Überblick über die Entstehung, die Bedeutung und die technischen Grundlagen von 3D CAD sowie Tipps und Tricks zur praktischen Anwendung.
Definition von 3D CAD: Was ist das genau?
Der englische Begriff CAD steht für Computer-Aided Design und bedeutet übersetzt etwa „mit Computerunterstützung entworfen oder entwickelt“. In der Industrie kommt moderne CAD-Software in vielen Bereichen zum Einsatz, zum Beispiel in der Produktentwicklung, in der Herstellung oder im Prototypendesign. Sowohl zweidimensionale Zeichnungen als auch 3D CAD Programme werden heutzutage von Ingenieuren und Designern genutzt. In den meisten Branchen hat die 3D Konstruktion mit CAD-Systemen klassische Skizzen mittlerweile vollkommen abgelöst.
CAD-Systeme unterstützen den Anwender bei der Umsetzung komplexer Konstruktionen, die als Grundlage für die Herstellung von Produkten, Ersatzteilen, Maschinen oder auch Gebäuden dienen. Konstruktionspläne, die früher aufwändig per Hand gezeichnet wurden, lassen sich computergestützt schneller und präziser erstellen. Viele Standardfunktionen und geometrische Formen kann der Zeichner aus umfangreichen Bibliotheken importieren und spart somit viel Zeit bei der Erstellung eines Projekts. Fertige Pläne lassen sich später jederzeit modifizieren oder korrigieren.
Beim 3D-CAD-Verfahren entsteht nicht nur eine zweidimensionale Abbildung einer technischen Zeichnung, sondern ein räumliches Modell. Das Modell oder die einzelnen Bestandteile lassen sich in der Software frei bewegen, von allen Seiten betrachten und je nach Konstruktionsverfahren beliebig verändern. Bei der Entwicklung neuer Maschinen oder Produkte kann 3D CAD die Entwicklungszeit verkürzen und insbesondere beim Prototypenbau und der Produktentwicklung viele Zwischenschritte erleichtern. So lassen sich mit 3D CAD entworfene Objekte bereits vor der Übergabe an die Fertigung nicht nur vorab aus allen Perspektiven betrachten, sondern sie auch im Zusammenspiel mit der späteren Umgebung testen. Moderne Augmented-Reality-Systeme (AR) erlauben es zum Beispiel, ein bisher nur als 3D-Konstruktion bestehendes Bauteil in all seinen Funktionen und Eigenschaften virtuell in einem echten Raum zu betrachten. Änderungen können vorgenommen werden, bevor eine teure Komponente mit möglichen Fehlern produziert wird.
Bedeutung der 3D Konstruktion für verschiedene Industrien
Bereits seit mehreren Jahrzehnten spielt 3D CAD für viele Industriebranchen eine entscheidende Rolle, um Entwicklungskosten und Entwicklungszeiten zu reduzieren.
Vorreiter in diesem Bereich waren von Beginn an folgende Branchen:
- Luft- und Raumfahrtindustrie
- Automobilindustrie
- Unterhaltungselektronik
Inzwischen nutzen auch viele weitere Branchen 3D CAD zur Produktentwicklung, wie z. B.:
- Medizintechnik
- Architektur
- Lebensmittelindustrie
- Filmindustrie
- Konsumgüterherstellung
- Haushaltsgerätehersteller
- etc.
Es gibt eine Vielzahl von CAD-Lösungen, Paketen und Modulen für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle. Einen umfassenden Überblick erhalten Sie bei uns. Nehmen Sie einfach Kontakt mit uns auf und lassen Sie sich beraten.
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Historischer Hintergrund von 3D CAD
Der Begriff „Computer-Aided-Design“ entstand zusammen mit der ersten CAD-Software im Jahre 1959. Damals entwickelte das Team um den amerikanischen Wissenschaftler Doug Ross ein Programm, mit dem sich ein Schaltkreis am Computer zeichnen ließ. Aus diesem noch sehr rudimentären Ansatz für die elektronische Umsetzung technischer Zeichnungen erwuchs schnell ein enormes Entwicklungspotenzial. Zunächst nur als 2D-Hilfsmittel verwendbar, dauerte es noch 2 Jahrzehnte bis Entwickler bald die Möglichkeiten der dreidimensionalen Darstellung nutzen konnten, um Komponenten im Flugzeugbau oder Automobilbau als eine 3D Konstruktion computergestützt anzufertigen.
