3D-CAD-Software

Einführung

3D-CAD-Software (Computer Aided Design) unterstützt die Erstellung von 3D-Modellen und technischen Zeichnungen in verschiedenen Bereichen wie Fertigung, Architektur, Maschinenbau und 3D-Druck. Diese Software ermöglicht es den Benutzern, detaillierte 3D-Modelle eines potenziellen Objekts oder einer Struktur zu erstellen. So können sie jeden Aspekt der Struktur im virtuellen Raum planen, bevor Materialien verwendet werden. Das 3D-CAD-Programm ermöglicht auch die Visualisierung eines fertigen Produkts oder Projekts, was von Vorteil sein kann, wenn das Projekt dem Management oder potenziellen Investoren präsentiert werden soll.

Im Laufe der Jahre wurden die 3D-CAD-Programme um einige komplexe Kernfunktionen erweitert. Diese reichen von zeitsparenden automatischen Funktionen, die den Entwurfsprozess erleichtern, bis hin zu umfangreichen Berechnungen, die es dem Benutzer ermöglichen, Belastungsversuche an der entworfenen Struktur durchzuführen. Die Kernfunktionen konzentrieren sich jedoch auf die Erstellung von 3D-Entwürfen und die Möglichkeit, diese Entwürfe als technische Zeichnungen auszugeben, mit denen die Entwürfe in der realen Welt umgesetzt werden können. Dies erfordert ein hohes Maß an Genauigkeit und technischer Detailtreue sowie die Fähigkeit, alle erforderlichen Informationen in den technischen Zeichnungen klar darzustellen.

3D-CAD-Programme machen das Design realer Objekte wesentlich effizienter und kostengünstiger. Bei Objekten, die bisher eine lange Entwicklungszeit für Prototypen benötigten, kann diese Zeit erheblich verkürzt werden. Durch technisch genauere Konstruktionen können Toleranzen verringert werden, was die Materialkosten senkt und Konstruktionen ermöglicht, die ohne CAD-Programme nicht denkbar wären. Es ist auch möglich, bestimmte Teile eines Entwurfs zu exportieren, um sie direkt in CNC-Maschinen einzugeben, die das Teil unter Verwendung der von 3D-CAD-Systemen erzeugten Daten mit hoher Genauigkeit herstellen können.

3D-CAD-Tools können entweder spezialisiert sein oder sich allgemein auf das konzentrieren, was die Software entwerfen soll. Einige dieser Softwarelösungen bieten beispielsweise die Möglichkeit, komplexe physikalische Vorgänge zu simulieren, um zu testen, wie ein Entwurf auf verschiedene Kräfte reagiert. Andere sind eher auf den 3D-Druck ausgerichtet und verfügen über integrierte Funktionen, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass das Ergebnis korrekt gedruckt wird, z. B. durch automatisches Hinzufügen von Hilfsmaterial für den Aufbau. Einige eng verwandte Softwarekategorien sind Architektur CAD Programme und CAD Programme. Bei der Auswahl einer 3D-CAD-Software müssen Unternehmen natürlich viele Faktoren berücksichtigen, nicht zuletzt die im Softwarepaket enthaltenen Funktionen. Bei dieser Art von Software kann der Funktionsumfang von Lösung zu Lösung erheblich variieren. Einige der wichtigsten Funktionen, die enthalten sein sollten, um als 3D-CAD-Programm eingestuft zu werden, sind:

• Die Fähigkeit, ein breites Spektrum von Strukturen mit hoher Genauigkeit in 3D zu modellieren, mit der Möglichkeit, das fertige Modell zu betrachten und leicht Änderungen vorzunehmen.
• die Ausgabe von technischen Zeichnungen, die alle Informationen enthalten, die zur Herstellung des mit der Software entworfenen Bauteils oder Produkts erforderlich sind
• Import- und Exportfunktionen, die es dem Anwender ermöglichen, Konstruktionen aus anderen Programmen zu importieren, in andere Programme zu exportieren oder zur Verwendung in CNC-Maschinen zu exportieren.
• die Möglichkeit, Baugruppen - Sammlungen von bereits entworfenen Teilen - zu erstellen, die bei Bedarf wiederverwendet werden können

Was ist 3D-CAD-Software?

3D-CAD-Software macht den Entwurf von Bauwerken unterschiedlicher Größe und Komplexität wesentlich effizienter. Mit ihrer Hilfe kann der Benutzer viele anfängliche Probleme in der frühen Entwurfsphase lösen. Er kann z.B. herausfinden, wie die Struktur angeordnet werden muss oder ein Gefühl dafür bekommen, wie die Struktur in drei Dimensionen aussehen wird. Er kann sich auch ein Bild von den Anforderungen des fertigen Bauteils machen, d.h. wie viel Material es benötigt und wie viel Platz es in der realen Welt einnehmen wird.

