Autodesk Inventor 零件 · 曲面建模

Inventor · Part Modeling

概述

在 Inventor 中，單一零件(.ipt)依 2D/3D 草圖 → Solid Feature → Surface Feature 的順序堆疊而成。

本頁從草圖原則出發，整理 Extrude/Revolve/Sweep/Loft/Coil/Emboss、主要 Modify 指令，以及以 Boundary Patch/Sculpt/Thicken 為中心的曲面工作流程，以實務觀點說明。

1. 2D 草圖原則

選單路徑：3D Model → Sketch → Start 2D Sketch 或選取平面後按快捷鍵 S。

Inventor 草圖遵循先約束後標註尺寸的原則。五個習慣就能避免大部分重新建模的痛苦。

先建立 Constraint、後放 Dimension。先穩定形狀再決定大小。
維持 Fully Constrained 狀態。持續處理到 DOF（自由度）圖示消失為止。
不要在一個草圖中塞太多內容。不要把 12 個 Feature 做在同一個草圖，而是分成 Base + 衍生 Feature。
在草圖階段不加入 Fillet/Chamfer。圓角處理在 Feature 層級 (F、CH) 套用。
積極參考 Origin 平面·軸·點。對稱形狀以 Origin 中心線為基準繪製，Mirror·Pattern 會更輕鬆。

提示： 當自動約束 (Inferred Constraint) 造成干擾時，按住 Ctrl 繪製可暫時停用。用於避免不必要的水平/垂直約束。

2. 主要草圖約束

約束	說明	套用提示
Coincident	點-點 / 點-線一致	最基本。自動套用失敗時手動重建
Collinear	兩線位於同一直線上	用於連接形狀
Parallel / Perpendicular	平行 / 垂直	所有需要維持方向的地方
Tangent	相切	連接圓·弧與直線時不可或缺
Concentric / Equal	同心 / 等大	將重複的圓·線以 Equal 綁定，只標一個尺寸
Horizontal / Vertical	水平 / 垂直	雖會自動推論，但明確建立更穩固
Symmetric	對稱	以中心線為基準的對稱形狀必備。尺寸只標一半也可以
Fix	固定	禁止濫用。只對絕不能移動的一兩個點使用

提示： 要一目了然目前所有約束，使用 Ctrl+Shift+C 或草圖面板的 「Show All Constraints」。將游標移到圖示上會亮顯該約束涉及的元素。

3. 尺寸與運算式

D（General Dimension）一個指令，會根據所選元素自動切換水平/垂直/半徑/直徑/角度。
尺寸輸入欄可以用 =d0*2、=Length/2 之類的運算式取代數字。
對已完全約束的草圖追加尺寸時會變成 Driven Dimension（括號標示）。只顯示結果，不驅動模型。

注意： 會被自動提議 Driven Dimension 意味著草圖過度約束。從既有尺寸·約束開始重新檢視。

4. Project Geometry & 3D Sketch

Project Geometry：將其他 Body 的 Edge、其他草圖線條、Origin 軸投影到目前草圖。原物變更時自動連動，維持設計意圖。
Project Cut Edges：投影草圖平面切割 Body 的斷面線。以斷面為基準的作業的基本。
3D Sketch：用於管·配線·空間路徑設計。Include Geometry、Bend（轉角半徑）、Work Point 座標輸入為核心工具。

提示： 3D Sketch 比 2D Sketch 對求解器的負擔更大。平面形狀務必用 2D，只有空間路徑時才用 3D。

5. Base Feature 選擇

選單路徑：3D Model → Create。要以哪個 Feature 開始，決定了整個時間軸的性格。

Extrude (E)

End Condition：Distance / Through All / To / To Next / Between
方向：單向、Symmetric、Asymmetric
Boolean：Join / Cut / Intersect / New Solid

提示： 若同一個草圖需要多個 Extrude，在瀏覽器中開啟 Share Sketch。但共享草圖管理會變複雜，只在真的有必要時使用。

Revolve (R)

軸 + 角度組合。預設為 Full 360°，軸可以是草圖線、Origin 軸、模型 Edge 中的任何一個。

注意： 輪廓若與軸相交會出錯。必須不相交地相切或完全分離。

Sweep

路徑 (Path) + 輪廓 (Profile) 的組合。強大到讓 Autodesk 官方部落格宣稱「幾乎所有形狀都是掃出」。

Path：2D/3D Sketch、Body Edge
Profile：建議使用垂直於 Path 起點的 2D 草圖
Orientation：Path / Parallel / Guide
Taper、Twist 選項可表現斷面變化·扭轉

提示： 對 Profile 草圖施加 Pierce Constraint，在 Path 上「穿透」後，即使修改 Path，輪廓也會自動跟隨。

Loft

連接兩個以上斷面的過渡形狀。用於漏斗、把手、混合形狀。

Rails：側面引導曲線
Center Line：以中心線垂直維持斷面
Conditions：起始/結束相切條件 (Free / Tangent / Smooth G2 / Direction)
Closed Loop：連接起始與結束形成封閉形狀

注意： 斷面數量少且形狀差異大時會產生扭曲。追加中間斷面或使用 Rails 穩定化。

Coil

螺旋·彈簧·螺紋生成。

Type：Pitch & Revolution / Revolution & Height / Pitch & Height / Spiral
Rotation：左·右方向
Start/End：Natural / Flat（彈簧座面加工）
Taper：圓錐形彈簧

