一篇文章看懂什么是3D CAD！
一篇文章看懂什么是3D CAD！
3D CAD是什么？
3D CAD是一种利用立体数据进行设计的计算机辅助软件。3D表示"立体"，即以3D立体来表现设计意图，"CAD"是"Computer Aided Design"的缩写，直接翻译即为"计算机辅助设计"，通称"CAD"。
3D CAD主要用于机械、制造等行业，用来进行产品设计加工制造的绘图建模软件。一般而言，3D CAD是通过绘制称为"草图"的2D线图，并对其定义高度和深度等来形成3D数据。
草图拉伸实体（图取自Fusion官网）
这些数据可以被精确地用数值控制，具备比例、尺寸和几何的概念。这与动画或游戏图形制作所使用的3D CG（computer graphics）软件不同，后者的3D数据重点在造型的表现，较不需要有生产制造跟实际尺寸的概念。
实体与面片
3D CAD生成的3D数据主要是"实体模型"，即中间是实心的立体。相对于动画游戏软件大多由非实心的面片组成。因为是实心的立体因此可以透过电脑计算体积、模拟材质、重量、重心，甚至物件之间的碰撞模拟等在生产制造时重要的参考依据。
实体与面片（左图取自Autodesk Fusion官网；右图取自Autodesk Maya）
参数式与直接建模
实体模型的制作方法主要分为两大类："参数化建模（基于历程）"和"直接建模（基于特征）"。参数化建模基于"数值"跟"条件"逐步构建3D模型，根据需求非常严谨进行数值及条件约束设定，正因这些设定只要修改基础的草图即会改变整张图（设计变更），可谓牵一发而动全身，建模前需事先将设计逻辑规划好。参数化建模对于有许许多多大大小小不同尺寸但同品类产品非常好用 - 举例来说长短不同的螺丝钉，各类货架等，透过修改数值无须重新建模即可快速进行设计变更，短时间设计出各种不同尺寸大小的同款产品。市面上主流的CAD软件几乎都是基于历程的参数化设计软件。
参数式建模（图取自Autodesk Fusion官网）
而基于特征的直接建模则不受历程的限制，可以自由创建形状不用担心历程等限制直接对3D模型进行编辑。相对参数式建模，直接建模对于产品设计师（特别是外观设计）来说有著极大的好处，可以更快速的设计或改变产品外观而无须考虑复杂的建模逻辑。此外，若仅只是要制作简单的形状或设计好就不需要变动的应用，直接建模也比较方便直觉。有些CAD软件主要基于直接建模，也有些是两者可随时切换。
直接建模（图取自Autodesk Fusion官网）
CAD的重要性
学会使用CAD是成为设计师、工程师的必备基础，不管是在产品设计、产线制造、甚至是生产验证都离不开CAD软件，会CAD已是职场上不可或缺的技能。虽然如此，但仅是会CAD软件还是远远不够的，要成为一名合格的工程师或设计师还需要掌握制图、力学等各种知识，并积累实际业界的经验才能真正成为独当一面的大师。
CAD软件的历史与种类
过去，设计师跟工程师们使用工程绘图板工绘制图纸。80年代随着个人电脑的普及，2D CAD开始流行，在机械设计领域中最著名且市占率最高的2D CAD软件是美国Autodesk公司开发的"AutoCAD"。
AutoCAD（图取自Autodesk Fusion官网）
其后随着电脑性能提升且价格下降，因其实用性3D CAD已迅速普及到各大领域企业中，具备CAD技能的人才因此需求激增。
CAD软件非常多种，根据行业领域不同主流的软件也不同，以下主要针对机械制造业进行整理。机械制造业用的3D CAD可以分为高、中、低阶CAD三种。这三种类型的主要在於功能上的差异。高阶CAD的功能最強，中阶次之，低阶功能相对較弱。
高阶CAD
高阶CAD主要应用于航空、汽车、电子、模具制造等需要大量零部件装配和复杂设计的领域。代表性的高阶CAD软件包括CATIA和NX（UG）。
CATIA（图取自CATIA Youtube官方频道）
NX（图取自Siemens Software Youtube官方频道）
中阶CAD
中阶CAD具备较低的价格和操作简便的优点，但在某些特定领域用的功能上稍逊于高阶CAD。然而，其主要建模功能并不逊色于高阶CAD，完全可以满足设计需求。代表性的中阶CAD软件有Creo（旧称Pro/ENGINEER）、SolidWorks、Inventor、Fusion等。
Creo（图取自PTC官网）
Creo（图取自Dassault Systems官网）
Inventor（图取自Autodesk官网）
Fusion（图取自Autodesk官网）
低阶CAD
这类CAD软件价格低廉，也有不少免费版本适合作为个人兴趣使用。然而在实际设计建模过程中，这些CAD软件的功能可能会有些不足之处。代表的低阶免费CAD软件有TinkerCAD、FreeCAD等。
TinkerCAD（图取自TinkerCAD官网）
FreeCAD（图取自FreeCAD官网）
3D CAD的优势
3D CAD带来的优势十分明显。首先，视觉上更容易理解。2D CAD需从图纸中想象立体结构，而3D CAD则能展示立体模型，从各个角度查看，这对于无专业知识的人来说非常有帮助，任何人都能一目了然。
由于3D CAD基于实体进行设计，因此可以轻松获得体积、表面积、质量、重心等重要的信息，这些信息在生产过程非常重要，有CAD档案可以事先进行各种模拟避免重工，节省大量时间精力。此外，实体也可以针对组立件的干涉进行检查和解析，确认装配的位置是否产生碰撞等。在设计初期发现并修正错误，减少失误的可能，进而提升设计速度。
总结
3D CAD已是现代设计及制造的重要工具，学习3D CAD已是必备的技能。3D CAD其优势在於视觉上易於理解、设计过程中可进行各种模拟及组立件干涉检查。学习和掌握3D CAD是成为设计及工程师跟进入相关领域非常重要的一步，随着科技的进歩，3D CAD将在未来各领域中发挥更大且深的作用。