3D-CAD-Software kann für verschiedene Designprogramme verwendet werden, von kleinen 3D-gedruckten Komponenten bis hin zu ganzen Gebäuden. Sie können auch für eher kosmetische Anwendungen wie die Planung der Innenausstattung eines Raumes eingesetzt werden. CAD-Programme sind in der Regel spezialisiert. Software für technische Anwendungen kann z. B. mit intensiven physikalischen Belastungsfunktionen ausgestattet sein. 3D-Konstruktionsprogramme, die für die Innenarchitektur bestimmt sind, verfügen nicht über eine Funktion für Belastungstests. Sie können jedoch mit einer Bibliothek von Möbelmodellen ausgestattet sein, die per Drag-and-Drop verschoben werden können, um den Entwurfsprozess zu vereinfachen.

Unternehmen können CAD-Software für eine Vielzahl von Zwecken einsetzen, die über das Entwerfen von Dingen für die Produktion hinausgehen. Ein Beispiel wurde bereits erwähnt: die Visualisierung von Plänen für die Inneneinrichtung. CAD-Software kann auch für Präsentationen verwendet werden, insbesondere wenn 3D-Zeichenprogramme die Erstellung von Animationen unterstützen. Mit CAD-Software kann eine einfache Stückliste (BOM: Bill of Materials) erstellt werden. Diese Art von Software wird normalerweise als Softwarepaket verkauft, das auf lokalen Computern installiert wird. Einige Hersteller bieten jedoch cloudbasierte Alternativen an, die in einem Webbrowser laufen und Informationen in der Cloud speichern. Es ist zu beachten, dass browserbasierte CAD-Systeme aufgrund technologischer Beschränkungen in der Regel eingeschränkter sind als Softwarepakete.

Was sind die Vorteile von 3D-CAD-Software?

Die Vorteile von 3D-CAD-Software liegen vor allem darin, dass sie den Entwurf realer Objekte und Strukturen erleichtert, wobei manchmal auch Aspekte wie die Belastung der Struktur durch ihr Gewicht oder externe Kräfte berücksichtigt werden. Im Vergleich zu traditionelleren Entwurfsmethoden kann mit dieser Art von Software ein Großteil der Verschwendung im Entwurfs- und Prototyping Prozess vermieden und somit die Kosten für den Entwurf von Produkten oder Strukturen gesenkt werden. Diese und viele andere spezifische Vorteile von 3D-CAD-Software werden im Folgenden aufgeführt:

• Reduzierung des Ausschusses während des Prototyping-Prozesses: Das Entwerfen eines physischen Objekts ist traditionell eine recht aufwendige Angelegenheit. Das liegt daran, dass es schwierig ist, einen Entwurf auf der Grundlage von Skizzen und physischen Modellen beim ersten Mal perfekt zu planen. Dabei treten zwangsläufig Probleme auf, die erst nach dem Bau des Bauwerks sichtbar werden. 3D-Zeichenprogramme reduzieren diese Fehler erheblich, indem sie dem Konstrukteur ein höheres Maß an Genauigkeit, Detailgenauigkeit und Kontrolle in der Entwurfsphase bieten.

• Reduzierung der Fehlerquote: Selbst die talentiertesten Architekten, Ingenieure und andere Fachleute können Dinge nur bis zu einem gewissen Grad genau entwerfen. Leider bedeutet dies, dass das Entwerfen „von Hand“ die Gestaltungsmöglichkeiten einschränkt, insbesondere wenn es sich um größere Strukturen handelt. CAD-Programme ermöglichen es dem Benutzer, Entwürfe mit einer viel höheren Genauigkeit zu erstellen. Das bedeutet, dass er bei der Konstruktion von Bauteilen mit geringeren Toleranzen arbeiten kann.

• Mehr Möglichkeiten zum Experimentieren: Ohne die Einschränkungen des physischen Prototypings können die Benutzer viel mehr Variationen und Stile in ihren Entwürfen ausprobieren, ohne sich in erster Linie um die Kosten für den Bau von Prototypen und Modellen kümmern zu müssen. Abgesehen von den Kosten für die Software sind die einzigen Kosten für diesen Teil des Prozesses die Zeit, die für das Design benötigt wird.

