CAD檔有哪些？深入解析主流與通用格式，一次搞懂設計檔案與檔案交換

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CAD檔有哪些？深入解析主流與通用格式，一次搞懂設計檔案與檔案交換

在現代工程、建築、產品設計等領域，電腦輔助設計（CAD）軟體已是不可或缺的工具。當我們談論CAD時，檔案格式的種類繁多往往令人感到困惑。究竟「CAD檔有哪些」？了解這些檔案格式的特性、用途以及如何互相轉換，對於設計師、工程師乃至於所有與設計協同工作的人來說，都是至關重要的一課。

本文將深入探討各種主流與通用的CAD檔案格式，幫助您全面掌握這些數位設計資產的奧秘，確保設計流程順暢無礙，並有效進行跨平台協作。

一、原生/專有CAD檔案格式：各家軟體的主力軍

這些檔案格式通常是特定CAD軟體所獨有的，它們完整保存了模型的所有設計意圖、特徵樹、約束條件、圖層資訊、歷史記錄等豐富資料。因此，在原始軟體中開啟這些檔案，通常能獲得最完整的編輯能力。

  • AutoCAD: DWG與DXF

    • DWG (.dwg)：

      DWG是AutoCAD的標準原生格式，也是業界最廣泛使用的2D/3D設計數據格式之一。它能夠儲存完整的幾何數據、文字、圖片、物件資訊、圖層設定、出圖配置等所有設計元素。由於其普及性，許多非Autodesk的CAD軟體也支援讀取和寫入DWG檔案，但兼容性可能會有差異。

      DWG檔案主要以向量數據為基礎，確保了圖形在不同縮放比例下仍能保持清晰銳利。

    • DXF (.dxf)：

      DXF是Drawing Exchange Format的縮寫，由Autodesk開發，作為一種開放的檔案格式，用於在不同的CAD程式之間交換數據。它本質上是DWG數據的文本或二進制表示形式，目的是為了在缺乏DWG讀寫功能的應用程式中進行數據交換。

      雖然DXF的兼容性更強，但相較於DWG，DXF檔案可能不會保留所有原始的設計資訊，尤其是在較為複雜的圖形中。然而，對於簡單的2D線條圖或基本3D網格，DXF仍是很好的交換格式。

  • SolidWorks: SLDPRT, SLDASM, SLDDRW

    • SLDPRT (.sldprt)：

      這是SolidWorks的零件檔案格式。它包含單一3D零件的所有設計幾何、特徵、材質屬性、尺寸和歷史樹等資訊。

    • SLDASM (.sldasm)：

      這是SolidWorks的組件檔案格式。它不直接包含幾何數據，而是引用多個SLDPRT檔案和其他SLDASM檔案，定義它們之間的相對位置和裝配關係。

    • SLDDRW (.slddrw)：

      這是SolidWorks的工程圖檔案格式。它包含了基於SLDPRT和SLDASM檔案生成的2D工程圖，包括視圖、尺寸標註、公差、註釋等。

  • Autodesk Inventor: IPT, IAM, IDW

    • IPT (.ipt)：

      類似於SolidWorks的SLDPRT，這是Autodesk Inventor的零件檔案格式。

    • IAM (.iam)：

      類似於SolidWorks的SLDASM，這是Autodesk Inventor的組件檔案格式。

    • IDW (.idw) / DWG (.dwg)：

      這是Autodesk Inventor的工程圖檔案格式。Inventor的工程圖可以儲存為其原生的IDW格式，也可以直接儲存為DWG格式，方便與AutoCAD用戶協作。

  • CATIA: CATPART, CATPRODUCT

    • CATPART (.catpart)：

      CATIA的零件檔案格式，包含單一3D零件的所有設計特徵和幾何資訊。

    • CATPRODUCT (.catproduct)：

      CATIA的組件檔案格式，用於組織和管理多個CATPART檔案或其他CATPRODUCT檔案之間的裝配關係。

  • Rhino (Rhinoceros): 3DM

    • 3DM (.3dm)：

      這是Rhinoceros（Rhino）軟體的原生格式。Rhino以其強大的NURBS曲面建模能力而聞名，3DM檔案能夠精確地儲存這些NURBS幾何數據、圖層、材質、燈光和視圖等資訊。

