Top 3D-Drucker-CAD-Softwareoptionen

Einführung

Wie beim Zerspanen, Schmieden, Gießen und Stanzen beginnt der 3D-Druck an der gleichen Stelle – dem Design des Endteils. Ähnlich wie bei der traditionellen Fertigung ist die additive Fertigung auf CAD-Modelle (Computer Aided Design) als Hauptkomponente der Produktion des Teils angewiesen.

Anforderungen an ein CAD-Paket

Während die meisten CAD-Pakete die Erstellung von Modellen für die additive Fertigung ermöglichen, gibt es einige wichtige Merkmale und Funktionen, die bestätigt werden sollten, bevor Sie mit einem bestimmten fortfahren.

Der erste und wichtigste Aspekt ist die Möglichkeit, 3D-Modelle zu generieren. Einige Software wurde speziell für Drucke, Zeichnungen oder andere 2D-Designs entwickelt und bietet nicht die Möglichkeit, vollständige Modelle zu erstellen. Mit einem geeigneten CAD-Paket können Sie 3D-Oberflächen entweder parametrisch oder direkt modellieren, was einen einfachen Export in die gängigste 3D-Druckdatei, die STL, ermöglicht.

Die Möglichkeit, native CAD-Designs in eine STL-Datei zu exportieren, ist für fast alle 3D-Drucker erforderlich. STL-Dateien (eine Abkürzung für „Stereolithographie“) sind Übersetzungen/Exporte von CAD-Modellen in dreieckige Flächen und Ebenen, die üblicherweise in G-Code interpretiert werden, der am weitesten verbreiteten CAM-Sprache (Computer Aided Manufacturing) für automatisierte Werkzeugmaschinen. Das Generieren einer STL, die Ihrem Design entspricht, ist für den Erfolg eines 3D-Drucks von entscheidender Bedeutung, auf den wir weiter unten näher eingehen werden.

Außerhalb der Anforderungen der 3D-Modellierung und der Generierung einer STL gibt es zahlreiche weitere „nice-to-haves“, die in einigen CAD-Paketen enthalten sind, die die Vorbereitung auf die additive Fertigung erleichtern und einen zusätzlichen Mehrwert ermöglichen. Beispiele wie 3DXpert für SolidWorks, Netfabb für Fusion 360 oder 3YOURMIND für Siemens NX sind Add-Ons und Plugins, die einige der Übersetzungsschritte entfernen oder sogar das direkte Drucken auf den Druckern aus den nativen Anwendungen selbst ermöglichen.

Was ist eine STL-Datei?

Die STL-Datei (Stereolithography), manchmal auch als „Standard Triangle Language“ oder „Standard Tessellation Language“ bezeichnet, wurde 1987 von 3D Systems erstellt und hat sich als Standarddatei für Modelle für 3D-Drucker in der ganzen Industrie durchgesetzt. Diese Dateien sind Exporte aus nativen CAD-Dateien und beschreiben „rohe, unstrukturierte triangulierte Oberflächen durch die Einheitsnormale und Scheitelpunkte (geordnet nach der Rechte-Hand-Regel) der Dreiecke unter Verwendung eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems“ [Wikipedia, „STL (Datei Format)“, 2019]. Kurz gesagt, STLs sind eine Annäherung von CAD-Modellen in einen Satz von Dreiecken, die Features wie Splines, p-Linien, Bögen, Extrusionen und Sweeps in dreieckige Simples und Composites umwandeln.

Umwandeln einer STL

Obwohl jede CAD-Software über unterschiedliche Konfigurationsoptionen und Funktionen zum Exportieren von STLs verfügt, gibt es einige Dinge, die jeder Lösung gemeinsam sind und auf die Sie unbedingt achten sollten:

• Binär / ASCII - Obwohl es einen großen Unterschied zwischen der Kodierung beider Formate gibt, sind Binär und ASCII im Grunde ähnlich funktional, mit dem Vorbehalt, dass Binärdateien in der Regel viel kleiner sind und mit weniger Rechenleistung verarbeitet werden als die meisten Slicing-Software. Sofern nicht ausdrücklich erforderlich, wird Binär aufgrund der geringeren Dateigröße in der Regel bevorzugt.
• Einheiten - Die Definition der STL-Datei beinhaltet keine Maßeinheiten. Achten Sie beim Export des Modells sowohl auf die Einheiten des nativen CAD als auch auf die erwarteten Einheiten der Drucker-/Slicing-Software. Die meisten Slicing-Softwares haben eine Konfiguration für Einheiten, aber die gängigsten Bereitstellungen erwarten standardmäßig Millimeter (mm).
• Lösung - Dies wird die unterschiedlichste Eigenschaft zwischen den CAD-Paketen sein, aber im Allgemeinen besteht das Ziel darin, sicherzustellen, dass die minimalen Toleranzen/Abweichungen kleiner sind als das feinste Merkmal, das der 3D-Drucker produzieren kann. Wenn beispielsweise die feinste Auflösung, die der 3D-Drucker erzeugen kann, 100 Mikrometer beträgt, sollte die STL Toleranzen innerhalb von 100 Mikrometern für Durchmesser, Winkel, Tessellationsschnitte usw. aufweisen.

