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CAD/CAM Software

Computer Aided Design (CAD) 

Als Computer Aided Design (CAD, dt. rechnerunterstützte Konstruktion) wird die Computergestützte Entwicklung und Konstruktion von Bauteilen bezeichnet. CAD beschreibt in der Regel die Erzeugung und Veränderung eines virtuellen Modells des zu entwickelnden Bauteils. Aus diesem Modell lässt sich, neben verschiedenen Ansichten und Zeichnungen, direkt der NC-Code zur Herstellung des Bauteils ableiten. Die Abbildung zeigt Teile eines CAx-Systems mit den Teilbereichen CAD und CAM (Computer Aided Manufacturing, dt. rechnerunterstützte Fertigung) [1]. 

Das gesamte System umfasst zudem weitere Tools für die Bereiche der Bauteilauslegung (CAE), Planung (CAP) und Qualität (CAQ). Durch die zunehmende Digitalisierung werden die CAx-Systeme laufend um weitere Funktionen und Tools erweitert, die betriebliche Abläufe, Entwicklungs- und Fertigungsprozesse abbilden. 

Einzelteilkonstruktion 

Es existieren verschiedene Konstruktionsansätze, die sich nach der gewünschten Funktion richten und entsprechend eingesetzt werden. Flächenmodelle besitzen keinerlei Volumen und sind insbesondere für die Darstellung und Manipulation von komplexen Oberflächen geeignet. Beispiele für ihren Einsatz sind Automobilkarosserien, Konsumgüter oder Flugzeugrümpfe. Das Flächenmodell beschreibt somit die Hülle der Geometrie. Durch die Kombination mehrerer Flächen kann ein geschlossener Körper erzeugt werden, der sich in ein Volumenmodell überführen lässt. Bei Volumenmodellen ist nicht nur die Oberfläche definiert sondern das gesamte Volumen des Körpers. Dies ermöglicht es dem Konstrukteur, Trägheitsmomente, den Schwerpunkt, oder über die Zuweisung einer Dichte, das Gewicht des Modells zu ermitteln. 

Baugruppen 

Neben der Modellierung von Einzelteilen können diese auch zu auch komplexe Baugruppen kombiniert werden. Mit der Hilfe von Zwangsbeziehungen können Montagestudien und kinematische Analysen durchgeführt werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich die Einzelteile im CAD theoretisch durchdringen können. Zur Vermeidung späterer Komplikationen beim Zusammenbau bieten alle gängigen CAD-Softwaretools Analysen zur Bauteildurchdringung an. 

Normteile müssen in der Regel nicht selbst konstruiert werden, sie können von Herstellern oder aus Normteildatenbanken übernommen werden und können direkt in die Baugruppe integriert werden. 

Software 

Es gibt eine Vielzahl kommerziell verfügbarer CAD-Software, wobei sich häufig branchenspezifische Lösungen durchgesetzt haben. Der Tabelle können einige kommerziell verfügbare Softwaretools entnommen werden. Neben kostenpflichtigen Tools für den professionellen Einsatz gibt es eine wachsende Zahl von Freeware mit meist eingeschränkten Funktionen. 

Softwarename Hersteller LinkBranchen 
CATIA Dassault Systèmes https://www.3ds.com/de/   Flugzeug- und Automobilbau, Maschinenbau, Werkzeugbau, Formenbau, Modellbau, Design, Schiffbau 
Inventor AUTODESK https://www.autodesk.de/   Maschinenbau, Apparatebau, Anlagenbau, Werkzeug- und Formenbau, Produktdesign, Fahrzeugbau, Blechbearbeitung, Simulation, Montageanleitungen, FEM-Analysen 
NX Siemens PLM Software https://www.plm.automation.siemens.com/global/de/  Maschinenbau, Anlagenbau, Werkzeug- und Formenbau 
Pro/ENGINEER Parametric Technology Corporation https://www.ptc.com/en  Maschinenbau, Anlagenbau, Automobilbau (v. a. Antriebsstrang), Konsumgüterindustrie 

Neben der reinen Modellerzeugung zur Ableitung von Zeichnungen bildet das CAD-Modell die Basis für eine Reihe weiterer Möglichkeiten im Bereich der digitalen Produktentwicklung. Über geeignete Schnittstellen kann das Modell beispielsweise für die Bauteilauslegung genutzt werden (CAE, Computer-Aided Engineering). 

CAM 

Computer Aided Manufacturing beinhaltet verschiedene technische und planerische Aspekte der Bauteilherstellung und -montage. Darunter fallen neben Maschinen- und Werkzeugplanung die Verwaltung der benötigten Analgen und deren Peripherie, sowie die Ableitung des Maschinen-Codes zur Maschinensteuerung aus dem CAD-Modell (weitere Informationen zu verschiedenen Maschinentypen im Abschnitt Fräsmaschinen ). Diese Vorgehensweise ermöglicht die Arbeitsvorbereitung unabhängig von der Bearbeitungsmaschine. Bearbeitungsprogramme für Freiformflächen können direkt aus der Geometrie abgeleitet werden. Zudem lassen sich die erstellten Programme auf Kollisionen oder Fehler untersuchen. Die durchgängige Digitalisierung von Produktentwicklung und Fertigung ermöglicht es neue Produkte schnell, kostengünstig und qualitativ hochwertig umzusetzen. 

Quellen/Links/Literatur 

[1] Hehenberger, Peter: Computerunterstützte Produktion, Springer Verlag 2020, https://www.springerprofessional.de/computerunterstuetzte-produktion/17883728 

Übersicht kostenloser CAD-Programme: https://all3dp.com/de/1/free-cad-software-2d-3d-cad-programm-kostenlos/ 

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