兼顾草图构思到设计端 电脑辅助释放创造力
为了挽救2008年金融海啸后低迷的经济景气,美国总统欧巴马于2011年公布「先进制造夥伴(AMP)」计划,并率先成立「国家积层制造创新研究院(NAMII)」,也就是目前各界热议之3D printing技术研发重镇。虽然目前对于传统以正向CAD软件建模而大量生产的制造业而言,仍难以忍受其低落品质与效率;CAD软件商却已正视其未来发展,显现End User期望加快产品从创意发想到上市的速度,而先从2D建模开始,逐步释放设计人员创造力。
即便现今与积层制造相关的3D printing制造技术持续引发各界热议,惟受限于材料、成本、品质等诸多限制,估计至少在百年内仍无法达到工业等级的精度、品质,且难以大量生产。仅被传统以正向电脑辅助设计(CAD)建模而大量生产的业者,视为以塑料快速制造原型的RP(Rapid Prototyping)逆向工程的扩大应用之一。
更值得重视的,其实是3D printing对于数码化设计制造的深化应用,期待被用来大幅改变商业模式,缩短跨国代工产业链,并扩散全球「分散式制造(Distributed manufacturing)」生态圈。对于CAD软件最大的挑战,则不外乎End user为了提高灵活性、降低开模成本,加速实现设计创意;缩短与上下游厂商沟通时间,有效保全企业之营业机密,达到产品快速上市目标,而争相导入3D printing直接建模技术。
为了同时符合传统正逆向工程之需求,目前包括Siemens PLM Software、Autodesk、PTC等电脑辅助(CAX)软件业者,均已提出相关2D/3D建模工具。
西门子新版NX 10软件 提高3倍生产效率
如Siemens PLM Software发表的最新CAD软件版本NX 10,便强调其不仅持续改进先前多个版本功能,强化易用性;并协助改善产品开发的灵活性,足以提升业者3倍生产效率。
包括从NX 9开始启用的2D同步建模技术,便具有与突破性3D几何体同步建模技术相同的自由度和速度;还能在NX草图(sketch)环境里,透过简单、直观的「推拉命令」,以等同3D同步建模技术的方式运行。进入NX 10版本后,因为加入T形联结支持、点在曲在线约束、偏置约束等功能更为强大,更容易在2D草图中选择想要修改的曲线,以更多方法来改动和使用来自任何来源的2D数据,提升设计速度。
目前NX布局设计工具集已全面整合到NX制图应用模块(NX Drafting),让使用者可充份利用熟悉的制图环境和基本的2D功能,不必重新学习,也消除维护2D旧设计系统之需求;便于读取DXF/DWG/IGES等中间格式档,以免受限于尺寸、约束条件。同时新增2D设计专用的「可重用物件功能(2D Component)」,在2D环境中的表现类似于3D物件,可按多层结构组织,方便在「重用库」储存和管理。
使用者以NX布局设计建立的2D零组件在导航器中井井有条,且均已参数化,方便编辑与重用,只须从中拖放,而确保品质、节约设计阶段。且由于2D零组件将以受约束参数化的草图形式进入3D环境,当使用者在2D环境完成设计后,就能很轻易将一切数据移转到3D修改、建模,毋须重构几何物件。
NX Realize Shape创意塑型解决方案则属一种创建高级3D模型的创新方式,最早是影视娱乐业首创来处理小面片模型,建立平滑、流畅的3D几何形状,再导入制造业处理NURBS模型。率先由NX 9推出后,能用来持续细分基本形状,并逐步塑造出真实形状,又称为「细分建模」功能。
由于操作非常直观,不必任何专业知识,就可以快速将构思概念化。使用者只要依一个笼状物来建立形状,并对其进行拉伸、扫掠、放样、旋转、复制等动作,就能以曲线或多义线来建立笼状物的面,并随意细分;从而更好控制顺畅过渡区,形成可编辑NX特徵里的高品质B曲面。
