了解 CAD：主要优势和快速原型制作应用

CAD 是计算机辅助设计的术语。它是使用计算机软件创建建议产品的三维模型的过程。许多行业都使用这种类型的软件来创建草稿和模型。它既可以设计二维图纸，也可以设计具有精确测量的三维模型。

如果您正在阅读本文，您可能想了解 CAD 相对于手动绘图的优势和/或其在快速原型制作和计算机辅助制造中的重要性。认识到 CAD 在设计中的关键作用以及它如何简化产品开发工作流程非常重要，尤其是在这个远程工作正在成为新常态的时代。

什么是计算机辅助设计 (CAD)？

计算机辅助设计软件的起源可以追溯到 1963 年，当时 Ivan Sutherland 开发了 Sketchpad，Patrick J. Hanratty 博士于 1971 年推出了自动绘图和加工 (ADAM)。

从那时起，随着计算机系统的改进，计算机辅助工程和设计软件已经取得了长足的进步，并通过引入一套自动化功能和设计工具而变得更加先进，使设计工作流程变得轻松愉快。在 CAD 发展之前，设计师使用铅笔、直尺、圆规、绘图板、三角尺等来创建 2D 绘图。

CAD 是计算机辅助设计的缩写，是指在工程、建筑和工业产品设计中使用计算机软件对产品和结构进行 2D 和 3D 建模。它不仅仅是纸和铅笔草图的替代品，因为它为工程师、设计师、技术人员和建筑师带来了全新水平的可能性。

CAD 相对于手动绘图有哪些优势？

与手工绘图相比，CAD 具有许多优势，使其成为当今设计市场的重要工具。这些优势在很多方面为当代工程师或产品设计师提供帮助。

1。生产力

CAD 程序通过添加各种工具和功能来不断发展，从而提高设计过程的生产力。这些工具有助于缩短产品开发时间，从而降低生产成本，并通过减少出错空间来减少错误，从而提高产品质量。

对于手工绘制，如果需要更改，则应丢弃草图并完全从头开始。使用 CAD 设计程序可以轻松编辑数字绘图，并且可以进行无限数量的修改变体，而无需从头开始重新绘制。单个模型的不同部分可以由不同的设计师分别绘制并在 CAD 中组装。

而且，几乎所有 CAD 系统都有一组标准组件（例如螺栓、螺钉、螺母等紧固件），设计人员可以从中选择合适的尺寸并进行组装。可以按照首选标准约定从 3D 模型生成 2D 图纸、剖面图、详细图纸和辅助视图。

2。准确度

在创建精确的技术图纸方面，手动绘图无法胜任 CAD 绘图的能力。 CAD 程序具有根据设计和绘图惯例和标准开发的功能和工具，可帮助设计人员减少错误百分比。而且，使用手动绘图极其困难的复杂设计特征在 CAD 中可以变得更加容易。

3。易读性

手动绘图有时可能会不清楚，而 CAD 绘图则不然。即使模型非常复杂，有很多零件和特征，CAD程序也必须隐藏和显示工具来消除暂时不重要的零件，并专注于其余部分的具体细节，这是纸和铅笔绘图完全不可能的。

此外，CAD 设计中 3D 等距视图和剖面视图的可用性增强了可视性和理解，因为它们分别使车削和切片成为可能，这在手动设计中又是非常耗时的工作。

4。演示文稿

通过使用虚拟模型展示您的设计，无需制造原型，您可以轻松影响您的客户和同事，因为您可以模拟运动、通过剖切显示内部零件并从不同侧面进行展示。您甚至可以通过渲染的 3D 模型（其中不同部件具有不同的颜色）轻松地将设计的功能和美学传达给没有工程背景的外行。

5。后续操作

 CAD软件除了绘制图纸外，还具有利用数学方程进行工程计算和分析的能力。例如，产品设计师通常只需在 CAD 程序中单击一下即可计算模型的几何属性（面积、体积、重心等）和质量属性（质量、密度）。

此外，许多 CAD 程序支持运动研究和仿真、参数化建模、结构、热、流体等有限元分析，帮助设计人员在制造之前分析和增强模型强度、功能和其他属性。

共享与协作

与手动绘图相比，CAD 绘图的另一个巨大优势是，一个设计师可以制作模型并将其发送给另一个设计师，即使他们位于世界的另一端。接收者可以查看模型历史记录，准确了解其设计方式，并对其进行编辑。  这对于手工绘制来说太困难了。

