【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第9课时_元件的3D模型

电赛小编

元件的3D模型并不是PCB设计中必须的选项，但3D模型可以有以下作用：
（1）如图1所示。下载单个元件的精确3D模型，可以用于校对PCB引脚封装是否正确合适。

图1 3D模型与引脚封装的匹配效果

（2）如图2所示，如果整个电路板的元件都使用了完整的3D模型，则可以防止装配冲突，优化电路板布局。

图2 具备完整3D模型的电路板

本课将包含以下内容：
（1）利用已有step文件建立3D模型
（2）利用AD自带3D绘制工具建立3D模型
（3）混合方法绘制3D模型
1、利用已有step文件建立3D模型
各种3D机械制图软件都可生成step格式文件供AD使用。不会3D制图软件也没关系，很多元件的step文件都可以从元器件的官网（例如前面提到的28377D元件，图3所示）或一些专门3D零件网站下载到。

图3 TI网站上28377D的符号和封装下载页面

推荐一个专门3D零件网站 http://www.3dcontentcentral.cn，它是真正免费注册账号后不限量下载的，但如何搜索出所需元件的3D模型是要勤学苦练的。
如图4所示，12*12*8规格贴片功率电感，AD封装向导生成的3D模型与真实器件相比存在较大差异。我们接下来以贴片功率电感为例，讲解如何获得精确3D模型。

图4 贴片功率电感的实物与AD向导生成的简易模型

（1）如图5所示，登录3dcontentcentral网站并注册账号。关键词搜索，例如inductor 12mm。

图5 在3D模型库网站中搜索3D模型

（2）点击合适模型进入，如图6所示，预览区可以缩放、旋转3D模型。在下载区格式选定为STEP，然后点击下载，保存至自定义的位置。

图6 预览和下载3D模型的step格式文件

（3）如图7所示，找到之前通过向导生成的12*12*8贴片电感元件。粉紫色带斜线的方块就是向导自动生成的3D模型，位于机械层Mechanical 13。

图7 向导生成的电感元件封装

（3）如图8所示，双击粉紫色方块（属于Mechanical 13），调出Properties菜单，找到3D模型栏。Generic是调用现成3D模型，后3个选项（Extruded、Cylinder、Sphere）是自行绘制3D模型。点Choose，更改模型。

图8 3D模型设置界面

（4）参考图9，按提示找到开始下载的STEP文件，右侧的区域可以预览STEP文件。

图9 选择step文件进行替换

（5）如图10所示，导入后，还需调整角度、高度、平面位置。按3切换到3D视图，shift+右键可旋转视图。根据观察，需沿Z轴旋转90度调整3D模型位置（金属引脚和焊盘位置不对应）。

图10 初步放置的电感step模型

（6）参考图11，可以直接在3D视图下，点击选中3D模型（选中后变灰）。直接在Properties里修改Z轴旋转角度90度，回车后，模型旋转。

图11 绕Z轴90°旋转3D模型

（7）如图12，旋转3D视图，各个角度观察封装与3D模型是否完全吻合。重点观察焊盘的位置，是否对齐，是否高度合适。

图12 旋转方向观察焊盘位置

（8）本例中3D模型的“离地高度”正好是合适的，如果高度不合适，参考图13，可调整Standoff Height值。

图13 调整3D模型“离地高度”

（9）本例中默认的平面位置也是合适的。如平面位置不合适，参考图14，切换回2D视图，按方向键就可以移动模型。

图14 移动元件的平面位置

2、利用AD自带3D绘制工具建立3D模型
如果找不到现成的step文件，也不想使用大型专业的3D机械制图软件，那么AD自带3D绘制工具也可以实现较为逼真的3D效果。
AD18的Sample中（默认位置C:\Users\Public\Documents\Altium\AD18\Examples）， SpiritLevel-SL1文件夹中的SL1 Xilinx Spartan-IIE PQ208 Rev1.02工程是一个很好的效果范例，如图15所示。

图15 AD自带的SL1 Xilinx Spartan-IIE PQ208 Rev1.02例程

如图16所示，AD工具绘制的3D模型主要由带颜色的矩形方块和圆柱组成。在精确大小和合理配色的情况下，模型效果也很逼真。

图16 AD工具绘制的3D模型的细节

下面以LCD12864为例，讲解如何手绘3D模型。
（1）如图17，首先打开不带3D封装的元件PCB引脚封装。

图17 LCD12864的引脚PCB封装

（2）参考图18，网格设为0.1mm，点击Place->3D Body。按照黄色丝印层轮廓，画一个矩形后，自动生成一个长方体。修改长方体的厚度，高度，颜色参数。

图18 绘制12864元件3D模型的绿色电路板部分

（2）参考图19，按G，将网格设为2.5mm，依靠捕获参考点的方法，place 3D Body，画一个正方形。在3D模型类型中切换为圆柱Cylinder，高度5mm，半径1.25，颜色默认灰色。这就是固定12864模块的立柱，实际中用的是3mm的铜柱或者尼龙柱。