还能与NX无缝整合,删减了设计人员从前使用单独的自由形状设计和工程开发等工具,却常在转档过程因为某些面无法完全缝合,而须耗时与多重步骤重建,以维持设计者的原始想法。现在使用者透过NX创意塑型来细分建模,即可与其他曲面处理和设计工具结合或一起使用,大幅缩短产品开发时间;进而实现传统方法难以完成的高质量、光滑平顺之流线曲面造型;不必转档就能在NX完成造型设计,更提高设计自由度,适用于3D打印或直接为End User设计产品的企业。
Autodesk并购Delcam 能以PowerSHAP整合正逆向工程
2015版Autodesk Product Design Suite同时强化草图绘制功能,并增加自由和直接编辑建模的新功能。让使用者可利用Inventor软件的新式建模方法,快速浏览和建立自由形状模型,修改汇入之实体模型或原生档案参数;并藉由新的约束工具和设置,轻松迅速地创作草图。Inventor则更新其学习体验环境和工具,透过个人仪表板(dashboard)和教学影片指导使用者的工作流程,得以简易快速地掌握该软件,强化零件、组装及工程图的操作功能。
在并购了CAD/CAM系统软件商Delcam后,还能利用其正?逆向快速设计CAD软件PowerSHAPE转换数据与提升品质,快速反应客户需求;并透过独特的三合一混合造型Tribrid Modelling设计系统,在同一环境整合曲面、实体、三角网格、组装等流程,而无须考虑分购或转档问题,进而整合ArtCAM浮雕应用,让创意设计更发挥价值。
其Parasolid实体核心专为制造业设计,适合模具加工准备所用。除了能读取客户市面上所有CAD/CAM的Part档,并对图档快速进行局部关联交互修改,解决上下游CAD数据数据转换?修补问题,免除在加工前输出IGES的边界遗失等困扰。即使从外部输入的模型是IGES或无关联纪录之实体,只要透过PowerSHAPE独特的Solid Doctor实体诊断修复工具,就能产生高品质的Parasolid格式,在实际作业前与客户讨论修改,再直接建模(Direct Modelling);同时透过Exchange转档界面解决方案,将更容易确保不同CAD系统数据兼容性。
同时利用「Reverse Engineering(逆向工程)」精简过滤扫瞄点,经由Triangles产生曲线(交集?手动复合特徵曲线抓取);曲面自动精确贴合网格STL,并透过自动侦测拟合曲面,控制曲面精度,使曲面更为平顺,以及缩减建构曲面时间,有利于后续修改。
统合与协同合作CAD系统 以专属工具加速创新
PTC公司最新发表的Creo 3.0版本,则强调在企业协同设计的早期开发阶段,便提供了专属工具进行概念开发,协助让设计意图顺利进入细部流程,将赋予产品研发团队所需的弹性和掌控力,开发更优质、更具设计感的产品。
其中,PTC Creo Parametric的Align Freestyle设计功能,将使设计者得以参数化实现自由形体设计,结合几何创建、修改与相应的参数化设计意念;更具延展性且工具更丰富的PTC Creo Layout功能,可支持2D概念工程设计在3D参数化环境中无缝重覆使用;3D直接建模应用程序PTC Creo Direct,能迅速创建可充分重用的概念设计;进而由PTC Creo Design Exploration Extension在PTC Creo Parametric提供一个专属环境,用于开发设计备选方案、检视建模方法、及评估设计修改后可能造成的结果,大幅减少目前这些工作所需人力和开销。
因应产业发展趋势,未来PTC Creo还将加入专属3D打印模型准备环境,识别与解决3D打印独有问题,整合智能定位工具,自动支持结构建立;建置PTC Creo认证的App & Extension开发工具,延伸现有PTC Creo extension程序码,以及PTC Creo研发直接认证的合作夥伴Extension/App;利用图形与组件功能,提供沉浸式高效能环境,包括:连续的实时真实材质、模块化重新产生大量组件、适当地使用常见图形。