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CAD Modellierung – alles Wissenswerte

Unter (3D-) Konstruktion oder CAD- Modellierung verstehen wir in der Regel die Erstellung des Designs eines technischen Produkts, sei es eine Maschine, Anlage, Einrichtung oder Struktur. Dies ermöglicht unserem Kunden eine anschließende Produktion. Im Anschluss verwendet man dafür die im Rahmen des Produktentwicklungsprozess erstellten bzw. zu erstellenden 3D- Modelle, technischen Zeichnungen und Montageanleitungen, sowie weitere notwendige Fertigungsunterlagen.

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CAD- Modellierung einer Antriebswelle

Parametrische CAD- Modellierung für einen strukturierten Modellaufbau

Die CAD Modellierung ist ein Teil des konstruktiven Entwicklungsprozesses. Die Modelle sind dabei üblicherweise parametrisiert erstellt. Die Steuerung von Modellen ist dabei so aufzubauen, dass eine Änderung der Parameter sich entsprechend auf das Gesamtmodell auswirkt. Im Gegensatz zur direkten Konstruktion werden Produkte nicht nach Geometrie, sondern nach Parametern verarbeitet. Das ermöglicht dem Konstrukteur das Modell jederzeit zu ändern. Die Parametertypen variieren von Anwendung zu Anwendung. Gelegentlich sind es Prozessparameter (z.B. bei Werkzeugen) für die Fertigung wie CNC-Offset-, Wärmebehandlungs- oder Toleranzdaten. Aber auch physikalische Parameter wie Lasten und Materialien, topologische Parameter und geometrische Parameter sowie geometrische Positionen und Abmessungen sind essentielle Bestandteile der CAD Modellierung. Ein parametrisch aufgebautes 3D- CAD- Modell ist idealerweise die Datenbasis, die die kompletten Informationen über das Bauteil enthält. Sogar Informationen über Fertigung und Toleranzen sind häufig im Datensatz enthalten.

Die interne Speicherung des Parametersystems ermöglicht das Auffinden der Abhängigkeiten und Beziehungen zwischen ihnen. Dies wird mit Beziehungen oder Beschränkungen erreicht. Dateneingaben aus externen Programmen wie Excel verknüpfen sich automatisch mit manuell eingegebenen Daten. Diese Werte können nun mathematische Berechnungsmethoden verwenden, um Abhängigkeiten und Beziehungen zu berechnen. Diese Einschränkungen sind in der Regel als algebraische Beziehungen, Mengen, logische Operationen sowie die Kongruenz, Parallelität und Horizontalität geometrischer Beziehungen definiert.

Parameter haben also nicht nur Einfluss auf die geometrische Form eines Bauteils, sondern sie können auch so definiert werden, dass Sie über Schnittstellen an eine geeignete Berechnungssoftware weitergegeben werden, die diese optimiert. Das mit den optimalen Parametern aktualisierte Modell bildet beispielsweise so wiederum die Datenbasis zur Weitergabe des Datensatzes in die CNC- Fertigung.

Vorteile intelligenter CAD- Modelle

Intelligente CAD- Modelle werden in der Regel durch Anwendung konstruktiven Basiswissens, sowie entsprechender Kenntnisse über Bauräume und geometrische Beziehungen grundlegend parametrisch aufgebaut. Daher können Form und Geometrie eines intelligenten Modells in der Entwurfsphase trotz geringen Wissens über seine endgültige Form durch Anpassung entsprechender Werte und Konstruktionsregeln gesteuert werden. Dies basiert auf der sogenannten wissensbasierten Parametrisierung. Unter Verwendung von Größen- und Beschränkungsbildschirmen sind 2D-Zeichnungen sichtbar, die mit Geometrie- und Anzeigeparametern verknüpft sind. Dies bezeichnet man auch als Dimensionsgeometrie. Um geometrische Figuren zu zeichnen, ist ein Design zu erstellen. Hierzu wird beispielsweise in einer Ebene eine 2D- Skizze mit parametrisierten Abmessungen erstellt, die dann mittels eines weiteren parametrisierten Maßes in die dritte Dimension extrudiert wird. So erhält man einen 3D- Körper, der dann anschließend durch das ebenfalls parametrische Hinzufügen von Rundungen, Fasen, Freiformflächen, oder anderen Konstruktionselementen zum finalen Design weiterentwickelt wird.

Das Programm versucht dabei, den Inhalt und die impliziten Symbolbeschränkungen zu identifizieren, die es anwendet und verwendet dazu regelbasierte Verfahren. Der Benutzer weist im Anschluss den fertigen Bauteilgeometrien separate Größen zu, bis sie vollständig parametriert den zugehörigen Baugruppen in der Gesamtkonstruktion zugeordnet sind.

Strukturierte Vorgehensweise bei der CAD- Modellerstellung

Ingenieure legen also aus guten Gründen Wert auf eine parametrische Modellstruktur mit graduellen geometrischen Formen. Hierzu erstellt der Konstrukteur primitive parametrische 3D- Körper und verarbeitet sie entsprechend weiter. Alternativ dazu erstellt er 2D- Skizzen, die er dann zu komplexeren 3D- Körpern extrudiert. Diese Primitivkörper (Zylinder, Quader, etc.) oder extrudierte 2D-Skizzen werden anschließend mit 3D-Elementen (Rundungen, Fasen, Bohrungen, etc.) ergänzt. Die Proportionen und Grenzen des Entwicklungsingenieurs sind dabei selbstverständlich in einem gewissen Rahmen nach den persönlichen Absichten anpassbar. Allerdings sorgt ein parametrischer Aufbau der Modellstruktur dafür, dass mehrere Entwicklungsingenieure gleichzeitig an mehreren aneinandergrenzenden Baugruppen arbeiten können, während grundsätzliche Abmessungen und Beziehungen der Bauteile eines Modells untereinander erhalten bleiben.

Bei der CAD Modellierung ist jedoch stets in aufeinander aufbauenden Etappen zu arbeiten, da sich die einzelnen Schritte ergänzen. Voraussetzung für die korrekte Erstellung der Struktur ist eine sorgfältige Planung. Dafür brauchen Designer einen kühlen Kopf und ein gutes Verständnis für die eigene Organisation und Planung. Die CAD Modellierung eignet sich optimal für sämtliche Produktdesigns.

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