1 現代設計制造業的常用加工方法簡述
自20世紀中葉以來，隨著人類技術的不斷創新，社會生產及制造技術也在飛速發展，目前，在生產加工行業主要的現代制造技術主要有數控機床、模具、逆向工程等幾種主要加工方法。
1.1 數控機床CNC
CNC是計算機數字控制機床（Computer NumericalControl）的簡稱，是一種由程序控制的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，通過計算機將其譯碼，從而使機床執行規定好了的動作，通過刀具切削將毛坯料加工成半成品成品零件。
自從1952年美國麻省理工學院研制出世界上第一臺數控機床以來，現代制造技術進入到數控時代。五十年來，數控機床在制造行業，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業中被廣泛地應用。與普通機床相比，數控機床有如下特點：（1）加工精度高，具有穩定的加工質量；（2）可進行多坐標的聯動，能加工形狀復雜的零件；（3）機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；（4）批量化生產，產品質量容易控制；（5）對操作人員的專業素質要求較低，對維護人員的技術要求較高。
1.2 模具（Tooling）
模具（Tooling/mould/die），簡單說來就是一種用來成型物品的工具，它主要通過所成型材料物理狀態的改變來實現物品外形的加工。在沖裁、成形沖壓、模鍛、冷鐓、擠壓、粉末冶金件壓制、壓力鑄造，以工程塑料、橡膠、陶瓷等制品的壓塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成為有特定形狀和尺寸的制件的工具。
在現代化工業生產中，60%～90%的工業產品需要使用模具加工，模具工業已成為現代工業發展的基礎。許多新產品的開發和生產在很大程度上依賴模具的生產，特別是汽車、輕工、電子、航空等行業尤為突出。而作為制造業基礎的機械行業，據國際生產技術協會預測，21世紀機械制造工業的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都將依賴模具完成。因此，模具工業已經成為國民經濟的重要基礎工業。
利用模具制造產品的一般流程：CAD圖檔→模型制作→開模→設計驗證→試產→量產
現代模具的特點如下：
1.2.1 精度高。現代模具要求的精度比傳統模具高出數個數量級，多工位級進模、精沖模、精密塑料模的精度已達0.003mm甚至更高。一些高精度、無毛刺的沖壓件和精密塑料件都要求模具高精度，尤其是那些全拼嵌、全互換的長壽命的多工位級進模的精度更高。
1.2.2 壽命長。現代沖模壽命一般在500萬次以上，硬質合金多工位級進模可達2000～6000萬次，注塑模具可達40～60萬件，壓鑄模50～100萬件，而傳統模具壽命只有現代模具的1/5～1/10。
1.2.3 生產率高。現代模具生產效率比傳統模具高得多，其主要原因是現代模具有多工位、多模腔、甚至多功能。例如，高生產率級進模有50多個工位，塑膠鞋模有18個工位。一套多能模具除了沖壓成形外，還擔負疊裝、鉚接、鎖緊等組裝任務，可直接生產組合件。一模多腔的注塑模和疊層模具可達每模一次生產數十件，塑封模每模一次生產數百件，生產塑料汽水瓶的四工位注塑模生產率達8000件/小時。
1.2.4 型腔形狀和模具結構復雜多變。隨著人們對產品形狀、尺寸精度、整體性及生產效率等要求的提高，以及許多新材料新工藝的廣泛應用，現代模具的結構和型腔日益復雜，例如，一臺大型復合材料成形模具，其結構復雜程度和價格超過一臺精密機床；一些大型覆蓋件成形模具，不僅型腔形狀復雜，而且模具配套性要求極高，要求多個相關模具型腔協調一致，用傳統加工方法無法達到其質量和精度要求。
1.3 逆向工程（Reverse Engineering）
逆向工程是一個“從有到無”的過程。簡單來說就是根據已經存在的產品模型，反向推出產品設計參數（包括圖紙或數字模型）的過程。并通過數字化測量設備（如坐標測量儀、激光測量設備等）獲取的物體表面的空間尺寸數據，需要根據逆向工程CAD技術獲得產品的CAD數學模型，進而快速成型制造或利用CAM系統完成產品的制造。
逆向工程技術多用于工業設計師做外觀產品設計的驗證、調整，當然此項技術也直接被一些無良廠商直接用于拷貝、剽竊其他公司的高精尖產品。
2 快速原型制造及3D打印技術
2.1 快速原型制造技術
快速原型制造技術（Rapid Prototyping/PartsManufacturing 簡稱RPM）是近年來發展起來的一種先進制造技術。20世紀80年起源于美國，很快發展到日本和歐洲，是近年來制造技術領域的一次重大突破。RPM是一種基于離散堆積成型思想的數字化成型技術，是CAD、數控技術、激光技術以及材料科學與工程的技術集成。
RPM的成型原理是，將CAD、CAM、CNC、精密伺服驅動、光電子和新材料等先進技術集于一體，依據由CAD構造的產品三維模型對其進行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地噴射，固化一層層液態樹脂（或金屬粉末）或噴射源選擇性地噴涂一層層的粘結劑或熱熔材料等，形成各面，逐步疊加成三維產品，它將一個復雜的三維加工簡化成一系列二維加工的組合。它可以自動、快速地將設計思想物化為具有一定結構和功能的原型或直接制造零部件，從而可對產品設計進行快速評價、修改，以相應市場需求，提高企業競爭力。
