CAD verstehen:Hauptvorteile und Rapid Prototyping-Anwendungen

CAD ist ein Begriff, der für Computer-Aided Design steht. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem mithilfe von Computersoftware dreidimensionale Modelle vorgeschlagener Produkte erstellt werden. Diese Art von Software wird in vielen Branchen zur Erstellung von Entwürfen und Modellen eingesetzt. Damit lassen sich sowohl zweidimensionale Zeichnungen als auch dreidimensionale Modelle mit präzisen Maßen entwerfen.

Wenn Sie diesen Artikel lesen, möchten Sie wahrscheinlich die Vorteile von CAD gegenüber manueller Handzeichnung und/oder seine Bedeutung für Rapid Prototyping und computergestützte Fertigung kennenlernen. Es ist wichtig, die entscheidende Rolle von CAD im Design zu erkennen und zu erkennen, wie es den Produktentwicklungs-Workflow vereinfacht, insbesondere in dieser Zeit, in der Remote-Arbeit zur neuen Normalität wird.

Was ist computergestütztes Design (CAD)?

Der Ursprung computergestützter Designsoftware geht auf das Jahr 1963 zurück, als Ivan Sutherland Sketchpad entwickelte und Dr. Patrick J. Hanratty 1971 Automated Drafting and Machining (ADAM) einführte.

Seitdem hat die computergestützte Konstruktions- und Designsoftware einen langen Weg zurückgelegt und ist mit der Verbesserung des Computersystems durch die Einführung eines automatisierten Satzes von Funktionen und Designtools, die den Designworkflow einfach und angenehm machen, immer fortschrittlicher geworden. Vor der Entwicklung von CAD verwendeten Designer Bleistifte, Lineale, Zirkel, Zeichenbretter, Geodreiecke usw., um 2D-Zeichnungen zu erstellen.

CAD ist eine Abkürzung für Computer-Aided Design und bezeichnet den Einsatz von Computersoftware zur 2D- und 3D-Modellierung von Produkten und Strukturen in den Bereichen Ingenieurwesen, Architektur und industrielles Produktdesign. Es ist mehr als ein Ersatz für Papier- und Bleistiftskizzen, denn es bietet völlig neue Möglichkeiten für Ingenieure, Designer, Techniker und Architekten.

Welche Vorteile hat CAD gegenüber manueller Zeichnung?

CAD bietet gegenüber manuellen Zeichnungen eine Reihe von Vorteilen, die es heute zu einem unverzichtbaren Werkzeug auf dem Designmarkt machen. Diese Vorteile helfen dem heutigen Ingenieur oder Produktdesigner in vielerlei Hinsicht.

1. Produktivität

CAD-Programme entwickeln sich ständig weiter, indem sie verschiedene Tools und Funktionen hinzufügen, die die Produktivität des Designprozesses steigern. Diese Tools tragen dazu bei, die Zeit für die Produktentwicklung zu verkürzen, was wiederum die Produktionskosten senkt und Fehler reduziert, indem weniger Raum für Fehler bleibt, was auch die Qualität des Produkts verbessert.

Wenn beim manuellen Zeichnen von Hand Änderungen erforderlich waren, sollten die Skizzen verworfen und ganz von vorne begonnen werden. Digitale Zeichnungen können mit einem CAD-Designprogramm sehr einfach bearbeitet werden und es können unendlich viele modifizierte Variationen vorgenommen werden, ohne sie von Anfang an neu zeichnen zu müssen. Verschiedene Teile eines einzelnen Modells können von verschiedenen Designern separat gezeichnet und im CAD zusammengebaut werden.

Und fast alle CAD-Systeme verfügen über einen Satz Standardkomponenten (z. B. Befestigungselemente wie Bolzen, Schrauben, Muttern usw.), aus denen die Konstrukteure die passende Größe auswählen und zusammenbauen können. 2D-Zeichnungen, Schnittansichten, Detailzeichnungen und Hilfsansichten können aus 3D-Modellen in der bevorzugten Standardkonvention generiert werden.

2. Genauigkeit

Manuelles Zeichnen ist im Vergleich zum CAD-Entwerfen nicht in der Lage, präzise technische Zeichnungen zu erstellen. CAD-Programme verfügen über Funktionen und Werkzeuge, die gemäß Design- und Zeichnungskonventionen und -standards entwickelt wurden, was Designern hilft, Fehlerquoten zu reduzieren. Und komplexe Konstruktionsmerkmale, die mit einer manuellen Zeichnung äußerst schwierig wären, können im CAD wesentlich vereinfacht werden.

3. Lesbarkeit

Manuelle Zeichnungen können manchmal unklar sein, was bei CAD-Zeichnungen nicht der Fall ist. Selbst wenn das Modell sehr komplex ist und viele Teile und Merkmale aufweist, müssen CAD-Programme Werkzeuge ein- und ausblenden, um vorübergehend unwichtige Teile zu eliminieren und sich auf die spezifischen Details des Rests zu konzentrieren, was mit Papier- und Bleistiftzeichnungen nicht vollständig möglich ist.