  • SketchUp: SKP

    • SKP (.skp)：

      這是SketchUp軟體的原生格式，主要用於快速概念設計、建築可視化和室內設計。SKP檔案以其輕量化和易用性而廣受歡迎，但也通常包含較為簡單的幾何資訊和材質貼圖。

  • 其他主流CAD軟體檔案

    • Fusion 360: F3D (.f3d) – Autodesk Fusion 360的雲端原生檔案格式。
    • Revit: RVT (.rvt) – 主要用於建築資訊模型（BIM）的Autodesk Revit的原生格式，包含豐富的建築構件和參數資訊。
    • Pro/ENGINEER (Creo Parametric): PRT (.prt), ASM (.asm) – PTC Creo的零件和組件格式。
    • NX (Siemens PLM Software): PRT (.prt) – Siemens NX的原生檔案，通常包含了非常複雜的特徵和裝配信息。

二、通用/交換CAD檔案格式：跨平台協作的橋樑

由於各家CAD軟體都有其專屬的檔案格式，在不同軟體間進行數據交換時，就需要使用這些通用的交換格式。這些格式的目的是在最大程度上保留幾何形狀，但通常會捨棄原始軟體的特徵樹、歷史記錄等參數化資訊。

  • STEP (Standard for the Exchange of Product model data)

    • 擴展名：.step 或 .stp

      STEP是國際標準化組織ISO 10303系列標準的一部分，是目前最廣泛且最可靠的3D產品模型數據交換格式。它能夠有效地傳輸實體（Solid）模型幾何數據、裝配結構、材質屬性等，尤其在製造業中被廣泛應用於不同CAD系統之間的數據交換，以確保設計數據的完整性和準確性。

  • IGES (Initial Graphics Exchange Specification)

    • 擴展名：.iges 或 .igs

      IGES是較早期的CAD數據交換標準，主要用於傳輸線框（Wireframe）、曲面（Surface）和實體模型數據。雖然它在歷史上扮演了重要角色，但相較於STEP，IGES在處理複雜實體模型和確保數據完整性方面可能存在一些局限性，有時會出現數據錯誤或丟失的情況。儘管如此，它仍然在一些舊有系統或特定應用中被使用。

  • STL (STereoLithography)

    • 擴展名：.stl

      STL是一種用於快速原型製作（Rapid Prototyping）和3D列印的標準檔案格式。它將3D模型表示為由一系列三角形面（Tessellated surfaces）組成的網格（Mesh）數據。STL檔案不包含顏色、紋理或任何設計特徵資訊，僅有模型的幾何形狀。由於其基於網格的特性，STL檔案通常比STEP或IGES更大，且不適用於精確的工程修改，因為它丟失了原始的參數化信息。

  • OBJ (Object)

    • 擴展名：.obj

      OBJ是一種主要用於3D圖形應用的通用格式，支持幾何圖形、材質、紋理映射等信息。它通常用於遊戲開發、動畫製作和渲染，也能在CAD軟體中導入導出。與STL類似，OBJ也是基於網格的格式，但在某些情況下可以包含更豐富的表面信息。

  • Parasolid

    • 擴展名：.x_t 或 .x_b

      Parasolid是Siemens PLM Software開發的3D幾何建模核心（Kernel）。許多主流CAD軟體，如SolidWorks、Siemens NX、Mastercam等，都採用Parasolid作為其底層建模引擎。因此，Parasolid檔案（通常以.x_t或.x_b結尾）是不同採用Parasolid核心的軟體之間交換實體模型數據的非常可靠和精確的格式。它能保留模型的實體屬性，減少轉換時的錯誤。

  • ACIS (SAT)

    • 擴展名：.sat 或 .sab

      ACIS是Dassault Systèmes旗下的Spatial Corporation開發的另一個3D幾何建模核心。與Parasolid類似，ACIS檔案（SAT檔案）也作為不同採用ACIS核心的CAD軟體之間交換實體模型數據的有效途徑。AutoCAD和Inventor等軟體就使用了ACIS核心。