图19 12864元件3D模型的立柱

（3）参考图20，将网格捕获设为1.25mm。关闭右侧Properties，依次Ctrl+方向键，移动圆柱体到孔中心位置。

图20 移动立柱位置到安装孔

（4）如图21，复制其余3个圆柱体，注意选好复制的参考点。粘贴时，按x/y可实现镜像。

图21 放置剩余3个立柱

（4）如图22，同时选中4个圆柱体，将半径改为2mm。这就完成了液晶模块固定柱的绘制。

图22 调整立柱直径

（5）参考图23，Extruded绘制矩形块，修改厚度和高度，这就是12864模块的黑色金属壳部分。这个矩形块的大小和位置可以严格按说明书，也可大概估计，满足视觉需求即可。

图23 绘制12864模块的黑色金属壳部分

（6）参考图24，类似的方法绘制12864模块的屏幕。注意选择合适的厚度和高度，就可以让淡色的屏幕从黑色金属块中凸显出来，构成屏幕的样子。同样屏幕的大小可以严格按说明书尺寸，也可大概估计，满足视觉需求即可。

图24 绘制12864模块的屏幕

3、混合方法绘制3D模型
在很多时候，自制模型不完美，但现成3D模型又不完整。这种情况可以将自制3D模型与下载的STEP模型搭配使用。仍以前面绘制的LCD12864模型为例，为其配4颗标准机制螺丝。
（1）如图25所示，搜索machine screw机制螺丝。

图25 搜索machine screw机制螺丝

（2）参考图26，对于标准机械元件，往往会有系列尺寸的模型。我们选择型号M2.5*4mm的平头十字机制螺丝模型。和前面一样，下载step文件，在自定义位置保存。

图26 可供选择的标准件模型

（3）参考图27，和前面操作步骤类似，先以孔为中心，任意Place 3D Body。然后双击该3D Body，替换成Step模型。注意，这里的操作步骤是先随便画一个“螺丝”，再替换成step模型螺丝。

图27 新建3Dbody并替换为螺丝step模型

（4）参考图28，在3D视图下，选中螺丝，不断尝试抬升高度，本例最后合适高度约为9mm。

图28 调整机制螺丝高度到合适位置

（5）参考图29，在2D视图下选中螺丝（多个重叠图形点击时会弹出名称供选择）。

图29 选中多个重叠元件中的特定元件

（6）参考图30，以孔中心为定位点，复制粘贴其余3个螺丝。保存封装文件。

图30 复制粘贴其余3颗螺丝

如图31所示，就是混合方法绘制的12864模块3D模型效果。

图31 混合方法绘制的12864模块3D模型效果

4、本课小结
元件的3D模型虽不是电路板设计必须的组件，但是它不仅高大上也很实用，并且获取的方法并不难，属于低投入高回报的功能。
本课需要掌握的知识点：（1）搜索下载现成的step模型的技能。
（2）能够利用已有step文件建立3D模型。
（3）掌握AD自带3D绘制工具建立3D模型的方法。
（4）能够将step模型与自绘模型结合使用。

sanrenxiaozu

打卡  009

w1776021938

好好学习，天天向上。

Powerglide

第九期打卡！

Crazy

学习ad打卡，nice

cgsg

谢谢老师的讲解！

miaozhuang156

签到9  谢谢老师分享

xierui123

打卡(〜￣▽￣)〜

大力发展生产力

可以，很有用！

德鲁伊

:lol打个卡

VegardCheng

已学习，谢谢

阿拉丙f1

冲冲冲，虽然不会画但是我有现成的库，嘻嘻嘻

彭振华

打卡打卡！

bzt

学到了如何建立3d模型，用于检查干涉以及确定控制器大小

storm

AD的3D显示，爱了

hbuas西泽尔

学习打卡9！

溪-悦

学习学习！！

顾吾恋之

原来3D封装这样来的，以前都是在咸鱼上买的别人的，感谢老师的分享，受益了

wwq

学到了！~

Biling

很棒哦，期期看！又来了