Praktische Anwendung von CAD-Software und 3D-Scannen

Es kann nicht genug betont werden, wie viel einfacher der Design- und Konstruktionsprozess wird, wenn man nur CAD-Software verwendet: von den ersten Konzept- und Entwurfsphasen über die Analyse von Bauteilen und Baugruppen bis hin zur eigentlichen Herstellung und Verpackung der Produkte.

Die Möglichkeit, kleinere oder größere Änderungen an Maßen oder Formen vorzunehmen und dann zu sehen, wie sich diese Änderungen im Handumdrehen auf den gesamten Entwurf ausbreiten, ist von unschätzbarem Vorteil für moderne Design-Workflows. Mit Papier und Bleistift lässt sich das nicht erreichen.

Genauigkeit im Submillimeterbereich

Mit den modernen computergestützten Designlösungen können Sie Modelle erstellen, die ihre realen Gegenstücke mit einer Toleranz von wenigen Mikrometern genau wiedergeben. Anders als bei handgefertigten Entwürfen und 2D-Zeichnungen verschwenden Sie mit CAD-Software keinerlei Zeit damit, Entwürfe oder neue Layouts von Grund auf neu zu erstellen.

Wenn Sie in 3D arbeiten, sind Ihre Hände nie an ein Standard-Layout mit sechs Ansichten gebunden – Sie können umgehend aus Hunderten von möglichen Blickwinkeln mit beliebigen Vergrößerungsgraden wählen.

Höchstwahrscheinlich wird das, was Sie entwerfen, nicht das einzige Produkt, das Sie herstellen, sein. Und hier kommt nun die computergestützte Konstruktionssoftware ins Spiel, die Ihnen die Möglichkeit gibt, auf einfache Weise Vorlagen und Bibliotheken mit Komponenten zu erstellen, die Sie immer wieder verwenden werden. Dazu können auch benutzerdefinierte Teile und Zubehör gehören, wie etwa selbst entwickelte Elektronik, Befestigungselemente oder Komponenten „von der Stange“.

All diese Komponenten lassen sich bei Bedarf einfach per „Drag & Drop“ in Ihre Entwürfe einfügen. Dies erleichtert und beschleunigt Ihre zukünftigen Design-Workflows und reduziert den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Umsetzung Ihrer Pläne erheblich.

Optimale Nutzung Ihrer CAD-Modelle

Sobald Sie Ihre CAD-Modelle erstellt haben, gibt es eine große Bandbreite von Nutzungsmöglichkeiten, die weit über die reine Fertigung hinausgehen. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie möchten schnell eine Reihe neuer Prototypen mit verschiedenen Modifikationen erstellen, vielleicht sogar maßstabsgetreue Versionen des Originals mit zusätzlichen Komponenten und Funktionen.

Wenn Sie mit Ihrem vorhandenen CAD-Modell beginnen und davon ausgehend konstruieren, haben Sie nicht nur eine solide Grundlage für Ihre Arbeit, sondern sparen auch Tage, wenn nicht sogar Wochen, in Ihrem Prototyping-Workflow.

FEA, CFD und mehr

Ein weiterer möglicher Weg führt über ein Simulationsverfahren, wie etwa FEA- (Finite-Elemente-Analyse) oder CFD-Tests (Computational Fluid Dynamics). Wenn Sie Ihr CAD-Modell in eines dieser Systeme übertragen, können Sie wichtige Spannungs- und Ermüdungsanalysen durchführen, die unter anderem für die Analyse und Verbesserung von Bauteilen in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau erforderlich sind.

Der Import Ihres CAD-Modells in ein CFD-System gibt Ihnen die Möglichkeit, aerodynamische/hydrodynamische Tests durchzuführen – für viele Kunden eine kritische Phase des Designprozesses, vom Motorsport über die Luftfahrt bis hin zur maritimen Industrie und darüber hinaus.

Effezientes Verpackungsdesign

Wenn Ihr CAD-Modell geprüft und für die Fertigung bereit ist, kann es auch für die Erstellung individueller Produktverpackungen für den Versand und die Präsentation verwendet werden. Ein genau bemessenes CAD-Modell Ihres Produkts erleichtert die Herstellung von Innenverpackungen, die das Produkt, insbesondere zerbrechliche und stoßempfindliche Artikel, mit Wellpappe, Schaumstoff und Mikroschaum als möglichen Trägern polstern und schützen.