R P M 現在存在著許多不同的技術。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構建創建部件。有些技術利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如：選擇性激光燒結（selective laser sintering，SLS）和熔融沉積式（fused deposition modeling，FDM），還有一些技術是用液體材料作為打印的“墨水”的，例如：立體平板印刷（stereolithography，SLA）、分層實體制造（laminated object manufacturing，LOM）。每種技術都有各自的優缺點，因而一些公司會提供多種打印機以供選擇。
2.2 3D打印技術
3D打印（Three-dimensional printing），又稱增材制造（AM，Additive Manufacturing），屬于快速成形技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎直接制造幾乎任意形狀三維實體的技術。3D打印運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體，即“層造形法”。其使用的是快速原型制造技術的“選擇性激光燒結（selective lasersintering，SLS）”技術。
事實上3D打印機集成了各種不同的技術，基于多個不同的物理機制，將共同的特征通過一個數字模型來構件三維物理實體。這個成型實際是一個層疊堆積的過程。與傳統成型方法不同的是，此項技術不會導致材料的大量損耗。3D打印與傳統的機械加工技術不同，后者通常采用切削或鉆孔技術（即減材工藝）實現。
3 3D打印技術與常用CAD軟件的對接及工作全程
3.1 現代設計制造業常用CAD三維軟件簡述
目前在現代設計制造行業所用的三維軟件主要有以下四種：
3.1.1 PRO/ENGINEER。1988年，美國參數技術公司（PTC）發布PRO/ENGINEER，此為市場上第一個參數化并基于特征關聯的實體建模軟件。PTC第一個提出參數化設計的概念，并且采用了單一數據庫來解決特征的相關性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。因其強大的參數技術及眾多模塊可供客戶自由選擇，因此此軟件被廣泛應用于工業設備、自動化、電子技術、航空國防、零售、消費品及醫療技術等行業的開發過程，此軟件自誕生之日起，歷經Pro/ENGINEER2001，Wildfire，Cero Parametric等幾個名稱，目前最新的版本為CeroParametric 3.0。
2007年12月，PTC公司完成對CoCteate的并購，此舉標志著PTC軟件向更簡潔易用的用戶界面發展，更注重用戶體驗，用戶初次使用PTC軟件時更易上手，從而使工程技術人員將更多的時間和精力花在產品設計本身上，而不是花很多時間去學習使用此軟件本身。
3.1.2 SolidWorks。1993年，PTC前技術副總裁與CV公司的副總裁共同創建SolidWorks公司。SolidWorks軟件為該公司在1995年基于Windows所開發，被廣泛應用于航空航天、汽車、機械、交通、模具、電子通訊、娛樂工業等領域。
SolidWorks有功能強大、易學易用和技術創新三大特點。此軟件能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。目前最新版本為SolidWorks2013.
3.1.3 Unigraphics NX（UG）。Unigraphics NX（UG）是Siemens PLM Software公司于1983年推出的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。UG這樣的大型軟件系統通常需要有不同層次抽象的描述。UG具有三個設計層次，即結構設計（architecturaldesign）、子系統設計（subsystemdesign）和組件設計（componentdesign）。
UG允許制造商以數字化的方式仿真并確認和優化產品及其開發過程。通過在開發周期中較早地運用數字化仿真性能，制造商可以改善產品質量，同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設計、構建以及對變更周期的依賴。
UG與PRO/ENGINEER軟件對比：（1）UG適合CNC加工做刀路，還有模具；（2）PROE適合做結構，產品設計；（3）UG和PROE的最大不同就是建模思路不一樣；（4）PROE是全參數化的，UG是半參數化的。
3.1.4 Solid Edge。Solid Edge是西門子的兩大CAD產品之一。西門子的另一個CAD產品是NX，主要應用于汽車、航空航天、模具等行業。Solid Edge用于通用機械行業。與NX相比，在設計簡單零件時，效率更高。另外Solid Edge與Windows操作系統，與其他的Windows應用軟件，例如Office系列，兼容性更好。
3.2 常用CAD三維軟件與3D打印技術的對接示例
3D打印機自帶的軟件無法創建三維模型，只能借助第三方CAD設計軟件來先期完成設計模型并導入到打印機。下面就以PRO/ENGINEER設計的一款轉換插頭來完成本次創建，并以兩款轉換插頭的實例來講解3D打印機工作全程。
3.2.1 導出PRO/ENGINEER設計完成的三維圖檔：
3.2.2 將三維圖檔導入3D打印機軟件。將PRO/ENGINEER導出的STL格式文件導入電腦并加載打印過程如下圖4至圖7所示：
3.3 打印全程
上述計算完成后，點擊“ok”即可開始打印。
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