Ab den 1980er Jahren wurde die 3D Konstruktion in diesen Vorreiterbranchen zum Standard. Da die Technologie damals noch extrem teuer war, lohnte sie sich nur für wenige Industriezweige. Mittlerweile wird 3D CAD jedoch in nahezu allen Industriebranchen unabhängig von der Betriebsgröße genutzt. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Computersysteme wurden aus den reinen 3D CAD Gittermodellen komplexe Objekte mit klar definierten Flächen, die sich für vollständige Simulationen der Objekte im benötigten Kontext eignen.
Die 3D-Technologie, wie wir sie heute kennen, hat also ihre Wurzeln in den 1960er Jahren, aber es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis sie sich zu einem weit verbreiteten und zugänglichen Werkzeug entwickelte.
In den 1990er Jahren wurde die Entwicklung von 3D-Grafiken und Rendering-Techniken weiter verfeinert, um die Ergebnisse von 3D-Modellierungen visuell ansprechend und realistisch darzustellen.
Umgebungsbedingungen wie Temperaturschwankungen oder Luftdruck in die Simulation einbeziehen und innerhalb kürzester Zeit aussagekräftige Resultate zu Fragen der mechanischen Belastbarkeit liefern. Die Produktentwicklung läuft dadurch schneller und gleichzeitig kostengünstiger ab.
Mit dem Einzug der 3D-Druckertechnologie findet sich Software zur 3D Konstruktion inzwischen auch für das Prototyping in kleineren Unternehmen und Start-ups. Die Verfügbarkeit und Effizienz der Technologie ermöglicht es auch kleinen und mittleren Unternehmen, die Entwicklung eigener Produkte und Konsumgüter kostengünstiger und zuverlässiger abzuwickeln.
Neben 3D-CAD-Lösungen bieten wir auch Schulungen für 3D-CAD-Systeme wie Creo Parametric an. Schauen Sie sich in unserem Trainingscenter um und wählen Sie die für Sie passende Schulung aus.
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Grundlagen von 3D CAD
Verschiedene Typen von Software zur 3D Konstruktion
Die häufigste Art der 3D-Konstruktion mit CAD-Software ist die parametrische Modellierung. Durch die Festlegung bestimmter Parameter wie Maße, Abhängigkeiten, Variablen und Formen lässt sich die Modellgeometrie automatisch modifizieren. Änderungen am Modell werden sofort auf alle abhängigen Bereiche angewendet und erlauben eine präzise Vorhersage, welche Auswirkungen eine bestimmte Änderung auf die Gesamtkonstruktion hat. Ändert sich ein Parameter, muss also nicht die gesamte Konstruktion neu gezeichnet werden, da das System die Änderungen automatisch einbaut.
Mit der parametrischen Modellierung sind Optimierungen bestehender Konstruktionen einfacher möglich. Außerdem lassen sich Konstruktionsalternativen ohne großen Aufwand flexibel ausprobieren. Durch die automatische Erhaltung der Integrität eines Entwurfs werden Konstruktionsfehler vermieden, da die Auswirkungen auf die Gesamtkonstruktion sofort sichtbar sind.
- Flächenmodellierungs-Software nutzt nur Flächen, um ein Objekt zu beschreiben. Kennzeichnend für diese Objekte ist, dass alle Seiten des Modells komplett miteinander verbunden werden, um einen Volumenkörper zu erhalten. Dieser kann dann beispielsweise mit einem 3D-Drucker oder mit einer CAD-Fräse additiv oder zerspanend produziert werden.
- Solid Modeling-Software ist ein besonders einfaches Verfahren zur 3D Konstruktion. Im Gegensatz zur Flächenmodellierung wird das Design von Beginn an als Volumenkörper behandelt. Die Formen lassen sich durch Hinzufügen oder Entfernen von Material beliebig ändern.
- Freiform-Modellierung ist eine recht intuitive Art von CAD Software. Sie ähnelt der künstlerischen Bearbeitung von Objekten aus Ton und wird oft auch als Virtual-Clay-Sculpting bezeichnet. Die Objekte werden einfach aus einem vorher definierten Basiskomplex an Material herausgezogen, ohne dass Randbedingungen festgelegt sind.
- Polygonmodellierung ist die ursprünglichste Variante von CAD. Andere Begriffe sind Wireframe- bzw. Drahtgitter-Modellierung. Die Flächen, Kanten und Ecken des Gittermodells werden dabei nicht einfach herausgezogen, um ein Modell zu erhalten. Vielmehr werden mathematische Operationen auf die Punkte angewendet, um verschiedene Formen und Effekte zu erhalten.
