CAD – Bedeutung, Vorteile und Programme

CAD (Abkürzung für Computer-Aided-Design – deutsch: rechnerunterstütztes Konstruieren) bezeichnet eine Methode zur digitalen Erstellung, Analyse und Modifikation von technischen Zeichnungen. Diese Vorgehensweise wird bei der Entwicklung unterschiedlichster Produkte und Geräte verwendet, zum Beispiel Autos, Kleidung oder auch Metallkonstruktionen. Was ist mit CAD alles möglich? Was ist die CAD Bedeutung im Metallbau? Und welche Vorteile ergeben sich daraus? Das und mehr beleuchten wir im folgenden Beitrag. 

CAD – Welche Bedeutung steckt hinter dem Begriff?

CAD Definition: Der Begriff CAD beschreibt Software und Techniken, die sowohl die Erstellung als auch die Konzeption von Objekten mit einem Computer möglich machen. 

CAD wird mithilfe einer Software durchgeführt. Im Grunde können Programme dieser Art als 3D-Modellierer gesehen werden. Allerdings verfügen sie über technische Metriken und Komponenten, die übliche 3D-Modellierer nicht aufweisen. Daher sind sie vor allem in der Industrie ein inzwischen unerlässliches Hilfsmittel, um Geräte und Bauteile zu konstruieren und zu designen. 

Die unterschiedlichen CAD Programme und CAD Systeme

Da CAD Konstruktionen im professionellen Kontext nicht mehr wegzudenken sind, existieren mittlerweile natürlich auch eine Vielzahl an unterschiedlicher Software mit CAD Programmen und CAD Systemen, die dabei helfen, Designs und Modellierungen zu erstellen. Dazu gehören unter anderem: 

• AutoCAD
• PTC Creo
• SpaceClaim
• SolidWorks
• CATIA uvm. 

Welche Software am geeignetsten ist, lässt sich nicht allgemeingültig festlegen. Hier kommt es ganz auf die persönlichen Anforderungen und die zu konstruierenden Objekte an. Wenn Sie auf der Suche nach einer passenden Software für Ihr Unternehmen sind, sollten Sie eine umfangreiche Recherche durchführen, bevor Sie sich für ein CAD Programm entscheiden. 

In welchen Bereichen wird CAD eingesetzt?

CAD findet in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung, z. B.: 

• Metallbau
• Maschinenbau
• Architektur
• Medizintechnik
• Flugzeug- und Automobilbau
• Landschaftsplanung
• Möbel- und Holzbau
• Game-Design/Web-Design
• Produktdesign

Werkzeuge der CAD-Modellierung – diese Möglichkeiten gibt es

CAD verfügt über eine Vielzahl an Werkzeugen, die dabei helfen, computergestützte Konstruktionen zu erstellen. 

1. 2D-Modellierung

Die 2D-Modellierung beim CAD funktioniert im Grunde wie eine normale Zeichnung. Wie das “2D” schon vermuten lässt, wird hier auf einer Ebene gearbeitet. Die erstellten Bauteile lassen sich überwiegend in Schnitten und Ansichten darstellen. Häufig wird dieses Werkzeug beim CAD verwendet, um die technischen Details eines Bauteils darzustellen oder um Erklärungen zu Konzepten oder Überlegungen zu visualisieren. 

2. 3D-Modellierung

Wie der Name bereits verrät, können mit diesem Werkzeug einer CAD Software dreidimensionale Formen und Bauteile visualisiert und gespeichert werden. Die Vorteile dieses Werkzeuges sind offensichtlich: Es lässt sich eine besonders realitätsnahe Darstellung realisieren. Außerdem ist eine bessere räumliche Vorstellung der jeweiligen Konstruktion erreichbar. Innerhalb der 3D-Modellierung einer CAD Software sind häufig folgende Repräsentationsarten eines CAD Models möglich: 

• Kantenmodelle
• Flächenmodelle
• Volumenmodelle
• Constructive Solid Geometry (CSG-Modellierung)
• Boundary Representation (B-rep)

3. Direkte Modellierung

Bei der direkten Modellierung im CAD arbeitet man nur mit festen Werten und nicht mit Variablen. Genauer bedeutet das, dass die Oberflächen des Modells direkt bearbeitet werden (z. B. über Funktionen wie Skalieren, Dehnen oder Verschieben), anstatt eine Änderung über indirekte Features hervorzurufen. Dieses Werkzeug eignet sich ideal dafür, Designs schnell zu ändern, ohne das gesamte CAD Modell umzustellen. Denn es bestehen keine dauerhaften Abhängigkeiten zwischen den geometrischen Elementen, weshalb sich nur die ändern, die man auch wirklich anpassen möchte. Daher wird die direkte Modellierung häufig am Anfang, zum Beispiel in der frühen Konzeptphase eingesetzt. 

4. Parametrische Modellierung

Im Gegensatz zur direkten Modellierung wird das Modell beim CAD hier mittels Parametern gesteuert. Bei den Parametern kann es sich um verschiedene Arten handeln, zum Beispiel geometrische, aber auch physikalische Parameter. Diese CAD Daten werden innerhalb des Systems gespeichert, wodurch sich Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen ihnen herstellen lassen. Das bedeutet aber auch, dass sich nur erfolgreich mit der parametrischen Modellierung arbeiten lässt, wenn man sich mit Parametrik auskennt und die Konstruktion intelligent, durchdacht und stringent strukturiert. 