Es gibt andere Attribute (z. B. kann Farbe in STLs enthalten sein), aber die oben genannten Punkte sind wichtig, um eine STL zu generieren, die für natives CAD repräsentativ ist.

Branchenübliche CAD-Lösungen

In der Fertigungs-, Maschinenbau- und Designbranche gibt es zahlreiche häufig verwendete CAD-Pakete; Einige sind branchen- und anwendungsspezifisch, viele sind jedoch in Branchen und Anwendungen üblich. Im Folgenden sind nur einige der vielen häufig verwendeten CAD-Anwendungen aufgeführt, die typischerweise von Unternehmen und Fertigungsbetrieben verwendet werden:

SolidWorks

SolidWorks, 1995 eingeführt und 1997 von Dassault übernommen, ist eines der am weitesten verbreiteten CAD-Pakete für Konstruktion, Fertigung und Konstruktion. Nach Angaben des Herausgebers als eines der am einfachsten zu erlernenden parametrischen CAD-Pakete angepriesen, „nutzten 2013 über zwei Millionen Ingenieure und Konstrukteure in mehr als 165.000 Unternehmen SolidWorks“. Neben dem CAD-Kernpaket bietet SolidWorks zahlreiche zusätzliche Produkte und Module für Simulation, spezifische Branchen und Rendering/Grafikdesign.

Dassault Systèmes CATIA

CATIA, ursprünglich 1977 als eigene Designplattform von Dassault Aviation für Verteidigungs-/Luft- und Raumfahrtanwendungen entwickelt, ist eine Software im Unternehmensmaßstab, die häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und dem Design von Industrieausrüstungen eingesetzt wird. Mit über 40 Jahren Erfahrung ist CATIA eine ausgereifte und funktionsreiche PLM-Lösung mit integrierter Unterstützung von CAD bis CAM.

Autodesk Fusion 360

Fusion 360, ursprünglich im Jahr 2013 veröffentlicht und von Autodesk veröffentlicht, ist eine 3D-zentrierte CAD-Version (im Gegensatz zu Autodesks klassischem AutoCAD), die sich sowohl durch eine native Version für Mac OSX und Windows 7/8/10 als auch durch kostenlose Versionen unterscheidet für Bastler, Studenten und Lehrer zur Verfügung. Ähnlich wie das Angebot von Dassault profitiert Fusion 360 vom Zugriff auf die übrigen Lösungen und Add-Ons von Autodesk.

Creo

Creo, früher bekannt als Wildfire und Pro/E, ist eine der ersten 3D-CAD-Lösungen, die 1987 auf den Markt kam. Creo wurde von PTC veröffentlicht und basiert auf dem ersten regelbasierten (parametrischen) 3D-Modellierungssystem. Heute ist Creo Teil einer Suite von 10 Anwendungen von PTC, die Baugruppenmodellierung, FEM, Direkt-/Oberflächenmodellierung und Werkzeugkonstruktionsfunktionen bieten.

Siemens NX

Siemens NX, ursprünglich Unigraphics NX und 2007 von Siemens übernommen, ist eine Lösung für Unternehmen, die nicht nur direktes und parametrisches Modellieren, sondern auch Engineering-Analyse und CAM-Funktionalität direkt in einer Lösung ermöglicht. Zusätzlich zu den CAD/CAE/CAM/Simulationsfunktionen bietet NX zahlreiche branchen- und materialspezifische Pakete, um einen erweiterten Funktionsumfang speziell für bestimmte Anwendungen zu ermöglichen.

Onshape

Onshape, das 2015 veröffentlicht wurde, ist eines der wenigen CAD-Angebote, das vollständig auf SaaS (Software-as-a-Service) basiert, was ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal in einer Landschaft mit hauptsächlich lokalen und hardwareintensiven Lösungen darstellt. Onshape ermöglicht den Zugriff über Browser und Android/iOS sowie die Zusammenarbeit mehrerer Benutzer in Echtzeit an einem einzigen Design auf jeder unterstützten Plattform.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Markt für CAD-Software je nach Branche, Unternehmensgröße und erforderlichen Funktionen viele Auswahlmöglichkeiten bietet – aber fast alle ermöglichen die Möglichkeit, Modelle durch additive Fertigung und 3D-Druck zum Leben zu erwecken. Von Bastlern und Studenten bis hin zu Maschinenbau- und Konstrukteuren auf Unternehmensebene können alle die Vorteile der additiven Fertigung nutzen, um reale Teile und Baugruppen schneller und einfacher als je zuvor herzustellen.