提示： 螺紋不用 Coil 實作真正的螺旋。會讓重量不準確，圖面·算繪變慢。標準做法是用 Modify → Thread 只顯示視覺上的螺紋。

Emboss

文字·Logo·圖案凸出或凹陷於表面。

Emboss from Face / Engrave from Face / Emboss/Engrave from Plane
Wrap to Face：曲面包覆 (Inventor Professional 專用)

6. Modify 指令

Fillet (F)

Constant / Variable Radius
Setbacks：三條 Edge 相交的角落處理
Full Round：內接於三個相鄰面的半徑
Rolling Ball：交叉處 Blend
Edge Selection：Loop / Feature / All Fillets / All Rounds

提示： 把圓角集中放在時間軸尾端。Suppress 容易且 Drawing 速度變快。初期設計階段把所有 Fillet Suppress 後作業較為方便。

Chamfer (CH)

Distance：等分倒角
Distance & Angle：距離 + 角度
Two Distances：非對稱倒角

Shell (SH)

Remove Face：選擇要貫穿的面（未選則整個內部中空）
Thickness：預設厚度
Unique Face Thickness：個別面獨立厚度
方向：Inside / Outside / Both

注意： Shell 對時間軸位置敏感。放在 Fillet 之前邊角會變圓，放在之後則保持鋒利。依意圖配置。

其他常用 Feature

Rib：薄補強肋（鑄造·塑膠）
Thread：視覺化螺紋
Draft：拔模角度（射出·鑄造必備）
Split：以面/平面分割 Body
Derive：參考其他 IPT/IAM 建立衍生零件（對焊接前/後分離管理有用）

7. 曲面建模工作流程

用於家電外殼、消費品機殼、航空·汽車外板、複雜混合曲面。

Inventor 雖不如專用曲面 CAD（Alias·Rhino）豐富，但能充分處理機械設計所需的曲面。

曲面建立基本

把 Extrude / Revolve / Sweep / Loft 的 Output 改為「Surface」，就會生成無厚度的薄片而非實體。

這些薄片用 Boundary Patch 填補、用 Stitch 縫合形成封閉 Quilt，再用 Sculpt 或 Thicken 轉為 Solid，這是基本流程。

Boundary Patch

選單路徑：3D Model → Surface → Boundary Patch。

在封閉邊界（2D Sketch、Body Edge、Surface Edge 的組合）內生成面。

Edge Conditions：G0(Contact) / G1(Tangent) / G2(Smooth, 曲率連續)
Weight：0~1 之間調整相鄰面的影響程度
Guide Rail：以通過內部的引導曲線控制 Patch 形狀

提示： Stitch 前 Boundary Patch 設為 G1 或 G2。若留在 G0 會使邊緣呈稜角，在光澤視圖中立即可見。

Stitch

選單路徑：Surface → Stitch。將邊緣相接的多個 Surface 結合為單一 Quilt。

Tolerance：預設模型公差。邊緣間隙須小於此才能接合
Preview Failed Edges：強調失敗的邊緣（除錯必備）
完全封閉的 Quilt 會出現自動轉為 Solid 的選項

注意： 勉強 Stitch 曲率不連續的面會在 Sculpt/Shell/Thicken 階段失敗。接合前先對齊邊界條件。

Sculpt

選單路徑：Surface → Sculpt。由封閉 Surface 集合建立 Solid，或從既有 Solid 中移除不必要區域。

Direction：Add / Subtract / Intersect
Face List：定義區域的面。可混用 Solid Body 的面

Thicken / Offset

選單路徑：Modify → Thicken/Offset。

Thicken：賦予 Surface 厚度生成 Solid
Offset：生成距離一定距離的 Surface
Distance 給負值為反方向

其他曲面工具

Replace Face：將 Solid 的一個面替換為 Surface
Delete Face：從 Solid 刪除面僅留 Surface（簡化）
Extend Surface：擴展 Surface 邊界
Ruled Surface：從 Edge 以一定角度伸出的面生成（Draft 分析用）

提示： 若 Sculpt 失敗，依 (1) 所有 Surface 是否已 Stitch 成 Closed Quilt、(2) 是否有 Self-Intersection、(3) Tolerance 是否過於嚴格的順序檢查。

8. 建模順序最佳實踐

Feature 順序決定了日後修改的便利性與 Drawing 效能。

最大的形狀作為 Base Feature。通常是大的 Extrude 或 Revolve。
接著是主要結構 Feature（貫通孔、大槽、補強）。
Pattern 在完整掌握一個原型後再生成。
Fillet/Chamfer 放最後。Suppress·修改會容易得多。

→ 詳細內容：/cad-tips/inventor/sheetmetal-frame (Sheet Metal 專用 Feature) → 詳細內容：/cad-tips/inventor/assembly-content (組裝階段的 Adaptive)

實務檢查清單

草圖以 Fully Constrained 狀態封閉 (DOF = 0)
Fillet/Chamfer 集中在時間軸尾端，初期設計階段可 Suppress
對大型 Sweep/Loft 施加 Pierce/Guide Rail 等穩定化約束
Parameter 名稱取得有意義，可進行運算式管理（禁止 d0）
曲面模型在 Stitch 前以 G1/G2 對齊邊界
Closed Quilt → Sculpt 階段無 Self-Intersection
螺紋以 Thread Feature 表示而非實際螺旋
善用 Derive 建立焊接前/後、加工前/後的衍生零件管理體系