三维扫描解决方案

埃太科三维支持乌克兰

CAD软件和三维扫描

2022年 7月 29日
阅读时间 2 分钟
概要

如果您不确定是否需要CAD系统才能满足公司或客户的设计、工程需求,那这篇文章找对了。市面上的选择琳琅满目,但这笔貌似不菲的投入实则是一个非常明智的决定,可以为您省下大量时间、精力和金钱成本。本文将简要介绍目前常见的CAD系统,它们主要用于解决何种问题,以及三维扫描如何提升CAD工作流程,协助从质检到逆向工程等多种应用场景。

CAD软件类型
参数化建模,直接建模
CAD多种应用场景
技术图纸、平面图、电路图、总平面图等
三维扫描与扫描至CAD解决方案
质检、逆向工程、快速原型等

简介

仔细想想,在CAD软件正式推出前,几乎所有的设计工作都是手动完成的,设计师必须在纸上手绘出物体尺寸和属性。直到CAD软件彻底改变了这个局面。但是,并不是说一套CAD套件就能解决所有设计师、工程师、建筑师的需求。想要搞明白自己对计算机辅助设计的需求,就要先了解一下目前市面上的选择、对比不同产品间的优劣、了解为何三维扫描这类附加解决方案可以提升CAD效果,甚至在未来数月、数年之间,让您值回票价。

为何要用?谁需要用?

CAD软件可以让设计与工程工艺非常轻松,这是最值得强调的优势。从初始概念到设计阶段,包括部件和组件分析,更不用说最终产品的实际制造和包装过程了。

对于当今的设计工作流程而言,无论是大改动还是小改动,设计师都能直接调整尺寸和外形,并瞬间直观感受到这些变动对整个设计的影响,有莫大的好处。相比而言,平面纸张和铅笔是无论如何做不到这一点的。

亚毫米级精度

如今的计算机辅助设计解决方案能让您精准再现物体模型,误差仅几微米。和制图、平面图纸不同,有了CAD软件,就再也不用浪费时间从零开始重新设计,也不用从特定角度绘制新图纸。

搞三维设计,就不可能只局限于六视图。您可以从数百个角度中选择任意一个角度和放大率进行设计。

 

很多情况下,无论什么产品,都不可能只设计一次。这时,计算机辅助设计软件就能体现出其独特优势,您可以轻松建立部件模板和资源库,便于今后反复使用。当然,也可以加入定制部件和配件,例如内部设计的电子元件、紧固件,还有现场组件。

这些元素都可以按需直接拖拽至新设计中。这样一来,今后的设计流程就能更快更便捷,大幅缩短设计落地所需的时间和精力。

CAD模型应用力MAX

CAD模型完成后,除了生产制造外,还有各种可能的应用途径。比如,您需要快速完成一系列稍有不同的原型设计,或者缩放初始设计后,加上额外组件或功能。

有了CAD模型后,您可以在此基础上继续设计,不仅前期基础可靠,而且还能为整个工作流程省下数天甚至数周时间。

FEA、CFD等各种测试

另一种可能的用法就是模拟,例如FEA(有限元分析)和CFD(计算流体力学)测试。把CAD模型置于这些系统内,就可以进行必要的压力测试和疲劳试验,用于分析并改善航空航天、汽车部件等。

 

将CAD模型导入CFD系统,就能进行空气动力学/流体力学测试,对许多赛车运动、航空航天、海运等领域的客人而言,这是设计流程中的重要一环。

改善包装设计

CAD模型经测试并投产后,还能用于设计运输和展示用的产品定制包装。有了尺寸精准的CAD模型,就能容易设计一些波纹纸箱、泡沫、微泡沫等材料制成的产品内包装,用来保护和缓冲,特别是一些需要轻拿轻放、容易破损的产品。

根据CAD制成的精准包装,不仅可以起到很好的保护作用,还能优化空间利用率,降低运输总重量。如果生产运输的某件产品数量高达几百甚至几千件,那这就是一个相当重要的考量因素。

几分钟搞定完美质检

目前,CAD最给力的用途就是质检了。在质检和质保领域,计算机辅助设计在和三维扫描搭配起来后,无疑在关键环节起到了重要作用,无论是在装配线上还是在装货码头交货。

工作原理很简单:三维扫描测量物体或部件,然后将扫描和原始CAD模型对比,判断误差是否超出限定范围。

虽然手动测量各个部件再对比也完全可行,但除非您的产品是基本图形,否则,一定会出现测量误差,比如测量弧线、凹面、薄边,若为柔软易变性的材料,误差恐怕更大。

CAD + 三维扫描 = 超大质检面积,超短处理时间

和测量部件某几个点不同,三维扫描可以每秒采集几百万点,还无需接触物体。如果某部件故障,或者需要对其进行材料测试或其他故障分析模拟时,这一点就格外重要了。

毫无疑问,您希望能全面采集,精确到毫米以下。这时,三维扫描就能助您一臂之力。相比手动测量,三维扫描可以迅速搞定。此外,最新三维扫描解决方案十分便携,手持设备,无需额外线缆或笔记本电脑。

 

如果您追求迅速简单的工作流程,那扫描至CAD解决方案一定不容错过。我们将在下文详细介绍这类产品。现在,我们完全有理由认为,有了这样一套系统,您可以在几分钟内扫描高度复杂的物体,并将其和CAD模型进行细致对比。此外,扫描至CAD解决方案还自带逆向工程的多种可能。