• Schnellere Fertigungsprozesse mit CNC-Maschinen: Obwohl CNC-Maschinen eher im Maschinenbau und 3D-Druck als in Bereichen wie Architektur oder Innenarchitektur eingesetzt werden, können sie den gesamten Prototyping- und Fertigungsprozess erheblich beschleunigen. Bei diesen Maschinen können die Daten direkt aus den CAD-Programmen in die Maschine exportiert werden, die dann das Teil automatisch herstellt. Dieser Prozess ist wesentlich schneller als herkömmliche Methoden, bei denen z. B. eine technische Zeichnung von Hand angefertigt wird und diese Zeichnung dann zur Herstellung des Teils von Hand verwendet wird.

• Durchführung komplexer physikbasierter Simulationen: Einige CAD-Systeme bieten die Möglichkeit, komplexe Simulationen durchzuführen, um die Belastung der entworfenen Struktur zu testen. Diese Simulationen werden häufig in der Architektur und im Ingenieurwesen eingesetzt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Struktur in sich stabil genug ist und externen Kräften, wie z. B. Wind, standhalten kann.

• Verfolgung des Materialverbrauchs in einem geplanten Bauprojekt: In vielen CAD-Systemen kann der Benutzer genaue Aufzeichnungen über die im Entwurf verwendeten Materialien führen. Dieser Datensatz ist in der Regel genau genug, um in einer Stückliste verwendet zu werden (nach Berücksichtigung von z.B. Ausschuss) und ermöglicht eine viel einfachere und schnellere Schätzung der Kosten für ein Projekt.

• Erstellung detaillierter technischer Zeichnungen: Trotz der Möglichkeit, alle erforderlichen Daten in CNC-Maschinen zu exportieren, werden im Ingenieur- und Bauwesen häufig technische Zeichnungen benötigt. Mit CAD-Programmen lassen sich diese Zeichnungen wesentlich einfacher erstellen als von Hand. In einigen Fällen gibt es sogar automatische Funktionen zur Erstellung technischer Zeichnungen.

• Verwendung von 3D-Modellen für Präsentationen und Verkaufsgespräche: Entwürfe, die mit 3D-CAD-Programmen erstellt wurden, können als Anschauungsmaterial verwendet werden, um zu zeigen, wie ein fertiges Projekt aussehen wird. Die Modelle können oft in eine spezielle Software exportiert werden, die das Design realistisch wiedergibt. Einige CAD-Systeme verfügen sogar über eine integrierte Rendering-Funktion.

Welche Funktionen bietet 3D-CAD-Software?

3D-CAD-Software verfügt in der Regel über eine Reihe von Kernfunktionen und eine Vielzahl von allgemeinen Funktionen. Die Kernfunktionen sollten in allen CAD-Programmen verfügbar sein, während die allgemeinen Funktionen von Software zu Software unterschiedlich sein können. Nachfolgend sind einige der häufigsten Funktionen von 3D-CAD-Software aufgeführt:

• 2D-Zeichnung: Obwohl der Schwerpunkt auf der 3D-Konstruktion liegt, ist es auch möglich, Objekte in 2D zu entwerfen. Obwohl es sich um eine einfache zweidimensionale technische Zeichnung handelt, ist sie ein Vorläufer für ein dreidimensionales Teil. Beispielsweise könnte ein Benutzer ein flaches Muster entwerfen, das nach Fertigstellung zu einer dreidimensionalen Form extrudiert werden kann. Ein anderes Beispiel für eine 2D-Zeichnung wäre das Zeichnen eines „Pfades“, entlang dessen ein 3D-Profil extrudiert werden kann, z. B. bei der Herstellung komplexer Rohrkonstruktionen.

• Stücklistenverwaltung: Verwaltung einer Stückliste. Auf diese Weise kann der Nutzer sehen, welche Materialien für das geplante Objekt benötigt werden, und in manchen Fällen sogar die Abfallmengen einkalkulieren. Wenn die Stückliste vorliegt, bevor die eigentliche Konstruktion oder Fertigung begonnen hat, kann die Planungsphase eines Projekts wesentlich reibungsloser verlaufen.

• Daten-Import/-Export: Import und/oder Export von Daten aus der CAD-Software. Ein Grund wurde bereits erwähnt – CNC-Maschinen. Andere Beispiele für die Notwendigkeit des Datenexports sind der Versand des Entwurfs an einen 3D-Drucker oder der Export in eine 3D-Rendering-Anwendung zu Präsentationszwecken. Es kann auch vorkommen, dass der Nutzer eine CAD-Datei aus einer anderen Anwendung importieren muss.

