CAD-Software – ein effektives Design-Werkzeug

CAD (Computer Aided Design) ist ein effizientes Werkzeug, das ein Design in einen fertigungsreifen Zustand bringt. Es ist die äußerst wichtige Softwareumgebung, in der Designer, Ingenieure und andere Nutzer Konzeptskizzen in dreidimensionale Modelle übersetzen können, die dann visualisiert, optimiert, simuliert und direkt in 3D gedruckt oder mit herkömmlichen Fertigungswerkzeugen hergestellt werden können. Auch 2D-Zeichnungen können mit CAD-Programmen erstellt und professionalisiert werden. Zu den beliebtesten Softwarelösungen zählen unter anderem CorelCAD 2021 und Ashampoo 3D CAD Professional 8. Was eine CAD-Software auszeichnet und welche Möglichkeiten sie eröffnet, erfahren Sie in diesem Blogbeitrag.

Was ist CAD-Software?

Computergestütztes Design (Computer Aided Design; CAD) ist eine Methode zur digitalen Erstellung von 2D-Zeichnungen und 3D-Modellen, die das manuelle Zeichnen in einer Vielzahl von Branchen ersetzt hat. CAD-Softwaretools ermöglichen es Designern, Designideen zu untersuchen, Designs einfach zu ändern, Konzepte durch Renderings zu visualisieren, die Leistung eines Designs in der realen Welt zu simulieren, Dokumentationen zu entwerfen, Designs für Feedbacks freizugeben und vieles mehr. Sämtliche Aspekte erleichtern Innovationen und erlauben Unternehmen eine schnellere Markteinführung.

Die Geschichte der CAD-Software zusammengefasst

CAD-Software gibt es bereits seit 1959, als Doug Ross, ein Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT, deutsch Massachusetts-Institut für Technologie), den Begriff „computergestütztes Design“ prägte. Er hatte ein Programm entwickelt, das es seinem Team ermöglichte, Zeichnungen elektronischer Schaltungen auf einem Computer zu erstellen.

In den frühen 1980er Jahren war CAD in den Arbeitsablauf der Automobil-, Luftfahrt- und Unterhaltungselektronikhersteller integriert. Seinerzeit war noch viel Kapital erforderlich, um CAD-Programme einsetzen zu können. In den 1990er Jahren wurden Solid-Modeling-Engines um die Grenzdarstellung erweitert, eine konsistentere Methode zur Beschreibung virtueller Objekte durch ihre Grenzen und Verbindungen. Dies wurde von den heute bekannten Systemen SolidWorks (1995), SolidEdge (1996) und Autodesk Inventor (1999) übernommen.

Die 2000er Jahre markierten das Aufkommen von Open-Source-CAD-Systemen wie FreeCAD. Darüber hinaus wurden neue Funktionen und Module für eine Vielzahl von CAD-Programmen entwickelt, die es Designern ermöglichten, das physische Produkt nicht nur zu entwickeln, sondern auch zu rendern, zu animieren und zu simulieren sowie die Produktentwicklung in die übergreifenden Prozesse des Projektmanagements zu integrieren.

Einige CAD-Softwaresysteme sind mittlerweile Cloud-basiert, sodass Entwickler über verschiedene Workstations an demselben Modell zusammenarbeiten und intensive Algorithmen wie generatives Design, Simulation und Rendering an die Cloud delegieren können. Fortschrittliche Simulationen ermöglichen das Testen eines Designs nach zahlreichen mechanischen Aspekten und dauern nur Stunden statt Tage. Generatives Design macht den Computer zum Mitgestalter, der künstliche Intelligenz nutzt, um optimale Formen für spezifische mechanische Probleme vorzuschlagen.

Die Einsatzmöglichkeiten von CAD

Herkömmlicherweise führen CAD-Softwaresysteme zur Erstellung einer Reihe mechanischer Zeichnungen, die die Fabrik darüber informieren, wie ein Produkt hergestellt werden soll, zusammen mit der Fertigungstechnologie, den Materialien, den Formoberflächen und den erforderlichen Toleranzen.