Wichtige Begriffe und ihre Definitionen im Zusammenhang mit 3D CAD
Für die rechnergestützte 2D- oder 3D Konstruktion ist eine entsprechende Software erforderlich. Mit ihr lassen sich Objekte neu generieren, vorhandene Objekte verändern und anpassen sowie eine technische Dokumentation erstellen. Auf bestimmte Branchen spezialisierte Anbieter nutzen außerdem häufig Begriffe wie MCAD oder ECAD für mechanische oder elektronische Varianten einer CAD-Software.
Die von der Software erzeugten Modelle werden als CAD-Datei bezeichnet. Je nach Hersteller gibt es unterschiedliche Dateiformate mit diversen Funktionen. Unterschieden wird hauptsächlich zwischen CAD-Dateien für 2D und 3D-Anwendungen sowie solchen, die direkt von einer Fertigungsmaschine verarbeitet werden können.
Unter CAD-Modell versteht man in der Regel eine Modellierung per 3D CAD, also die dreidimensionale Darstellung eines Objektes, das die Geometrie, Abmessungen und andere physikalische Eigenschaften des Objekts präzise darstellt. CAD-Modelle werden verwendet, um Entwürfe zu visualisieren, zu analysieren und für die Fertigung vorzubereiten. Sie können komplexe Baugruppen, Einzelteile oder ganze Systeme umfassen.
Der englische Begriff Rendering bezieht sich im Bereich der Computergrafik auf die sogenannte Bildsynthese. Diese Synthese entsteht durch die Visualisierung einer Computergrafik in drei Dimensionen. Für das Rendering werden Daten zur Geometrie, zur Beleuchtung, zur Textur sowie zur Schattierung herangezogen. Auch die Beobachterposition wird beim Rendering festgelegt. Aus diesen Daten errechnet die CAD-Software ein Bild, eine Rastergrafik oder auch eine Animation.
Die sogenannten Assemblies sind im Prinzip Montage-Simulationen von Produkten oder Maschinen, die aus einzelnen Komponenten zusammengefügt sind. Diese Komponenten werden in der 3D Konstruktion anhand ihrer Beziehungen und Eigenschaften zueinander verwaltet. Ein Beispiel hierfür sind Schraube, Mutter und Unterlegscheibe, die in der gewünschten Reihenfolge an der simulierten Maschine eingebaut werden sollen. Auch Bewegungsabläufe lassen sich anhand der Referenzgeometrie der Objekte festlegen, etwa für Getriebe und Zahnräder. Wenn alle Zwangsbedingungen in der Software definiert sind, werden Änderungen bei den Komponenten auf das gesamte Modell realitätsgetreu angewendet. So lässt sich beispielsweise einfach testen, wie ein Getriebe mit einem anderen Zahnrad funktionieren würde, ohne das komplette Objekt neu definieren zu müssen.
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Gängige Software für 3D CAD
Der Markt an Softwarelösungen für 3D Konstruktion ist mittlerweile sehr groß. Neben den klassischen Core-Lösungen mit Erweiterungen, die stationär auf dem eigenen System installiert werden, gibt es auch Cloud-Lösungen und kostenfreie bzw. Open Source-Software für 3D CAD. Welche davon in Betracht kommt, hängt von der jeweiligen Nutzergruppe und dem beabsichtigten Einsatzzweck ab. So benötigen Einsteiger für den Modellbau andere Lösungen als Studenten an der Universität oder professionelle Designer und Ingenieure in der Industrie. Hier werden einige Programme in Kurzform vorgestellt:
Hersteller/Entwickler: PTC
geeignet für: professionelle Anwender und Unternehmen: Produktdesign, Automobilindustrie, Maschinenbau
Creo Parametric gilt in vielen Branchen als Goldstandard, wenn es um eine Komplettlösung für parametrische Modellierung geht. Bei einigen der größten Automobilhersteller wird Creo zur Baugruppen-Entwicklung von komplexen Einzelteilen genutzt. Insbesondere die Werkzeuge für die Flächenmodellierung gelten als besonders zuverlässig und liefern problemlos Flächenübergänge und sogenannte Sweeps, die bei anderen Softwarelösungen oft nicht richtig ausgeführt werden. Für den speziellen Bedarf von Ingenieuren gibt es ein Zusatzpaket mit diversen Features.
Hersteller/Entwickler: FreeCAD Community
geeignet für: Einsteiger, Hobbyisten, Open-Source-Enthusiasten
FreeCAD ist eine quelloffene, modulare 3D CAD-Software, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet. Es bietet Funktionen für die parametrische Modellierung und unterstützt die Erweiterung durch Skripte in Python. Die Software ist besonders für Benutzer interessant, die eine kostenlose Alternative zu kommerziellen Lösungen suchen, ohne auf grundlegende Funktionen verzichten zu müssen.