Eine solche CAD-angepasste Verpackung dient nicht nur dem Schutz, sondern ermöglicht auch eine Optimierung des Platzbedarfs und eine Verringerung des Gesamtgewichts beim Versand, was später bei der Herstellung und dem Versand von Hunderten, wenn nicht Tausenden Exemplaren eines bestimmten Produkts von großer Bedeutung ist.

Einwandfreie Inspektionen in wenigen Minuten

Einer der wichtigsten Einsatzbereiche von CAD ist heutzutage die Qualitätskontrolle. Vor allem in Kombination mit 3D-Scans kann computergestützte Konstruktionssoftware ein äußerst nützliches Werkzeug für die wichtigsten Schritte im Rahmen der Qualitätssicherung sein – sei es am Fließband, an der Laderampe, bei der Auslieferung oder im Außendienst.

Die Funktionsweise ist einfach: Sie messen Ihr Objekt oder Teil mit einem 3D-Scanner und vergleichen dann den Scan mit dem ursprünglichen CAD-Modell, um Abweichungen außerhalb des zulässigen Bereichs zu ermitteln.

Es ist zwar durchaus möglich, Teile von Komponenten manuell zu messen und diese zum Vergleich heranzuziehen, doch wenn Sie nicht mit geometrischen Grundformen arbeiten, sind Lücken in Ihren Messungen vorprogrammiert. Nehmen wir zum Beispiel an, das zu messende Teil hat Kurven, vertiefte Oberflächen, dünne Kanten, ganz zu schweigen von weichen, leicht verformbaren Materialien.

Wie bereits erwähnt, waren Ingenieure auf der ganzen Welt vor dem Einsatz von CAD-Software bei ihrer Konstruktionsarbeit auf Stift und Papier angewiesen. Das bedeutete, dass jede einzelne Linie, Kurve oder andere Form sorgfältig mit Linealen, Winkelmessern und weiteren Zeicheninstrumenten skizziert wurde.

Wenn es um Berechnungen ging, sei es des Drucks in Rohren, der elektrischen Spannung in Drähten oder der aerodynamischen Kräfte an einer Tragfläche, wurden diese manuell durchgeführt. Und das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit menschliche Fehler stets hoch war.

Warum digitale Technik dem Papier den Rang abläuft

Zudem waren technischen Zeichnungen anfällig für Beschädigung oder Zerstörung, ganz zu schweigen davon, dass sie umständlich zu lagern und zu transportieren waren. Mit CAD-Software hat sich dies alles geändert: Nunmehr sind Konstruktionszeichnungen nicht mehr auf ein physisches Stück Papier oder sogar auf 2 Dimensionen beschränkt, und sie können von Kollegen, die direkt an Ihrer Seite oder auf der anderen Seite des Planeten arbeiten, angesehen und bearbeitet werden.

Digitale CAD-Modelle sind in fast jeder Hinsicht vorteilhafter, vor allem wenn es darum geht, sie für eine spätere Verwendung sicher zu archivieren, zum Beispiel für den Fall, dass entweder der physische CAD-Entwurf oder das Objekt selbst nicht mehr existiert. Mit einem genauen CAD-Modell kann praktisch jedes Teil oder jede Baugruppe wieder zum Leben erweckt werden.

Unter den beliebtesten CAD-Programmen auf dem Markt gibt es zwei Hauptmodellierungsparadigmen: parametrisch und direkt. Werfen wir einen kurzen Blick auf beide.

Parametrische Modellierung

Die parametrische Modellierung wird bereits seit 1987 verwendet und ist im Grunde das, woran man normalerweise denkt, wenn man über CAD-Modellierung spricht. Bei der parametrischen Modellierung bauen Sie eine 3D-Geometrie Stück für Stück auf, indem Sie 2D-Skizzen verwenden und daraus 3D-Features erstellen.