• 3D-Druckfunktionen: Häufig automatisierte Funktionen in 3D-Drucker Software, die für die Verwendung beim 3D-Druck entwickelt wurden und diesen Prozess erleichtern. Eine der gebräuchlichsten 3D-Druckfunktionen fügt dem Entwurf automatisch eine zusätzliche Stützstruktur hinzu, um zu verhindern, dass das Objekt während des Druckvorgangs durchhängt oder zusammenfällt.

• Animation und Präsentationsfunktion: Zunehmender Einsatz von CAD-Software in Verkaufs- und Präsentationsprozessen. Viele CAD-Systeme verfügen über integrierte Rendering-Funktionen, mit denen die 3D-Modelle in der Software realistisch dargestellt werden können. Noch mehr erlauben den Export der Modelle in ein Format, das dann in einer anderen Anwendung gerendert werden kann. Diese Bilder können in Präsentationen oder Verkaufsgesprächen verwendet werden, sodass der Benutzer anderen eine klare Vorstellung davon vermitteln kann, wie das Objekt aussehen wird, ohne es tatsächlich bauen zu müssen.

• Baugruppen: Wiederverwendung bestimmter Entwürfe in bestimmten Bereichen, sowohl im selben Projekt als auch bei anderen Projekten. Viele CAD-Programme ermöglichen die Erstellung von Baugruppen, die unabhängig von den größeren Modellen, in denen sie verwendet werden, gespeichert werden können. Darüber hinaus können diese Baugruppen beim Import in einen Entwurf verknüpft bleiben, sodass Änderungen an der Baugruppe automatisch die in der Baugruppe enthaltenen Teile aktualisieren.

• Kollaborationstools: Eine Form der Zusammenarbeitsfunktion bei für Großprojekte entwickelten CAD-Programmen. Das kann so einfach sein wie die Möglichkeit, Anmerkungen für das Designteam zu hinterlassen, aber auch die Möglichkeit bieten, dass mehrere Mitarbeiter des Designteams gleichzeitig an demselben Projekt arbeiten können.

• Simulationswerkzeuge: Einsatz von Simulationsfunktionen, zur Berechnung verschiedener Belastungen, die auf ein Bauwerk einwirken – z. B. Wind oder das Gewicht des Bauwerks selbst. So lässt sich feststellen, ob das Bauwerk diesen Kräften angemessen standhalten würde.

Was ist beim Kauf von 3D-CAD-Software zu berücksichtigen?

Bei der Anschaffung von 3D-CAD-Software ist unbedingt darauf zu achten, welche Anforderungen das Unternehmen an seine CAD-Software stellt. Diese Art von Software wird in der Regel immer noch als Lizenz pro Arbeitsplatz verkauft und kann schnell sehr teuer werden. Ein Unternehmen sollte daher darauf achten, dass es nur für die Funktionen der CAD-Programme bezahlt, die es auch wirklich benötigt. Kleinere Unternehmen können alles, was sie benötigen, über eine Software-as-a-Service-Option erhalten, während Unternehmen, die vollständige Physiksimulationen und Rendering-Funktionen wünschen, vorerst wahrscheinlich eine Komplettlösung erwerben müssen. Im Folgenden sind einige spezifische Punkte aufgeführt, die ein Unternehmen bei der Suche nach 3D-CAD-Software berücksichtigen sollte.

• Ist die Software für die richtige Branche geeignet? Nicht alle CAD-Programme sind gleich aufgebaut, und die Branche, für die die Software bestimmt ist, macht einen wesentlichen Unterschied bei den Funktionen und der Arbeitsweise. Einige CAD-Systeme bedienen mehr als eine Branche, andere versuchen, sämtliche Bereiche abzudecken, viele sind jedoch auf einen bestimmten Bereich spezialisiert. Daher sollte man unbedingt sicherstellen, dass die gewählte Lösung für die Branche und den Anwendungsfall geeignet ist.

• Was kostet 3D-CAD-Software? Wie bereits erwähnt, können CAD-Programme ziemlich teuer werden, insbesondere wenn es sich um High-End-Software handelt, die komplexe physikalische Berechnungen durchführen kann. Aus diesem Grund ist es ratsam, nur für die benötigten Funktionen zu bezahlen. Einige Softwareunternehmen entschärfen dieses Problem, indem sie modulare Software anbieten. In diesem Fall wäre ein „Basis“-Paket oder ein Abonnement verfügbar, das weitere Funktionen wie Add-ons oder Plugins enthält. Durch die sorgfältige Auswahl der benötigten Funktionen kann eine beträchtliche Menge Geld bei den Kosten der Software eingespart werden.