Die wichtigsten Funktionen einer Software für 3D CAD
Eine gute CAD-Software sollte einfach zu bedienen sein und professionelle Ergebnisse für den benötigten Anwendungszweck liefern. Hier werden einige der wichtigsten Funktionen am Beispiel von Creo Parametric vorgestellt, die in keinem guten Softwarepaket für professionelle Anwender fehlen sollten.
- Parametrische und Freistil-Flächenkonstruktion
- 2D-Zeichnungen
- Definitionen basierend auf Modellen
- Konstruktionserkundung
- Automatische Erstellung und Aktualisierung von 2D-Skizzen
- Tools zur Baugruppenverwaltung
- Optimierte Tools für 3D Konstruktion von Kunststoffen
- Strukturmechanische Analyse von Bauteilen
- Thermische Analyse von Bauteilen
- Bewegungsanalyse von Bauteilen und Komponenten
- Füllungsanalyse für Spritzguss-Modelle
- Ermüdungsprognosen
- Produktdaten-Management
- Technische Illustrationen
- Generatives Design
Creo Parametric bietet diverse Möglichkeiten, um im 3D CAD Verfahren ein Produkt virtuell zu erstellen. Am Ende dieser Arbeit steht ein Prototyp, der am Bildschirm komplett betrachtet und modifiziert werden kann. Unterstützende Funktionen der Software erleichtern die Implementierung von Standardfunktionen wie das automatisierte Erstellen von Bohrungs- und Verbindungselementen nach ANSI, DIN oder JIS. Vordefinierte Teile und Symbole stehen über einen integrierten Komponentenkatalog zur Verfügung.
Ähnliches gilt für die 3D Konstruktion von Produkten mit elektrischen oder elektronischen Komponenten. Hier ist die Einhaltung technischer Standards und Normen besonders wichtig. Konstruktionsregeln und Schaltdiagramme müssen perfekt befolgt werden. Dabei unterstützt die Software den Nutzer aktiv und ermöglicht außerdem die Anfertigung von kompletten Kabelsträngen samt automatisch erzeugter Dokumentation.
Direkte Modellierung ist ein weiterer Aspekt von Creo Parametric. Vorhandene oder vom Benutzer erzeugte Creo Dateien können importiert und gemäß der Konstruktionsabsicht modifiziert werden. Somit lassen sich bestimmte Eigenschaften eines Teils beliebig anpassen und auf die eigenen Bedürfnisse abstimmen.
Reverse Engineering bezeichnet die Möglichkeit, von einem fertigen Produkt auf dessen ursprüngliche Konstruktion zu schließen. Manchmal ist es notwendig, bestimmte Einzelteile neu herzustellen, etwa wenn ein Verschleißteil für eine sehr alte Maschine nicht mehr lieferbar ist. Fehlen dann die Dokumentationen und Pläne des ursprünglichen Herstellers, ist die individuelle Anfertigung oft der einzige Weg. Mit der Reverse Engineering Extension von Creo Parametric kann ein physisches Produkt verwendet werden, um ein 3D CAD Modell davon zu erzeugen oder es zu rekonstruieren. Wie gut das gelingt, hängt jedoch von der Komplexität des Objekts ab.
Gängige Software für 3D CAD
Im Maschinenbau ist 3D CAD überhaupt nicht mehr wegzudenken. Sowohl für die Konstruktion von Maschinen und Anlagen als auch von Werkzeugen und Einzelteilen ist die 3D Konstruktion heute das Standardverfahren. Durch die virtuelle Prototypenherstellung können viele Konstruktionsmängel oder sogar Fehlkonstruktionen schon in der Planungsphase erkannt und beseitigt werden. Auch bei der Modifizierung bestehender Produktionsanlagen leistet 3D CAD unverzichtbare Dienste.
Bei der Verarbeitung von Produkten kommen oft komplexe Maschinen und Anlagen zum Einsatz, um die Handhabung zu beschleunigen und zu erleichtern. Beispiele hierfür sind Verpackungsanlagen oder Anlagen zur Weiterverarbeitung von Lebensmitteln und Konsumgütern. Ausgangspunkt ist hier immer die Verarbeitung von Komponenten zu einer neuen Komponente bzw. zu einem Endprodukt. 3D CAD bietet unter anderem die Möglichkeit, komplexe Abläufe in allen Feinheiten zu testen, bevor ein neuer Verarbeitungsschritt implementiert wird.
Für das Produktdesign und die Konsumgüterindustrie war die Einführung der 3D Konstruktion am Computer eine echte Revolution. Kaum ein Produkt wird heutzutage noch per Hand auf dem Reißbrett entworfen, sondern gleich mittels 3D CAD im Computer erzeugt. Anpassungen und Analysen von Materialeigenschaften sind somit ohne großen Zusatzaufwand möglich, bis das perfekte Design gefunden ist.