  • PDF (Portable Document Format)

    • 擴展名：.pdf

      雖然PDF通常被視為文檔格式，但許多CAD軟體能夠將2D工程圖直接發佈為PDF，甚至某些高階PDF閱讀器（如Adobe Acrobat Pro）和專業的3D PDF工具可以顯示和操作嵌入在PDF中的3D模型數據（通常是U3D或PRC格式）。這使得CAD設計能夠在沒有專業CAD軟體的情況下，方便地與客戶或協作者分享和審閱。

  • DWF (Design Web Format)

    • 擴展名：.dwf

      DWF是Autodesk開發的一種安全、壓縮的檔案格式，用於發佈豐富的設計數據，包括2D圖紙和3D模型。它專為設計審閱、標記和協作而設計，允許用戶在不擁有完整CAD軟體的情況下查看和打印設計。DWF檔案通常比DWG檔案小，且不易被修改，適合於線上分享和審閱。

三、為何需要多種CAD檔案格式？

這麼多種CAD檔案格式的存在並非偶然，它們各自服務於不同的目的和需求：

專業化與最佳化： 各CAD軟體為了在特定領域（如機械設計、建築設計、曲面建模等）提供最佳的性能和用戶體驗，會開發最適合其內部數據結構和功能的原生格式。

知識產權保護： 專有格式有助於軟體供應商維護其產品的獨特性和知識產權。

數據完整性與參數化： 原生格式能夠完整保留模型的參數化設計意圖、特徵歷史和編輯能力，這是交換格式通常無法做到的。

協作與互操作性： 當需要在不同軟體之間交換數據時，通用格式就顯得尤為重要。它們旨在提供一種「中間語言」，即使犧牲部分參數化信息，也能確保幾何數據的精確傳輸。

輕量化與審閱： 某些格式（如DWF、3D PDF、STL）則專為輕量化分享、快速審閱或特定應用（如3D列印）而設計，無需原始軟體即可查看。

四、如何處理與選擇CAD檔案格式？

  1. 識別檔案類型： 最直接的方式是查看檔案的擴展名（例如.dwg, .step, .sldprt）。
  2. 開啟與查看：

    • 原生檔案： 必須使用對應的CAD軟體來開啟，才能獲得完整功能。
    • 通用檔案： 大部分CAD軟體都能導入通用的交換格式。此外，也有許多免費的CAD閱讀器或線上查看工具（如Autodesk Viewer, eDrawings Viewer）可以開啟常見的通用格式，甚至部分原生格式。
  3. 轉換檔案：

    • 在原軟體中導出： 大多數CAD軟體都提供「另存為」或「導出（Export）」功能，可將原生檔案轉換為各種通用交換格式（如STEP, IGES, STL）。
    • 使用專業轉換工具： 市面上也有專門的CAD檔案轉換軟體，可以處理更複雜的格式轉換需求。
    • 注意事項： 轉換過程中，特別是從參數化格式轉換為網格格式或不同核心的實體格式時，可能會丟失部分數據、特徵或精度，產生所謂的「數據翻譯」問題。務必在轉換後檢查檔案的完整性。
  4. 選擇檔案格式的考量：

    • 協作對象： 確認接收方使用的軟體，選擇最兼容的格式。如果是同軟體使用者，用原生格式；不同軟體則首選STEP。
    • 數據需求： 如果需要保留完整的參數化、特徵樹以便後續編輯，務必使用原生格式。如果僅需模型的幾何形狀進行查看、渲染或3D列印，則通用交換格式（如STEP、STL）足夠。
    • 檔案大小與傳輸： 某些格式（如高精度STL）檔案可能非常大，在傳輸時需考慮。
    • 用途： 3D列印選STL；精確實體交換選STEP或Parasolid/ACIS；2D圖紙分享選DWF或PDF。

了解這些CAD檔案格式的差異與應用，將能大大提升您在數位設計工作流程中的效率與協作品質。下次再遇到不認識的CAD檔案時，您將能更加從容地應對。

常見問題 (FAQ)