Heutzutage werden CAD-Programme jedoch in unzähligen weiteren Bereichen und Anwendungsfällen eingesetzt. Hierzu zählen unter anderem:

Vorbereitung von Modellen für den 3D-Druck

Textur-Mapping und -Design für die Verwendung in Kunst, Videospielen, Filmen und 3D-Vollfarbdruck

Erstellung fotorealistischer Renderings für interne Präsentationen und Marketingmaterialien

Direkter Import von mechanischen Standardteilen und/oder Zierelementen aus verknüpften Datenbanken verschiedener Lieferanten

Unterstützung bei der Konstruktion und Simulation von Blechkomponenten, geschweißten Rahmen und Verbundteilen

Oberflächenglättung für gestanzte Zeichnungen basierend auf einem 3D-Modell

Verschachtelungsalgorithmen zur Optimierung des Layouts von Teilen auf dem 2D-Bett eines Laserschneiders oder 3D-Druckers

Direkter Import von 3D-Scandaten für Reverse Engineering

Die Arten von CAD-Softwaresystemen

In puristischeren Fachkreisen bezieht sich CAD typischerweise auf ein parametrisches System, das über einen Verlaufsbaum und erweiterte Fähigkeiten verfügt, um mit stark eingeschränkten und komplexen Baugruppen zu arbeiten. CAD-Programme bilden damit einen Gegenpol zu 3D-Software, die hauptsächlich dazu gedacht ist, Modelle für künstlerische Zwecke zu generieren. Die Arten von CAD-Softwaresystemen orientieren sich an der Vorgehensweise bei der Modellierung.

Bei der polygonalen Modellierung, die auch als Netz-, Drahtmodell- oder Kastenmodellierung bekannt ist, beginnt der Benutzer mit einem Basisnetz, aber anstatt Formen grob zu formen, verformt er es durch Operationen an den Elementen des Netzes: den Scheitelpunkten, Kanten und Flächen. Darüber hinaus gibt es Modifikatoren/Verformer, die auf die gesamte Form wirken, wie z. B. Biegen, Verdrehen, Glätten und Morphen von Formen. Dies bietet dem Konstrukteur eine gewisse numerische Kontrolle, obwohl die Teile keinen Bezug zu allen anderen Teilen des Modells haben.

Die Volumenkörpermodellierung ist die einfachste Art, 3D-Konstruktionen für herstellbare Modelle durchzuführen. Von Anfang an wird das virtuelle Design als herstellbares festes Objekt behandelt, dem der Benutzer dann mithilfe von Techniken der konstruktiven Festkörpergeometrie (CSG) Material hinzufügt oder daraus entfernt. Programme dieser Kategorie ermöglichen das Erstellen von Skizzen auf verschiedenen Teilen des Modells, die dann extrudiert oder um eine Achse gedreht werden können, um neue Features zu erzeugen.

Oberflächenmodellierer behandeln ein virtuelles Objekt als eine Menge von Oberflächen, und nur wenn diese an allen Seiten vollständig verbunden sind, kann das Modell als “wasserdicht” bezeichnet und anschließend in einen produktionsreifen Festkörper umgewandelt werden, zum Beispiel für den 3D-Druck. Der Konstrukteur beginnt mit der Erstellung von Skizzen, die anschließend über eine Schiene gelegt, um eine Achse gedreht oder zu anderen Skizzen hin angehoben werden. Flächen können dann miteinander verblendet und getrimmt werden, um ein komplexes Teiledesign zu erstellen.

Parametrische Modellierer geben dem Designer die volle Kontrolle über den Modellierungsprozess. Jedes Feature kann basierend auf einer Reihe von Abmessungen und Einschränkungen erstellt werden, die seine Größe, Form und Position bestimmen. Diese Elemente bauen aufeinander auf, um einen historischen Modellbaum zu erstellen, der widerspiegelt, wie das Modell konstruiert wurde. Der Designer arbeitet hier direkter an den Parametern, die das Design steuern, als an der Geometrie selbst. Dies bereichert den Arbeitsablauf dahingehend, dass es möglich ist, Teile des Designs zu programmieren oder zu skripten, was einen enormen Spielraum an neuen Möglichkeiten für Texturen, Muster und Variationen für die Produktanpassung eröffnet. Parametrische Modellierer holen das Beste aus CAD heraus, prüfen jedoch immer, ob sie die konzeptionelle Erforschung behindern.

Beim generativen Design (GD) werden komplexe Ergebnisse computergeneriert, die über das Sichtfeld eines menschlichen Designers hinausgehen. Die Definition eines Designs kann geändert werden, indem die eingegebenen Zahlen manuell angepasst werden, und das Modell wird entsprechend aktualisiert.

Die meisten aktuellen CAD-Systeme sind Hybride, da sie je nach den Anforderungen einer bestimmten Branche oder eines bestimmten Produkttyps Aspekte und Werkzeuge aus mehreren Arten von CAD-Modellierungsansätzen enthalten.

In Bezug auf die Hardware sind eine leistungsstarke CPU, GPU und erweiterter RAM-Speicher ein Muss, insbesondere für parametrische CAD-Software und nicht Cloud-basierte Systeme. Die Investition in einen Controller oder eine Maus für 3D-Design ist von erheblichem Vorteil.

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