Ähnlich wie im Maschinenbau profitiert man in der Architektur und im Bauwesen insgesamt von den Möglichkeiten der 3D Konstruktion am Bildschirm. Die Visualisierung von Bauobjekten ist Stakeholdern wesentlich einfacher und plastischer zu vermitteln als auf einem herkömmlichen 2D-Plan. Für die Bauphase spielen Material- und Statikberechnungen aus Software für 3D CAD ebenfalls eine große Rolle. Insbesondere standardisierte Abläufe wie die Verlegung und Kennzeichnung von Kabelschächten und elektrischen Anlagen lassen sich bestens mit CAD-Software implementieren.
In der Medizin spielt 3D CAD für viele Bereiche eine herausragende Rolle. So erfolgt hier die Konstruktion von Hilfsmitteln wie Prothesen, Rollstühlen oder Produkten aus dem Pflegebereich. Sportgeräte und Produkte wie wissenschaftlich optimierte Laufschuhe zählen ebenfalls zu diesem Bereich.
Diese beiden Branchen gelten gemeinsam mit der Raumfahrtbranche als Vorreiter bei der Nutzung von 3D CAD. Viele der wichtigsten Innovationen der letzten Jahrzehnte wären ohne die digitale Hilfe wesentlich langsamer oder überhaupt nicht gekommen. Ob bei der Konstruktion von sparsamen Motoren oder für den Entwurf neuer Tragflächen aus Verbundwerkstoffen – zuverlässige Lösungen für 3D Konstruktion sind für diese Branchen lebensnotwendig.
Das Entwerfen komplexer Schaltungen und Elektronikbauteile ist eine Domäne der 3D CAD-Darstellung. Die Verkleinerung von Komponenten oder die Innovation von High-Tech-Erfindungen basieren häufig auf der Nutzung von CAD-Systemen. Kaum ein Gerät aus der Unterhaltungselektronik wird heute noch ohne CAD entworfen.
Unabhängig von der spezifischen Branche ist die Nutzung von 3D CAD-Software bei der Entwicklung von Produkten und dem Bau von Prototypen besonders wichtig. Das Produktdesign wird nicht nur insgesamt beschleunigt, sondern auch effizienter, da Fehler nicht erst nach der Herstellung eines Produkts bemerkt werden. Für die spätere Weiterentwicklung und Nachproduktion sind CAD-Datensätze eine wichtige Grundlage.
Vorteile des 3D CAD im Vergleich zu 2D CAD
Zweidimensionale Pläne am Computer zu entwerfen, ist vor allem eine Hilfestellung für technische Zeichner und Bauzeichner, die ihre Pläne früher aufwändig per Hand und Tuschefüller aufs Papier bringen mussten. Das spart nicht nur viel Zeit, sondern auch Geld und Material. Durch die Möglichkeit, Pläne in der dritten Dimension zu betrachten, kommen weitere Vorteile hinzu, die das 3D CAD gegenüber dem 2D CAD aufweist.
Die meisten Menschen kennen das Problem: Der Grundriss einer Wohnung oder eines Hauses sieht auf dem Papier stets ganz anders aus als in der Realität. Größenverhältnisse stellen sich anders dar als gedacht, Formen und Funktionen sehen nach dem Bau ganz anders aus. Was für Häuser gilt, lässt sich natürlich auch auf andere Bereiche wie Konsumgüter, Automobile, Unterhaltungselektronik und vieles mehr anwenden. Dank der besseren Visualisierung bietet 3D CAD eine wesentlich größere Realitätsnähe gegenüber einem „flachen“ 2D-Plan. Hinzu kommt die höhere Präzision gegenüber der zweidimensionalen Darstellung, was die Wahrscheinlichkeit für Fehler weiter verringert.
Moderne Computersysteme sind heutzutage in der Lage, mittels 3D CAD vollkommen realistische Modelle zu erstellen, durch die ein fertiges Produkt komplett betrachtet werden kann. Hier erweist sich schnell, ob eine Designidee den Geschmack des Publikums trifft oder ob funktionelle Probleme bei der Umsetzung zu erwarten sind. Dieses Prinzip lässt sich auf komplette virtuelle Prototypen erweitern. So kann ein Unternehmer bereits im Entwicklungsstadium beurteilen, ob das Produkt die Erwartungen erfüllen kann oder nicht. Tatsächlich lassen sich dank leistungsstarken 3D-Systemen virtuelle Prototypen mit 3D CAD in vielerlei Hinsicht im Voraus testen. Bei der Erstellung von Prototypen für Produkte unterstützt die 3D-Software aber nicht nur visuell, sondern auch mit praktisch nutzbaren Parametern. So ist die automatische Bestimmung von Fläche und Volumen ohne eigene Berechnungen möglich.