Darüber hinaus verbessert die Verfügbarkeit von 3D-Isometrie- und Schnittansichten in CAD-Entwürfen die Sichtbarkeit und das Verständnis, da sie das Drehen bzw. Schneiden ermöglichen, was wiederum eine sehr zeitaufwändige Arbeit beim manuellen Entwerfen darstellt.

4. Präsentation

Es ist einfach, Ihre Kunden und Kollegen zu beeinflussen, indem Sie Ihren Entwurf mit virtuellen Modellen präsentieren, ohne einen Prototyp herstellen zu müssen, da Sie Bewegungen simulieren, interne Teile durch Schnitte zeigen und ihn von verschiedenen Seiten zeigen können. Mit einem gerenderten 3D-Modell, in dem verschiedene Teile unterschiedliche Farben haben, können Sie sogar einem Laien ohne technische Vorkenntnisse die Funktion und Ästhetik Ihres Designs leicht vermitteln.

5. Nachfolgende Operationen

 Neben der Erstellung von Zeichnungen bietet CAD-Software auch die Möglichkeit, technische Berechnungen und Analysen mit mathematischen Gleichungen durchzuführen. Beispielsweise kann der Produktdesigner geometrische Eigenschaften (Fläche, Volumen, Schwerpunkt usw.) und Masseneigenschaften (Masse, Dichte) des Modells normalerweise mit einem einzigen Klick in CAD-Programmen berechnen.

Darüber hinaus unterstützen viele CAD-Programme Bewegungsstudien und -simulationen, parametrische Modellierung, Struktur-, Wärme-, Flüssigkeitsanalysen usw. Finite-Elemente-Analysen, die Designern dabei helfen, die Stärke, Funktionalität und andere Eigenschaften ihrer Modelle vor der Fertigung zu analysieren und zu verbessern.

Teilen und Zusammenarbeit

Ein weiterer großer Vorteil des CAD-Zeichnens gegenüber dem manuellen Zeichnen besteht darin, dass ein Designer ein Modell erstellen und es an einen anderen senden kann, selbst wenn dieser sich am anderen Ende der Welt befindet. Der Empfänger kann die Modellhistorie einsehen, genau sehen, wie es konstruiert wurde, und es bearbeiten.  Dies ist beim manuellen Zeichnen zu schwierig.

Die meisten CAD-Systeme erleichtern kontinuierlich die Zusammenarbeit für Remote-Arbeiten, indem sie Cloud-Sharing und automatisierte Datenverwaltungstools einführen, die es Ingenieuren ermöglichen, von überall und auf jedem Gerät gleichzeitig denselben Entwurf in Echtzeit zu bearbeiten.

6. Dokumentation

Nach der Modellierung werden lineare und Winkelabmessungen und -messungen von Teilen, Baugruppen und Unterbaugruppen sowie Stücklisten digital erfasst und zur späteren Bezugnahme und Verwendung gespeichert. Beim traditionellen manuellen Zeichnen sollte das Skizzenpapier aufbewahrt werden, da es anfällig für Beschädigungen und Abnutzung ist.

Branchenanwendungen von CAD

Heutzutage sind kommerzielle CAD-Softwarepakete ein unverzichtbares Designtool in Fabriken, Designbüros und Hochschulen, da sie Zeit sparen und eine gute Zusammenarbeit und nahtlose Integration mit anderen computergestützten Produktionssystemen wie CAM gewährleisten.

Viele Branchen; einschließlich Fabriken, Architektur, Produktdesignbüros usw. nutzen CAD, da es den Design-Workflow und die Lieferung des Endprodukts optimiert. CAD verbessert die Zusammenarbeit innerhalb des Unternehmens und branchenübergreifend sowie gleichzeitige Konstruktionsarbeiten.

CAD und CAM (Computer Aided Manufacturing)

Zusätzlich zur Erstellung von Modellen, wie man sie sich vorstellt, wird CAD in einem Prozess namens CAD/CAM zusammen mit der digitalisierten Fertigung eingesetzt. In Kombination mit CAM unterstützt CAD die gesamten Phasen der Herstellung eines Produkts, einschließlich Prozess- und Produktionsplanung, Terminplanung, Produktionsmanagement und Qualitätskontrolle.

Bei CAD/CAM verschmelzen die Entwurfs- und Produktionsprozesse miteinander, da die elektronische Ausgabedatei der CAD-Software in Teilenproduktionsprozessen verwendet wird. Dies ermöglicht Änderungen an jedem Teil des Arbeitsablaufs und verkürzt die Zeit vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt.

CAD-Software ermöglicht die Durchführung von Struktur-, Wärme-, Vibrations-, Bewegungs-Steady-State- und Transientensimulationen zur Untersuchung und Diagnose von Problemen. Dies hilft, kleine Änderungen vorzunehmen, indem die Designparameter iteriert werden und Verbesserungen sichtbar werden.