CAD真实应用案例

如上所述,使用CAD软件前,全球的工程师只能依靠纸笔进行设计。也就是说,每一条直线、曲线等各种形状,都是通过直尺、量角器等绘图工具仔细绘制的。

而在计算方面,无论是管道压力、电线电压还是机翼的空气动力,也必须手动完成。这就给人为失误提供了可能。

数字程序秒杀传统方式

另外,这些技术图纸很容易破损,也不易存放和运输。但CAD软件解决了这些难题。如今,设计图纸不再局限于白纸和二维空间,远在地球另一端的同事都能和您一起查看、编辑这些设计。

数字CAD模型几乎在任何方面都表现更胜一筹。您可以安全存档,以便今后使用,特别是当CAD二维设计图纸或产品不复存在的时候。拥有一个准确的CAD模型,那么几乎任何部件或组件都能被恢复重建。

常见CAD软件应用

技术图纸

工程师绘制技术图纸时,务必要准确体现零部件或机器的规格,因为这将用于产品制造和持续研发。这类应用常见于航空零件、医疗器械、机器部件等。

建筑物平面图

在建筑业,这些图纸通常被称为“蓝图”,详细标明建筑物的设计方式、所用材料以及楼梯井、窗户、水槽、门等重要部位。但现在,这些都能通过CAD软件快速搞定。

电路图

目前,一些高端计算机辅助设计软件还提供了电路板设计所需的电路图工具组。过去手工几天才能完成的任务,现在几个小时就能搞定。之后,电路图还能存成模板,根据需要再次利用,并与不在身边的同事分享。

 

暖通空调图纸

设计房屋或楼宇的整体供暖和通风,是几大主流CAD系统的常见应用。这些软件系统通常自带多个模板和工具组,能根据建筑面积、外部气候、隔热、房间类型等因素,计算设计方案的具体要求。

总平面图

您可以在CAD中准确设计整个住宅或商业用地,远超建筑外墙的部分也包含在内。这可不只是现场勘查。在CAD中,您可以创建景观区、游泳池、花园、车行道、树木、人行道等特殊区域。

新旧之争:参数化建模与直接建模

市面上最受欢迎的CAD程序主要采用两种主要建模范式:参数化建模和直接建模。让我们一一道来。

参数化建模

该范式自1987年开始使用,是人们最容易和CAD建模联系起来的范式。通过参数化建模,您可以利用平面草图创建3D特征,从而逐渐完成3D几何。

构建过程中,您可以加入所有所需特征和约束。因此,参数化建模需要细致规划,如果模型包含数百个特征时,这点更为重要。

这种基于历史的方式使得参数化建模和直接建模相当不同。通过参数化建模,软件可根据您提供的特征顺序准确记忆。

这样一来,建模过程就如遵循顺序指令的计算机程序,每次需要新增特征或改动已有特征时,模型各个方面都会有所影响。

 

虽然参数化建模十分强大,但也存在几个缺点:首先,学习曲线十分陡峭,想达到熟练的程度,需要数月甚至数年经验。对于存量客户而言,这不是什么问题,但是新接触的工程师就需要经历一个漫长的成长过程。

但或许最大的障碍是参数化模型本身的历史导向方式。除非您对模型的构建方式、所有约束和规格了然于胸,否则,很容易在设计过程中遇到麻烦。

直接建模

相较于参数化建模,CAD设计市场的新秀“直接建模”更有吸引力,受到当今许多年轻工程师的青睐。

这种建模范式就是“所见即所得”,通过移动模型上的不同表面来构建编辑模型,而不是像参数化建模那样,编辑特征的尺寸和草图。

 

因此,直接建模在快速原型和设计工作中表现突出,尤其是工艺要求和规格经常变化的工业设计中更是如此,无需记住复杂冗长的设计历史。

许多直接建模的支持者认为,这才是直接建模区别于参数化建模的最大优势。因为无论何时更改、改动特征还是新增特征,都没有破坏模型的风险,而在参数化建模中,这种改动则会带来极大干扰。

两者利弊

也就是说,两种范式各有利弊。如今主流的CAD系统提供了两类范式的工具组。例如,几个软件包提供了直接编辑的工具,也在模型历史中同时构建,因此,也不是纯粹的直接建模系统。

当然,最终何种最理想,还需要消费者自行了解不同程序后自行决定。

资深CAD用户可能想坚持使用参数化建模,毕竟他们已经投入了不少的时间和精力,但年轻工程师或许应该认真考虑直接建模,除非雇主或因其他因素不得不使用参数化建模。

结论

市面上的选择琳琅满目,找到一款合适的CAD或扫描至CAD软件并非易事,需要花上几周时间对比研究。但正如上文所述,多数产品分别属于几大不同类别,在挑选一款合适的解决方案时,不容易一头雾水。

除本篇概述外,您还可以阅读本文,了解不同CAD和扫描至CAD软件包的定价、功能和其他信息,挑选出适合具体需求的多款产品,并根据现场或在线产品演示、未来购买计划等,缩小范围并锁定最终产品。

目录
作者:
matthew-mcmillion

Matthew McMillion

科技记者

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不同领域的设计师和工程师将计算机辅助设计(CAD)软件用于整个工艺流程当中。在设计、模拟、制造等各个环节,CAD软件都是工作人员不可或缺的工具。这些软件不仅有助于设计概念或草图的视觉呈现,还能辅助做好记录工作。有了CAD软件,才能完成专利申请,合法保护专利设计,查验设计是否合规。

有时,传统三坐标测量仪(CMM)测量物体难以做到快速无创,特别是在处理带孔或脆弱表面时。幸运的是,随着三维扫描技术的发展,我们可以通过改进设备设计和软件功能等方式,解决这些难题。因此,这项技术可以开始和CMM仪媲美,应用于各类部件的检验当中。

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