Ob erster Entwurf oder Anpassung vorhandener Designs; mit dreidimensionalen CAD-Systemen lassen sich Änderungen wesentlich schneller umsetzen als bei 2D-Varianten, da die Änderungen sofort auf das Produkt angewendet und visuell dargestellt werden. Insgesamt beschleunigt sich dadurch die Bearbeitung. Werden 3D-Datensätze über Internetverbindungen bzw. Cloud-Dienste mit anderen Entwicklern und Entscheidern geteilt, beschleunigt dies außerdem die Kooperation zwischen den beteiligten Abteilungen.
Da sich in der 3D-Umgebung Bauteile und Einzelkomponenten beliebig reproduzieren und wiederverwenden lassen, müssen Standardkomponenten nicht immer wieder neu gezeichnet werden. Vieles lässt sich sogar projektübergreifend nutzen, wodurch sich die Konstruktionszeiten erheblich verkürzen lassen. Dies gilt umso mehr, wenn Symbole und Komponenten aus den umfangreichen Webkatalogen für verschiedene Industrienormen wie ANSI oder DIN Verwendung finden.
Werden den 3D-Modellen entsprechende Parameter für Materialeigenschaften und Texturen hinzugefügt, kann die Software Aussagen zu Belastbarkeit, Haltbarkeit und anderen Faktoren treffen. Dies ist mit 2D CAD in dieser Form nicht möglich, weil zum Beispiel die dreidimensionale Wirkung von Kräften auf die Bauteile nicht darstellbar ist. Für eine aussagekräftige strukturelle Analyse ist 3D CAD hingegen gut geeignet und erspart viele Schritte bei der Materialprüfung.
Zu weiterer Fehlervermeidung gehören auch Tests zur Kollisionsprüfung. Mit 3D CAD können alle denkbaren Bewegungen und Raumverhältnisse eines Produkts simuliert werden. Kommt es zu Problemen durch Kollisionen oder Interferenzen zwischen einzelnen Komponenten, lassen sich diese bereits im Entwicklungsstadium identifizieren und beheben, noch bevor das erste physische Bauteil überhaupt produziert wurde.
Müssen später noch Änderungen an Produkten oder Bauteilen vorgenommen werden, lassen sich diese mit 3D CAD-Software einfach implementieren und auf das gesamte Projekt anwenden. Daraus ergibt sich eine hohe Anpassungsfähigkeit und Flexibilität für den Hersteller, ohne dass ein Modell von neuem entworfen werden muss. Die Erstellung modularer Designs hat sich in diesem Zusammenhang bewährt. Durch ein Baukastensystem können miteinander kompatible Komponenten entworfen werden, die eine Anpassung der Produkte bzw. Bauteile zu einem späteren Zeitpunkt erleichtern.
In vielen Branchen müssen Schaltpläne oder Konstruktionszeichnungen als Dokumentation mitgeliefert werden. Früher musste man diese separat anfertigen. Kam es im Verlauf der Produktion zu Änderungen am Produkt, waren auch hier Anpassungen notwendig. 3D CAD Software verfügt in der Regel über eine automatische Funktion für die Erzeugung von Dokumentationsmaterial. Dabei kann die 3D-Darstellung eines Produkts natürlich auch in die Dokumentation übertragen werden, was die Verständlichkeit für Nicht-Spezialisten wie Endkunden oder kaufmännische Abteilungen im Unternehmen deutlich verbessert.
Computer-Aided Design geht im Zeitalter von Informationen und Digitalisierung längst Hand in Hand mit den Prozessen CAM und CAE (Computer-Aided Manufacturing bzw. Engineering). Neue Entwicklungen oder Modifikationen bestehender Designs können häufig ohne weitere Verzögerung als Datensatz direkt an die Fertigungsmaschinen gesendet werden. Ob 3D-Drucker oder CAD/CAM-Fräse – die nahtlose Integration der Prozesse ermöglicht erst das Anbieten von On-Demand-Produkten und Dienstleistungen. Darüber hinaus hilft 3D CAD-Software bei der Analyse der Abläufe in der Produktion, um Potenzial für Optimierungen schneller zu erkennen. Eine möglichst große Bandbreite an unterschiedlichen Dateiformaten für CAD/CAM ist dabei hilfreich, um die Daten wechselweise zu importieren bzw. zu exportieren.
