6 CAD-Technologien und wann man sie einsetzen sollte

Anmerkung der Redaktion: Dieser Beitrag wurde ursprünglich 2017 veröffentlicht und im Dezember 2022 aktualisiert.

Als ich mit dem Ingenieurstudium begann, stand CAD in der Regel für computergestütztes Zeichnen. Kurze Zeit später, als 3D-Modellierer immer beliebter wurden, wurde der Begriff umgangssprachlich zu computergestütztem Design. Jetzt, im Jahr 2022, bin ich davon überzeugt, dass wir im Zeitalter des echten computergestützten Engineerings, kurz CAE, angekommen sind.

Warum befinden wir uns im Zeitalter von CAE? Wir erleben die Integration zahlreicher Technologien, die 3D-Modellierungstools aufwerten und sie von einer Bequemlichkeit in einen Design-Assistenten verwandeln, der an unserem Produktentwicklungsprozess teilnimmt.

Diese Idee erweitert die bahnbrechende Arbeit von Andreas Vlahinos im Bereich der additiven Fertigung (AM). Das Ingenieurwesen unterscheidet sich vom Design dadurch, dass es bei der Entwicklung neuer Produkte Mathematik und eine etablierte Theorie der Mechanik anwendet.

Sehen wir uns sechs neue und aufkommende 3D-CAD-Technologien an (und wann man sie einsetzen sollte):

1. Topologie-Optimierung und generatives Design: Diese Tools stehen für die Anwendung von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) auf den Designprozess. Mit der Topologieoptimierung können Sie eine einzige Lösung für ein technisches Problem finden. Das generative Design erzeugt zu Beginn des Designzyklus zahlreiche potenzielle Konzepte.

2. Additive Fertigung: Die additive Fertigung, die eng mit dem 3D-Druck verbunden ist, hilft bei der Herstellung von Teilen, die leichter sind, eine komplexere Geometrie aufweisen und aus weniger Komponenten bestehen, als dies mit herkömmlichen subtraktiven Fertigungsverfahren möglich ist.

3. Echtzeit-Simulation: Mit der Echtzeitsimulation können Ingenieure Struktur-, Wärme-, Modal- und Strömungsanalysen an unseren Modellen durchführen. Die Ergebnisse werden während des Entwurfs auf der Geometrie aktualisiert und geben unmittelbares Feedback darüber, wie sich Änderungen auf das Modell auswirken.

4. Modellbasierte Definition (MBD): Bei der modellbasierten Definition (MBD) handelt es sich um ein mit Anmerkungen versehenes 3D-Modell, das alle Informationen enthält, die für die Herstellung und Prüfung eines Produkts erforderlich sind. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen 2D-Zeichnung werden bei MBD die Abmessungen, Toleranzen, Hinweise, Symbole, Oberflächenbeschaffenheiten und andere Informationen, die Komponenten und Produkte definieren, im Modell erfasst. Anstelle einer Zeichnung können Sie das Modell entweder in seinem ursprünglichen Format oder in einem neutralen STEP-Format freigeben. So beginnen Sie den Weg zu einem modellbasierten Unternehmen.

5. Verhaltensmodellierung: Durchführbarkeits- und Optimierungsstudien ermöglichen es uns, unsere Designabsichten in Modelle einzubauen. Wir können jede Abmessung oder jeden Parameter innerhalb eines bestimmten Bereichs variieren, um Konstruktionszwänge zu erfüllen und eine andere Größe, z. B. die Masse, zu minimieren oder zu maximieren.

6. Ergonomisches Design: Ergonomisches Design gewinnt für Produktdesigner und Ingenieure zunehmend an Bedeutung. Und warum? Genauso wenig wie es Menschen in einer bestimmten Form oder Größe gibt, sollten auch Form, Passform oder Funktion nicht gleich sein. Mit den neuen Funktionen in Creo 9 können Sie die Einzigartigkeit der Benutzer berücksichtigen, wenn Sie Produkte für sie entwerfen. Mit ergonomischen Designs stellen Sie Ihren Kunden in den Mittelpunkt Ihres Designprozesses.

