1.1. Lịch sử phát triển CAD

            Mô hình hóa ba chiều (3D) là một lãnh vực phát triển nhanh chóng trong CAD, nó là một cuộc cách mạng trong việc ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế. Các phần mềm thiết kế 3D, được bắt đầu sử dụng vào những năm 1980, ngày càng phổ biến trong công nghiệp. xem thêm >>> khoa hoc thiet ke do hoa

            Như phương pháp vẽ truyền thống, các bản vẽ hai chiều (2D) trong các phần mềm CAD trình bày vật thể trong mặt phẳng XY. Do đó 2D CAD chỉ là công cụ vẽ bằng máy tính (computer drafting tools) và sản phẩm cuối cùng là in ra giấy.

            Ngược lại, các mô hình 3D không chỉ là vẽ một đối tượng mà là hình ảnh thực của vật thể. Do đó 3D CAD là công cụ mô hình hóa bằng máy tính (computer modeling tool).

            Sự xuất hiện và phát triển của hệ thống SKETCHPAD của Ivan Sutherland thuộc trường Đại học Kỹ thuật Massachusetts vào năm 1962 được coi là mở đầu của CAD. Tuy nhiên đầu tiên hệ thống này chỉ thực hiện các bản vẽ hai chiều. Hệ thống SKETCHPAD III, được phát triển sau đó bởi T.E. Johnson, cho phép biểu diễn vật thể bởi các mô hình 3D với mức độ giới hạn do tốc độ tính của máy lúc đó còn hạn chế.

            Sự phát triển của các phần mềm CAD liên quan đến sự phát triển phần cứng. Vì giá thành của máy tính lớn vào những năm 60, 70 rất cao, do đó chỉ có Nhà nước hoặc Công ty lớn của các nước công nghiệp phát triển mới có thể trang bị và sử dụng các phần mềm CAD. Trong thời kỳ này các phần mềm CAD sử dụng trong công ty Hàng không, Ô tô, Quân sự,… Tuy nhiên do số lượng tính toán khi thiết kế mô hình 3D rất lớn và tốc độ máy còn chậm nên sự ứng dụng còn hạn chế.

            Giảm giá thành và tăng tốc độ tính toán máy tính cho phép phần mềm thương mại thiết kế mô hình 3D solid đầu tiên ra đời vào năm 1980. Phần mềm này được sử dụng trên các máy tính lớn và các máy tính cá nhân. Cùng thời điểm này phần mềm AutoCAD của hãng Autodesk ra đời (1982) dùng cho máy tính cá nhân. Các phần mềm 3D đầu tiên chỉ thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt. Ví dụ các phần mềm của các công ty hàng không chuyên về thiết kế kết cấu hàng không và nó không thích hợp cho việc thiết kế các chi tiết cơ khí có kích thước nhỏ. Do đó các phần mềm 3D thương mại đầu tiên chỉ phục vụ cho các thị trường đặc biệt. Các phần mềm thương mại 3D phát triển hiện nay có nhiều khả năng đa dụng và có thể tạo các mô hình bất kỳ. Ngoài ra vào những năm 1980 phát triển tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm có tính đa dụng cho các phần mềm thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt và các phần mềm tính toán khác, cho nên các sản phẩm mô hình hóa đa dụng phát triển nhanh chóng.

            Sự phát triển nhanh chóng máy tính cá nhân kèm theo là sự giảm giá thành là nguyên nhân chính giúp cho phần mềm AutoCAD được sử dụng rộng rãi. Từ AutoCAD 11 có thể thiết kế mô hình 3D dạng solid (AME). Trong các release sau này của AutoCAD ngày càng hoàn thiện công cụ thiết kế 3D.

Nguyên nhân sử dụng mô hình 3D

            Mô hình hóa hình học đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế kỹ thuật. Mô hình 3D (ba chiều) hiển thị vật thể thật hơn các bản vẽ 2D (hai chiều). Bạn có thể chuyển mô hình 3D sang các hình chiếu 2D, tạo các bản vẽ chế tạo 2D.

            Mô hình 3D trên AutoCAD được tạo mà không cần sử dụng các bản vẽ 2D. Ta có thể xuất hô hình 3D của AutoCAD thành các định dạng DXF, IGES, STL,… để chuyển đổi dữ liệu cho các phần mềm CAD, CAD/CAM,…ví dụ cho các phần mềm máy điều khiển chương trình số, các phần mềm tính toán,… Lệnh Stlout trong AutoCAD xuất mô hình solid thành định dạng file tương thích với các thiết bị tạo hình lập thể hoặc còn gọi là các thiết bị tạo mẫu nhanh (rapid prototyping). Các thiết bị này sử dụng các dữ liệu số máy tính để tạo các mô hình  từ một số vật liệu.

            Ngoài ra ta còn có thể tạo các hình ảnh thật của vật thể từ các mô hình 3D bằng cách gán vật liệu, ánh sáng và tô bóng. Điều này rất cần thiết để biểu diễn mô hình trong các giai đoạn thiết kế và thiết lập tài liệu thiết kế.