大多数 CAD 系统通过采用云共享和自动化数据管理工具，不断简化远程工作的协作，使工程师能够随时随地在任何设备上实时同时编辑相同的设计。

6。文档

建模后，零件、组件和子组件的线性和角度尺寸以及测量以及物料清单均以数字方式记录并保存，以供将来参考和使用。传统手工绘制时，素描纸需要搁置，容易损坏、变质。

CAD的行业应用

如今，商业 CAD 软件包已成为工厂、设计办公室和学术机构必须拥有的设计工具，因为它可以节省时间，并确保与 CAM 等其他计算机辅助生产系统的良好协作和无缝集成。

行业众多；包括工厂、建筑、产品设计办公室等都使用 CAD 来优化设计工作流程和最终产品的交付。 CAD 增强了公司内部和跨行业以及并行工程工作的协作。

CAD 和 CAM（计算机辅助制造）

除了创建想象中的模型外，CAD 还与数字化制造一起使用，称为 CAD/CAM。当与 CAM 结合使用时，CAD 可在产品生产的整个阶段提供协助，包括工艺和生产规划、调度、生产管理和质量控制。

在 CAD/CAM 中，设计和生产过程混合在一起，因为 CAD 软件的电子输出文件用于零件生产过程。这允许在工作流程的任何部分进行更改，并减少从原材料到成品的时间。

CAD 软件可以执行结构、热、振动、运动稳态和瞬态仿真，以调查和诊断问题。这有助于通过迭代设计参数并看到改进来进行小的更改。

快速原型设计和制造中的 CAD

在快速原型设计中，设计师可以一次性将他们的想象力和创新想法带入现实生活，而无需进行多次迭代。这提供了一个绝佳的机会，让您可以通过视觉方式和实践经验与同事、客户甚至最终用户交流您的想法，并获得反馈和设计概念证明。

快速原型设计可以最大限度地减少时间和浪费，并促进创意设计过程，特别是对于提供定制和复杂产品的公司而言。几乎所有的快速原型制作方法都依赖于计算机辅助设计来创建原型，因此可以说CAD是快速原型制作的核心。那么，让我们简要了解一下 CAD 如何实现机械加工和增材制造快速原型技术的自动化。

1。 CAD 与 CNC 加工

CNC 原型制造包括精密多轴铣削、车削、EDM、线切割和磨削，是一种减材工艺，通过去除大量材料来制造原型。难以用其他原型制造方法成型的各种工程材料可以通过 CNC 加工来制造。大多数 CNC 机床都使用 G 代码，它规定了切削刀具方向、切削速度、进给速率和切削深度。并且可以从DXF格式的CAD文件中获取G代码。

2。 CAD 与 3D 打印

CAD 软件为用户提供了从头开始创建 3D 模型所需的工具。然后可以对该模型进行处理、切片并发送到 3D 打印机进行打印。创建 3D 模型是制作对象或概念的物理、现实世界复制品的第一步。

使用 CAD 软件，您可以将模型导出为与切片软件兼容的文件格式。该切片软件将模型转换为 3D 打印机可以解释的 G 代码指令。一旦打印机获得这些指令，它就可以创建原始数字模型的物理复制品。

3。 CAD 与真空铸造

真空铸造使用硅胶模具在真空下制造高质量的塑料和橡胶部件。用于模具制造的母模是通过 3D CAD 模型制作的，并通过一种原型技术制造。

结论

在快速原型制作中使用 CAD 也有许多优点。 CAD 软件不断发展并变得更加用户友好，使得那些缺乏经验的人可以更轻松地创建复杂的模型。此外，CAD 创建的原型可以轻松修改和测试，从而实现更高效的设计流程。

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常见问题解答

CAD使用什么软件？

流行的 CAD 软件有 AutoCAD、CATIA、Fusion 360、Inventor、SolidWorks、Onshape 和 Solid Edge。

3D 相对于 2D CAD 制图有哪些优势？

 对于没有工程制图知识的人来说，3D 模型具有更好的可视化效果。当设计者看到它时，它比2D更有满足感。当然，我们可以从3D模型生成2D视图

CAD有什么限制？

有时，设计师心中可能有一个奇特的想象，可以在 CAD 中建模，但物理实现的成本很高。 CAD 用户需要接受培训才能使用各种商业 CAD 程序