CAD in Rapid Prototyping und Fertigung

Beim Rapid Prototyping können Designer ihre Fantasie und innovativen Ideen gleich beim ersten Mal in die Realität umsetzen, ohne mehrere Iterationen durchführen zu müssen. Dies bietet eine unglaubliche Gelegenheit, Ihre Ideen visuell und mit praktischer Erfahrung mit Kollegen, Kunden oder sogar Endbenutzern zu kommunizieren und Feedback und Beweise für das Designkonzept zu erhalten.

Rapid Prototyping minimiert Zeit und Abfall und fördert den kreativen Designprozess, insbesondere für Unternehmen, die kundenspezifische und komplexe Produkte anbieten. Fast alle Rapid-Prototyping-Methoden basieren auf computergestütztem Design zur Erstellung von Prototypen, und daher können wir sagen, dass CAD das Herzstück des Rapid-Prototypings ist. Schauen wir uns also kurz an, wie CAD sowohl die maschinelle Bearbeitung als auch die Rapid-Prototyping-Techniken für die additive Fertigung automatisiert.

1. CAD mit CNC-Bearbeitung

Das CNC-Prototyping umfasst Präzisions-Mehrachsenfräsen, Drehen, Erodieren, Drahterodieren und Schleifen. Es handelt sich um einen subtraktiven Prozess, bei dem der Prototyp durch Entfernen eines Großteils des Materials hergestellt wird. Die breite Palette technischer Materialien, die mit anderen Prototyping-Methoden nur schwer zu formen sind, kann mit CNC-Bearbeitung hergestellt werden. Die meisten CNC-Maschinen arbeiten mit G-Codes, die die Richtung des Schneidwerkzeugs, die Schnittgeschwindigkeit, die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnitttiefe vorgeben. Und G-Codes können aus dem DXF-Format von CAD-Dateien abgerufen werden.

2. CAD mit 3D-Druck

CAD-Software stellt Benutzern die Werkzeuge zur Verfügung, die sie zum Erstellen eines 3D-Modells von Grund auf benötigen. Dieses Modell kann dann verarbeitet, in Scheiben geschnitten und zum Drucken an einen 3D-Drucker gesendet werden. Die Erstellung eines 3D-Modells ist der erste Schritt zur Erstellung einer physischen, realen Nachbildung eines Objekts oder Konzepts.

Mit CAD-Software können Sie Ihr Modell in ein Dateiformat exportieren, das mit Slicing-Software kompatibel ist. Diese Slicing-Software übersetzt das Modell in G-Code-Anweisungen, die von einem 3D-Drucker interpretiert werden können. Sobald der Drucker über diese Anweisungen verfügt, kann er eine physische Nachbildung des ursprünglichen digitalen Modells erstellen.

3. CAD mit Vakuumguss

Beim Vakuumgießen werden Silikonformen verwendet, um unter Vakuum hochwertige Kunststoff- und Gummiteile herzustellen. Das für den Formenbau verwendete Urmuster wird anhand eines 3D-CAD-Modells erstellt und mit einer Prototyping-Technik hergestellt.

Schlussfolgerung

Auch beim Rapid Prototyping bietet der Einsatz von CAD eine Reihe von Vorteilen. CAD-Software entwickelt sich ständig weiter und wird immer benutzerfreundlicher, so dass es auch für diejenigen mit wenig Erfahrung einfacher ist, komplexe Modelle zu erstellen. Darüber hinaus können CAD-erstellte Prototypen einfach geändert und getestet werden, was einen effizienteren Designprozess ermöglicht.

Sie haben bereits eine CAD-Datei und fragen sich, wie Sie Ihre Ideen zum Leben erwecken können? WayKen ist immer für Sie da.

Wir sind ein führender Rapid-Prototyping-Hersteller mit einer hervorragenden Erfolgsbilanz bei der Herstellung hochwertiger Prototypen und bearbeiteter Teile. Mit unserer jahrelangen Erfahrung und Herangehensweise in der Bearbeitung können wir eine Vielzahl von Prozessen abwickeln, darunter CNC-Bearbeitungsservice, 3D-Druck, Spritzguss usw. Laden Sie also noch heute Ihre CAD-Datei hoch, und wir werden Ihre CAD-Entwürfe auf die bestmögliche Weise zum Leben erwecken.

FAQ

Welche Software wird für CAD verwendet?

Die beliebte CAD-Software ist AutoCAD, CATIA, Fusion 360, Inventor, SolidWorks, Onshape und Solid Edges.

Was sind die Vorteile von 3D- gegenüber 2D-CAD-Entwürfen?

 Das 3D-Modell bietet eine bessere Visualisierung für Personen ohne Kenntnisse im technischen Zeichnen. Wenn der Designer es betrachtet, ist es zufriedenstellender als 2D. Selbstverständlich können wir aus 3D-Modellen 2D-Ansichten generieren

Was sind die Grenzen von CAD?

Manchmal hat ein Designer eine ausgefallene Vorstellung, die zwar im CAD modelliert werden kann, deren physische Umsetzung jedoch kostspielig ist. Ein CAD-Benutzer benötigt die Schulung, um alle kommerziellen CAD-Programme verwenden zu können