以下是一些關於CAD檔案格式的常見問題，希望能進一步為您解惑：

Q1: 如何開啟一個我沒有對應CAD軟體的CAD檔案？

A1: 如果您沒有原始的CAD軟體，可以嘗試以下方法：

  1. 使用免費CAD檢視器： 許多軟體公司提供免費的檢視器（例如Autodesk Viewer, eDrawings Viewer），它們可以開啟並查看多種常見的CAD檔案格式（如DWG, DWF, STEP, IGES, STL, SLDPRT等）。
  2. 線上CAD查看工具： 有許多網頁工具允許您上傳CAD檔案並在瀏覽器中直接查看，無需安裝任何軟體。
  3. 通用CAD軟體導入： 有些CAD軟體（例如FreeCAD, Blender with CAD import add-ons）具有強大的導入功能，可以打開多種通用交換格式甚至一些原生格式。

Q2: 為何將CAD檔案轉換為通用格式後，有些功能或特徵會消失？

A2: 這是因為通用交換格式（如STEP, IGES, STL）主要是為了傳輸模型的幾何形狀而設計，而非原始設計意圖或參數化信息。 原生CAD檔案包含豐富的「特徵樹」（Feature Tree）或「歷史記錄」，記錄了模型是如何一步步建立的（例如拉伸、倒角、孔洞等）。當轉換為通用格式時，這些基於歷史的編輯信息會被「固化」為純粹的幾何數據（實體或網格），因此無法在其他軟體中直接編輯這些特徵。若要進行編輯，通常需要重新從幾何體開始建立特徵。

Q3: 如何將我的CAD檔案轉換為3D列印可以接受的STL格式？

A3: 大多數3D CAD軟體都提供直接將模型導出為STL格式的功能。通常您可以在軟體的「檔案（File）」選單中找到「導出（Export）」、「另存為（Save As）」或「發佈（Publish）」選項，然後選擇STL作為輸出格式。在導出STL時，通常會有一些設置選項，例如網格精度（Mesh Resolution），這會影響STL檔案的大小和模型的平滑度。高精度會產生更大、更平滑的檔案，但也可能增加列印時間。

Q4: STL檔案和STEP檔案之間的主要區別是什麼？

A4: 主要區別在於它們表示3D模型的方式和用途：

  • STL (.stl): 是一種網格（Mesh）格式，將模型表示為一系列微小的三角形面片。它不包含模型的幾何尺寸、材質或結構信息，只描述了模型的表面形狀。主要用於3D列印和快速原型製作。
  • STEP (.step/.stp): 是一種實體（Solid）模型交換格式，它基於數學方程精確描述模型的幾何形狀（如NURBS曲面和實體），能夠保留更豐富的設計信息和精度。主要用於在不同CAD系統之間精確地交換工程級的3D模型數據，常在製造、裝配設計中使用。

簡單來說，STL就像是模型的「外殼照片」，而STEP則是模型的「完整藍圖」。

Q5: 在選擇CAD檔案格式進行協作時，我應該考慮哪些因素？

A5: 選擇檔案格式時應考慮以下關鍵因素：

  1. 接收方的軟體能力： 對方使用什麼CAD軟體？他們是否能讀取你發送的格式？這是首要考量。
  2. 數據完整性需求： 是否需要對方能夠編輯原始特徵？如果是，則應儘量使用原生格式；如果不需要，通用格式即可。
  3. 精度要求： 對於製造和加工，STEP通常是首選，因為它保留了高精度實體數據。
  4. 檔案大小與傳輸： 大型檔案傳輸可能較慢，考慮壓縮或使用更輕量化的格式（如DWF）。
  5. 用途： 僅供查看/審閱？3D列印？還是用於CNC加工？不同用途對格式有不同要求。

通常，如果接收方使用不同軟體，且需要進行後續修改或精確測量，STEP格式會是最佳選擇。如果只是查看或列印，則可考慮DWF、PDF或STL。

CAD檔有哪些

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