• Muss das Unternehmen Präsentationen erstellen? Wenn CAD-Programme im Rahmen eines Verkaufsprozesses eingesetzt werden sollen oder wenn Prototyp-Modelle dem Management oder anderen Parteien präsentiert werden sollen, müssen potenzielle Käufer sicherstellen, dass die Software diese Voraussetzungen erfüllen kann. Animationen werden für Ingenieurbüros, die mit beweglichen Teilen arbeiten, von entscheidender Bedeutung sein. Die Fähigkeit, ein Design in ein fotorealistisches Bild zu übertragen, ist ebenfalls von Vorteil. Diese Funktionen erhöhen jedoch die Kosten. Wenn das Unternehmen diese Funktionen der CAD-Software nicht benötigt, ist es wahrscheinlich besser, ein Paket zu wählen, das diese Funktionen nicht enthält.

• Speichert die Software die Daten sicher? CAD-Entwürfe gelten als sensible Informationen und müssen sicher aufbewahrt werden. Für lokal installierte Anwendungen sind in der Regel das Unternehmen und seine Infrastruktur dafür verantwortlich. Bei cloudbasierten Anwendungen werden diese sensiblen Daten jedoch online gespeichert. Es lohnt sich also, genau zu prüfen, ob die Daten sicher gespeichert werden.

• Ist die Software mit anderen Softwarelösungen kompatibel, die das Unternehmen verwendet? Wenn das CAD-Programm eines Unternehmens mit anderen Softwarepaketen zusammenarbeiten muss, die bereits im Einsatz sind (z. B. 2D-CAD-Software, die bisher verwendet wurde), sollte untersucht werden, ob die potenzielle neue Software mit diesen Anwendungen kompatibel ist. In den meisten Fällen ist dies nur eine Frage der Dateikompatibilität – ob die neue Software die von der alten Software exportierten Dateien öffnen kann – und sollte kein Problem darstellen. Es lohnt sich aber auf jeden Fall, sich vor dem Kauf teurer CAD-Programme sich dahingehend Gewissheit zu verschaffen.

• Wird die Software aktiv weiterentwickelt? CAD ist ein Softwarebereich, der sich sehr schnell entwickelt und in den nächsten Jahren sicherlich noch viele Neuerungen erfahren wird. Daher ist es wichtig, Software von einem Entwickler zu wählen, der aktiv an seinem Produkt arbeitet und es verbessert. Andernfalls kann es passieren, dass ein Unternehmen wichtige neue Funktionen verpasst und schließlich zusätzliche Software kaufen muss, um auf dem neuesten Stand zu bleiben.

Welches sind die wichtigsten Trends bei 3D-CAD-Software?

Da sich 3D-CAD-Software schnell weiterentwickelt, ist es wichtig, sich über die Trends in dieser Softwarekategorie zu informieren, um eine fundierte Kaufentscheidungen treffen zu können. Die wichtigsten Trends bei 3D-CAD-Programmen sind daher:

• Cloud CAD: Während traditionelle Softwarepakete in dieser Kategorie noch üblich sind, werden die Möglichkeiten des Cloud Computing und browserbasierter Anwendungen in Zukunft wahrscheinlich dazu führen, dass cloudnative CAD-Anwendungen zur Norm werden. Dies wird voraussichtlich zu einer Verlagerung hin zu einem Abonnement statt zu einem Lizenzsystem pro Einzelplatz führen.

• Künstliche Intelligenz: Künstliche Intelligenz (KI) führt in vielen Softwarekategorien zu großen Verbesserungen, und bei CAD wird es wohl kaum anders sein. Das generative Design ist ein Bereich, in dem die KI im CAD eingesetzt wird. Mit diesem System können Designteams optimierte Versionen eines Entwurfs auf der Grundlage verschiedener Parameter, wie z. B. der Kosten, erstellen.

• Additive Fertigung: Es wurde bereits erwähnt, dass einige CAD Software-Tools spezielle Funktionen für den 3D-Druck bietet. Mit zunehmender Verbreitung der additiven Fertigung dürfte dies in Zukunft immer weniger eine Besonderheit sein.

Quellen

Die hervorgehobenen Funktionen wurden anhand ihrer Relevanz und ihres prozentualen Anteils in den Produkten, die sie anbieten, im Verzeichnis von Capterra ermittelt. Folgende Quellen wurden in diesem Dokument verwendet:

1. CAD - Wikipedia (Zugriffsdatum: Freitag, 21. April 2023)

2. Ergonomische Kriterien für den CAD-Arbeitsplatz der Zukunft (Zugriffsdatum: Freitag, 21. April 2023)