Designer profitieren beim Einsatz der 3D Konstruktion im Vergleich zur klassischen 2D Konstruktion von der Möglichkeit, komplexe Geometrien in ihr Design einfließen lassen zu können, die anders nur schwer vorstellbar wären. Anpassungen werden zusätzlich erleichtert, wenn eine Software das sogenannte parametrische Design beherrscht. Dabei wird eine Änderung, die der Designer an einem Teil durchführt, automatisch auf alle relevanten Komponenten angewendet, die in Abhängigkeit zu dem modifizierten Teil stehen. Fügt er also beispielsweise ein kleineres Zahnrad in ein Getriebe ein, werden die damit verbundenen Objekte automatisch auf die neuen Parameter aktualisiert. Dies erlaubt es, ohne großen Aufwand Designs zu modifizieren und verschiedene Dinge auszuprobieren.
Herausforderungen im Umgang mit 3D CAD Software
Dass Systeme mit derart komplexen Möglichkeiten selbst sehr komplex sind, liegt auf der Hand. Dementsprechend ist es nicht ganz einfach, mit einer Software für 3D Konstruktion umzugehen. Dies gilt natürlich insbesondere für Einsteiger, doch auch erfahrene Anwender stehen beim Wechsel von der einen zur anderen Software regelmäßig vor dem Problem, neue Funktionen oder andere Bedienmuster erlernen zu müssen. Da die Anschaffung professioneller CAD-Systeme für ein Unternehmen mit hohen Kosten verbunden ist, empfiehlt sich eine umfangreiche Schulung für alle Beteiligten. Das gilt auch dann, wenn Anwender sich bereits mit den Grundfunktionen auskennen, denn nur so ist sichergestellt, auch den maximalen Nutzen aus der 3D-Software zu erhalten.
Bei der Konstruktion von Grafikdateien fallen sehr hohe Datenmengen an. Diese müssen nicht nur vom Computer so verwaltet werden, dass sie die Arbeitsgeschwindigkeit nicht ausbremsen. Auch die Datensicherung ist eine zwingende Notwendigkeit. Die Implementierung von Cloud-Systemen ist eines der wichtigsten Hilfsmittel, um dieser Problematik zu begegnen. Ein gutes Datenverarbeitungskonzept ist in jedem Falle unerlässlich.
Obwohl viele Programme im professionellen Bereich dazu in der Lage sind, fremde Dateiformate zu importieren und zu exportieren, kommt es immer wieder zu Kompatibilitätsproblemen. Kleine Änderungen an der einen Software können zum Beispiel dazu führen, dass eine andere Software eine Datei nicht mehr korrekt interpretiert. Eine möglichst breit aufgestellte Kompatibilität mit den gängigsten Dateiformaten im Bereich 3D CAD ist daher bei der Auswahl des passenden Programms zu empfehlen. Dies ist umso wichtiger, je mehr Wert auf die reibungslose Interoperabilität mit anderer Software gelegt wird.
Zukunft der 3D CAD und 3D Konstruktion
Die Möglichkeiten von 3D CAD werden sich in den kommenden Jahren noch viel stärker im Alltag bemerkbar machen. Durch die verstärkte Nutzung von Entwicklungen aus dem Bereich Augmented und Virtual Reality sind 3D-Modelle für viele praktische Anwendungszwecke nützlich. Die Geschwindigkeit der Erstellung brauchbarer 3D-Modelle wird sich durch das Potenzial Künstlicher Intelligenz (KI) weiter erhöhen. Dabei ist allerdings die Kontrolle und Analyse durch menschliche Konstrukteure auf absehbare Zeit weiterhin notwendig. Aus Gründen der Systemstabilität und Sicherheit bei der Datenverwaltung erscheinen Cloud-basierte Lösungen als sehr attraktiv für Unternehmen, die keine eigene aufwändige Infrastruktur für Server und Datenspeicher vorhalten möchten.
Praxisbeispiele für moderne 3D Konstruktion
NC-Automatisierungsfunktion sorgt für Einsparungen
Ein großer Hersteller für Energiesysteme hat durch den Einsatz der Non-Collision-Automatisierungsfunktion in Creo die Gefahr von Kollisionen zwischen Maschine und Bauteil erheblich reduzieren können. Das Unternehmen spricht von Einsparungen im Bereich von bis zu 100.000 Euro, die eine solche Kollision an Schaden verursachen kann.
Bessere Effizienz durch Wegfall papierbasierter Konstruktionsprozesse
Ein Großkonzern konnte durch die nahtlose Integration von 3D CAD-Entwicklung bis hin zur Freigabe von Entwürfen seine Vorlaufzeiten deutlich verringern und somit die Effizienz steigern. Allein die Umstellung auf digitale Prozesse hat nicht nur das Zeitmanagement verbessert, sondern auch das Produktdatenmanagement revolutioniert.