Im Laufe des Prozesses fügen Sie sorgfältig alle benötigten Features und Beschränkungen hinzu. Die parametrische Modellierung erfordert entsprechend eine sorgfältige Planung, insbesondere wenn die Anzahl der Features in Ihrem Modell in die Hunderte und mehr geht.

Diese Art der historienbasierten Modellierung unterscheidet die parametrische Modellierung von der anderen Hauptmethode, der direkten Modellierung. Bei der parametrischen Modellierung merkt sich die Software die Features, die Sie Ihrem Modell gegeben haben, und genau in der Reihenfolge, in der sie gegeben wurden.

Auf diese Weise ist es wie bei einem Computerprogramm, bei dem es sequenzielle Anweisungen gibt: Jedes Mal, wenn Sie ein neues Feature hinzufügen oder ein bestehendes ändern möchten, wird jeder einzelne Aspekt Ihres Modells davon betroffen sein.

Obwohl die parametrische Modellierung extrem leistungsfähig ist, hat sie mehrere Schwachpunkte: Zunächst einmal die sehr steile Lernkurve, die Monate und sogar Jahre an Erfahrung erfordert, bevor man sie beherrscht. Das ist kein Problem für routinierte Nutzer, doch für angehende Ingenieure dauert es zermürbend lange, bevor sie sich in diesem Bereich zurechtfinden.

Die vielleicht größte Hürde ist jedoch der historienbasierte Ansatz der parametrischen Modellierung. Dieser kann Ihren Plänen leicht einen Strich durch die Rechnung machen, wenn Sie nicht genau verstehen, wie das Modell aufgebaut ist, und es nicht sorgfältig unter Berücksichtigung all dieser Einschränkungen und Spezifikationen entwickeln.

Direkte Modellierung

Die direkte Modellierung ist der relative Neuling auf dem CAD-Konstruktionsmarkt, doch im Gegensatz zur parametrischen Modellierung zweifellos die attraktivste Methode, für die sich gerade junge Ingenieure entsprechend häufiger entscheiden.

Bei diesem Ansatz arbeiten Sie in einer sogenannten WYSIWYG-Umgebung („What you see is what you get“). Sie erstellen und bearbeiten Ihre Modelle, indem Sie sich auf den tatsächlichen Flächen des Modells bewegen, anstatt wie bei der parametrischen Modellierung Feature-Maße und Skizzen zu bearbeiten.

Direkte Modellierung eignet sich hervorragend für Rapid Prototyping und Design, und insbesondere Industriedesign, wo Arbeitsabläufe an sich ändernde Anforderungen und Spezifikationen angepasst werden müssen, ohne dass umfangreiche Designhistorien beachtet werden müssen.

Viele Befürworter der direkten Modellierung sind der festen Überzeugung, dass sich ihr Arbeitsablauf dadurch wirklich von der parametrischen Modellierung unterscheidet. Denn bei der direkten Modellierung besteht im Gegensatz zur parametrischen Modellierung, bei der solche Änderungen zu umfangreichen Unterbrechungen führen können, nicht die Gefahr, dass etwas kaputt geht, sobald Änderungen vorgenommen oder neue Funktionen hinzugefügt werden.

Vor- und Nachteile beider Methoden

Beide Methoden haben ihre Stärken und Schwächen, wobei die meisten der heute gängigen CAD-Systeme Kombinationen aus parametrischen und direkten Werkzeugen bieten. Beispielsweise verfügen mehrere Pakete über direkte Bearbeitungswerkzeuge. Die Features werden jedoch weiterhin im Verlaufsbaum des Modells erstellt, was bedeutet, dass diese nicht als „reine direkte“ Modellierungssysteme betrachtet werden können.

Letztendlich liegt es an Ihnen als Benutzer, die verschiedenen verfügbaren Programme zu erkunden und für sich selbst zu entscheiden, was am besten geeignet ist.

Erfahrene CAD-Anwender sollten generell eher bei der parametrischen Modellierung bleiben, weil sie dort bereits viel Zeit und Energie investiert haben, während neue Ingenieure die direkte Modellierung bevorzugen sollten, es sei denn, ihr Unternehmen oder die Umstände zwingen sie zu einer anderen Entscheidung.