他们与使用不同 CAD 套件的各方进行互操作的能力。例如，花在文件修复和解决使用某些文件格式（例如 STL）的技术问题上的时间被添加到上市时间中。

在这篇文章中，我们研究了增材制造生命周期中的这些因素，并重点介绍了应用程序开发人员和 3D 打印机制造商如何将他们的产品定位为解决方案。

什么是 CAD？

无论是增材制造还是减材制造，几乎所有产品的设计过程都是从 CAD 开始的。 SolidWorks 是市场上众多流行的 CAD 套件之一，它用于设计产品 - 无论是作为单个零件的集合还是作为整个系统 - 以及在制造之前测试和验证其设计属性。

什么是 STL？

STL（STereoLithography 或 Standard Tessellation Language 的缩写）于 1987 年推出，使立体光刻 3D 打印机能够读取 CAD 文件。与 IGES 一样，STL 现在在 3D 打印行业中得到广泛使用，特别是作为一种手段，使拥有不同 CAD 套件的团队能够在更广泛的产品开发项目中轻松地相互操作。

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了解工程工作流程

设计

工程和产品开发工作流程始于 CAD 套件。如今，CAD 用户不仅可以利用一系列工具来设计 3D 对象，还可以整合大量细节，例如颜色、纹理和其他设计元素。

事实上，SolidWorks 还提供了专门的工具来将钣金、模具、焊件和表面处理整合到他们的核心设计工作中。换言之，CAD 设计文件可以有效地反映预期的实际产品，并且完全保真。

SolidWorks 还使工程师能够以不同的方式处理他们的设计工作。例如，在设计时考虑到可制造性的工程师可以将单个零件设计、存储和检索为 SLDPRT 文件，并将这些 SLDPRT 文件合并到一个 SLDASM 文件中（请参阅本文以了解 SLDPRT 和 SLDASM 文件之间的区别）。

分析

使用预期的真实世界设计（例如美学、表面几何形状、力学、颜色和材料）来设计 CAD 文件的能力也为设计团队打开了虚拟测试和验证设计可行性的大门（即在物理原型制作之前）。

诚然，分析质量（包括模拟和可视化）取决于 CAD 套件提供的功能（SolidWorks 包括这些功能）。然而，仿真使设计人员能够通过在核心设计阶段识别和纠正设计问题来降低他们的原型设计需求和物理测试成本。

例如，使用有限元分析 (FEA) 方法的 SolidWorks 分析工具在标准层中包括静态线性、基于时间的运动和高周疲劳模拟。在更高的层次中，工程师可以确定其设计的耐久性、拓扑结构、固有频率，并进行一系列非线性静态和非线性动态测试。

准备

使用当今的 CAD 套件，物理原型设计和测试阶段应该会缩短时间和财力资源的消耗。但是，设计人员通常必须将原始 CAD 文件导出为 STL，以便 3D 打印机正确解释原始设计文件。

转换为 STL 有其优点和限制。一方面，它确实可以通过 3D 打印来制造用 CAD 制作的原始设计文件。但是，STL 不会读取您原始设计的颜色、纹理和其他设计元素（包括元数据）。

此外，对 STL 文件所做的更改不会自动反映在 CAD 中的原始设计文件中；相反，该过程是必须对 CAD 进行更改以反映 STL 文件的一种方式。这给原型制作过程增加了一层低效率（这使得在 CAD 中完成的模拟和可视化工作变得更加重要）。

最后，必须小心地对 STL 文件进行细化。尽管您可以用 ASCII 编码 STL 文件并努力增加三角形的数量以降低粗糙度，但您仍面临 STL 文件大小急剧膨胀的风险，以至于它对于 3D 打印机来说太大而无法读取。

打印

如今，STL 的广泛采用和技术成熟度使其成为 3D 打印的必需品。

为了取代 STL，3MF 联盟（Spatial 的母公司 Dassault Systèmes 是其创始成员）正在努力让增材制造行业采用 3MF。

新格式使用 XML 中的 ASCII，使 3D 打印机能够全保真地读取 CAD 设计文件——即原始设计师想要的颜色、纹理和其他设计元素。它还意味着可扩展并适应新兴的 3D 打印技术。

但是，3MF 是一个长期因素。时至今日，STL 仍然是增材制造行业使用的主要文件格式。那些为 3D 打印领域开发应用程序和硬件的人必须适应 STL 处理。

为什么要利用 3D 互操作

由于 STL 是连接 3D 打印中设计和生产阶段的基本要素，因此最终用户能够最大限度地减少文件修复（即从 CAD 到 STL）所花费的时间至关重要，无论是从 SolidWorks 还是其他 CAD 套件。事实上，互操作性至关重要，因为并非每个工程工作流程都使用 SolidWorks。

Spatial 的 3D InterOp 软件开发套件 (SDK) 使应用程序开发人员能够将互操作性集成到他们为增材制造公司提供的产品中。无论是 3D 打印机还是用于查看不同 CAD 文件格式的应用程序，3D InterOp 都能让您的产品快速满足增材制造行业的基本要求。

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