Nachhaltiger dank 3D CAD
Einer der größten Hersteller für Stromerzeuger kam zu dem Ergebnis, dass der Einsatz generativen 3D-Designs den Materialbedarf im Vergleich zur konventionellen Konstruktion von Teilen um bis zu 15 Prozent senken kann. Dies ist nicht nur ein erheblicher Kostenfaktor, sondern trägt auch zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des Herstellers bei. Auf diesen Punkt legt das Unternehmen besonders großen Wert, um den ökologischen Fußabdruck seiner Produkte so gering wie möglich zu halten.
Fazit: Parametrische 3D Konstruktion ist bestens für die Produktentwicklung geeignet
Im Vergleich zur herkömmlichen Konstruktion von Produkten, Prototypen, Konsumgütern und Industriebedarf bietet das 3D-Design sehr viele Vorteile gegenüber dem klassischen 2D-Verfahren. Zunächst ist da der Vorteil der Digitalisierung im Vergleich zum mühsamen Anfertigen von Zeichnungen auf Papier. Doch auch das ist mit 2D CAD natürlich bereits möglich. Der Einstieg in die dritte Dimension eröffnet jedoch noch weitaus mehr Flexibilität für Designer und Entwickler. Die Kommunikation zwischen Entwicklungsabteilung und anderen Stakeholdern wird durch 3D CAD erheblich verbessert, da 3D Modelle die Visualisierung vereinfachen.
Durch sorgfältige Analysen der Materialeigenschaften oder durch effektive Kollisionsvermeidung lassen sich zudem erhebliche Kosten sparen, die durch fehlerhafte Prototypen entstehen können. Es gibt eine große Vielfalt an 3D Software für CAD, die je nach individuellem Bedarf ausgewählt werden sollte. Geht es jedoch um professionelle Produktentwicklung, ist und bleibt die parametrische 3D Konstruktion wie mit Creo Parametric die erste Wahl. Künftig wird die Integration von VR- und AR-Funktionalität und cloudbasierten Lösungen, wie Creo plus sowohl im technischen Bereich für Unternehmen als auch im Endkunden-Segment immer wichtiger werden. Bei der Auswahl einer guten CAD-Software sollte daher auch die Zukunftsfähigkeit und Nachhaltigkeit der Lösung berücksichtigt werden.
Es gibt eine Vielzahl von CAD-Lösungen, Paketen und Modulen für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle. Einen umfassenden Überblick erhalten Sie bei uns. Nehmen Sie einfach Kontakt mit uns auf und lassen Sie sich beraten.
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3D CAD (Dreidimensionales Computer-Aided Design) ist eine Technologie, die es ermöglicht, technische Zeichnungen und Modelle räumlich am Computer zu gestalten und zu bearbeiten. Mit 3D CAD können Objekte in einer Simulation aus allen Perspektiven betrachtet und auf ihre Funktionalität sowie Interaktion mit anderen Bauteilen getestet werden.
3D CAD Systeme sind besonders in der Produktentwicklung wichtig, da diese Technologie es ermöglicht, Produkteigenschaften und -funktionalitäten bereits vor der Fertigung detailliert zu analysieren und zu optimieren und somit die Entwicklungszeiten deutlich zu verkürzen.
3D CAD findet in zahlreichen Branchen Anwendung, darunter in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Architektur, Medizintechnik, Maschinenbau und Konsumgüterindustrie.
Zu den Hauptfunktionen gehören die 3D Konstruktion von Teilen und Baugruppen, Analyse- und Simulationswerkzeuge, parametrische Modellierung und die Integration in andere Systeme wie CAM (Computer-Aided Manufacturing). Diese Funktionen unterstützen Ingenieure und Designer bei der effizienten und präzisen Erstellung technischer Entwürfe.
3D CAD bietet eine bessere Visualisierung und Realitätsnähe, höhere Effizienz durch vereinfachte Konstruktionsanpassungen, die Fähigkeit, komplexe Analysen und Simulationen durchzuführen sowie automatisierte Dokumentationsprozesse.
Herausforderungen im Umfang mit 3D CAD Systemen tauchen besonders in den Bereichen der Komplexität in der Bedienbarkeit, das Management großer Datenmengen und die Sicherstellung der Kompatibilität mit anderen Systemen auf. Zudem erfordert die effektive Nutzung von 3D CAD fortlaufende Schulungen und Updates, um mit den technologischen Entwicklungen Schritt zu halten.