5. Chronologie-basierte Modellierung

Bei der chronologie-basierten Modellierung wird der Erzeugungsverlauf des Modells aufgezeichnet. Es lässt sich also nachvollziehen, inwiefern sich die erzeugte CAD Zeichnung im Arbeitsverlauf verändert hat. In einem Chronologiebaum werden die einzelnen Arbeitsschritte stetig aktualisiert und gespeichert. Im Nachhinein lässt sich hier somit der gesamte Ablauf einsehen. 

6. Baugruppenmodellierung

Die Baugruppenmodellierung im CAD macht es möglich, Einzelteile in Beziehung zueinander zu bringen. Genauer werden einzeln erstellte und gespeicherte Modelle zu einer ganzheitlichen Konstruktion zusammengefügt. Sinnvoll ist dieses CAD Werkzeug vor allem dann, wenn ein Produkt zwar in seiner Gesamtheit dargestellt werden soll, die Einzelteile aber trotzdem sichtbar sein sollen, zum Beispiel, wenn Kollisionen überprüft werden sollen. 

7. Feature-basierte Modellierung

Bei dieser Art der CAD Modellierung werden Features verwendet, also Werkzeuge, die konstruktive Aspekte als Einheit in das Modell implementieren. Diese Features können unter anderem auch Informationen zu technologischen, qualitätsbezogenen oder fertigungstechnischen Aspekten haben. Deshalb kann diese Art der Modellierung zu einer höheren Automatisierung der Prozesse beitragen, zum Beispiel im Hinblick auf CAM (Bedeutung: Computer Aided Manufacturing). Mit CAM lässt sich die Fertigung verbessern, also beispielsweise Abläufe in der Fertigung vom Prototypen bis zum fertigen Produkt. Das Zusammenspiel von CAD und CAM kann sogar die Programmierung von CNC Maschinen vereinfachen. 

Die Features lassen sich im CAD auf drei verschiedene Arten anfertigen: 

• Interaktive Featureerkennung
• Automatische Featureerkennung
• Konstruieren mit Features

8. Makrotechnik

Die Makrotechnik im CAD dient dazu, vordefinierte und gespeicherte Formen oder Features schnell und ohne viele Eingaben herstellen zu können. Das ist natürlich dann sinnvoll, wenn bestimmte Geometrien besonders häufig verwendet werden und daher immer wieder im CAD-Programm erzeugt werden müssen (z. B. Fenster in der Architektur). 

Bei der Makrotechnik im CAD unterscheidet man zwischen zwei Arten: 

• Gestaltmakros
• Befehlsmakros

9. Variantenprogrammierung

Die Variantenprogrammierung bezeichnet im CAD die Möglichkeit, das Modell mittels bestimmter Programmiersprachen zu erzeugen, beispielsweise Python oder C++. Dafür wird ein Texteditor verwendet, in dem man die gewünschten Modellierschritte einfügt. Im Anschluss führt das CAD System diese aus. Änderungen werden ebenfalls nicht im CAD selbst vorgenommen, sondern wieder im Texteditor beschrieben und dann vom CAD Programm übernommen. 

10. Allgemeine Hilfsmittel

Des Weiteren lassen sich im CAD auch noch weitere Hilfsmittel verwenden, die beispielsweise verschiedene Ansichten des Modells ermöglichen oder die Organisation erleichtern. Unter anderem gibt es Werkzeuge wie etwa das Ansichtsfenster, Koordinatensysteme, Objektfänge oder die Ebenentechnik. 

CAD – Vorteile

Wenn man mit CAD arbeitet, ergeben sich für Unternehmen einige Vorteile: 

• Zeitersparnis: Die schnelle Zeichnungserstellungen, die Möglichkeit, Makros und Features oder Norm- und Wiederholteile zu verwenden und die Tatsache, dass die meisten Konstruktionsänderungen ohne großen Aufwand realisiert werden können, sorgen dafür, dass dank CAD viel Zeit eingespart werden kann. 
• Kostenersparnis: Da mit CAD die Konstruktionszeiten erheblich verkürzt werden können, können natürlich auch die Kosten reduziert werden. Allerdings gilt es hierbei zu bedenken, dass die Anschaffung einer CAD Software zunächst mit hohen Kosten einhergeht. Mit wie viel genau zu rechnen ist, lässt sich nicht allgemeingültig sagen, da die Preise bei den unterschiedlichen Softwares variieren können. 
• Fehlerminimierung: Da bei CAD ein Computer die Berechnungen und Kollisionsanalysen durchführt, treten weniger Fehler auf. 

CAD – Fazit

CAD (Computer-Aided-Design) bezeichnet die Erstellung und Konzeption von Objekten am Computer. Dazu benötigt man eine CAD Software. Diese Technik findet in vielen verschiedenen Bereichen Anwendung, unter anderem im Metallbau, der Medizintechnik oder der Architektur. Eine CAD Software verfügt in der Regel über eine Vielzahl an Werkzeugen, die die Arbeit merklich erleichtern können. Neben der 2D-Modellierung und 3D-Modellierung ist hier beispielsweise auch eine direkte oder eine parametrische Modellierung möglich. Mit CAD zu arbeiten, kann Unternehmen einige Vorteile bescheren. Dazu zählen Zeitersparnis, Kostenersparnis und auch Fehlerminimierung. 

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