Wie Sie aufkommende Technologien in Ihrem Designprojekt nutzen können

Wie sieht es aus, wenn Sie diese neuen Technologien kombinieren? Stellen Sie sich vor, Sie beginnen ein neues Designprojekt. Ihr Arbeitsablauf könnte wie folgt aussehen:

1. Sie entwickeln Konstruktionsanforderungen für die Umhüllung, Ein- und Ausschlussvolumina, Randbedingungen an den Schnittstellen Ihres Produkts mit anderen Komponenten und Belastungsfälle.
2. Auf der Grundlage der Anforderungen entwickeln Sie ein Mehrkörpermodell, um die Ausgangsgeometrie (anfängliche Umhüllung), die erhaltene Geometrie (Volumina, die beibehalten werden müssen), die ausgeschlossene Geometrie (Volumina, die vermieden werden müssen) und die nicht benannten Körper (Geometrie, die die Erstellung von Randbedingungen und Belastungsfällen erleichtert) zu definieren.
3. Sie entwickeln Topologie-Optimierungs- und/oder generative Designstudien, damit Creo mögliche Lösungen formulieren kann..
   • Topologieoptimierung hilft Ihnen, die beste Lösung zu finden, unabhängig von den von Ihnen angegebenen Kriterien und Fertigungsverfahren (CNC-Bearbeitung, Spritzguss/Gießen oder additive Fertigung).
   • Generative Design Studien werden in der Cloud durchgeführt und nutzen die Atlas SaaS-Technologie. Die Studie liefert zahlreiche potenzielle Designalternativen, die Ihr Team wahrscheinlich nicht in Betracht gezogen hätte. Sie wenden Pareto-Methoden an, um die Ergebnisse einzugrenzen und ein erstes Konzept auszuwählen.
4. Sie richten eine Echtzeitsimulation ein, damit Sie sehen können, wie sich die kritischen Analysewerte bei der Verfeinerung des Entwurfs ändern.
5. Sie leiten eine Design-Sondierungssitzung ein, die sich auf ergonomisches Design konzentriert, damit Sie Designalternativen entwickeln können, die besser zu Ihrem Zielkunden passen.
6. Sie verfeinern die Konstruktion, indem Sie Gitterfeatures verwenden, um die Masse von Komponenten zu reduzieren, die mittels additiver Fertigung hergestellt werden sollen. Die Abmessungen der Gitter-Features können als Konstruktionsparameter in Machbarkeits- und Optimierungsstudien verwendet werden.

Bei diesem Arbeitsablauf hat Ihr CAD-Paket den größten Teil der schweren Arbeit während des gesamten Konstruktionsprozesses geleistet, vom Konzept bis zur detaillierten Konstruktion. Simulation und Optimierung werden parallel zur Konstruktionsarbeit durchgeführt und nicht erst am Ende des Prozesses.

Neue Technologien in Creo 9

CAD-Tools haben sich von der einfachen Befolgung unserer Anweisungen und der Erleichterung der Geometrieerstellung zu einem quasi unabhängigen technischen Assistenten entwickelt. Es ist eine aufregende Zeit, in der Produktentwicklung tätig zu sein.

Sind Sie mit all diesen neuen Technologien vertraut? Würde eine von ihnen Ihrem Konstruktionsprozess zugute kommen?

Creo 9 führt eine Vielzahl von kundenorientierten Verbesserungen ein, die den Arbeitsalltag produktiver machen. Dazu gehören neue Werkzeuge für die Verwaltung, Bearbeitung und das Verständnis von CAD-Modellen sowie Erweiterungen der Funktionen für ergonomisches Design, modellbasierte Definition (MBD), Simulation, generatives Design und additive und subtraktive Fertigung. Erfahren Sie hier mehr über Creo 9.