Ein 3D-Modell selbst am Computer zu entwickeln und zu konstruieren ist sehr aufwendig. Gleichzeitig ist es aber die spannendste Art ein solches Modell zu erhalten.

Für die Erstellung des 3D-Modells sind zahlreiche CAD-Programme auf dem Markt.

Eine „All in One“ – Software ist allerdings nicht dabei. Dafür ist der Bereich 3D-Modellierung einfach zu facettenreich genauso wie der 3D-Druck selbst.

Es ist deshalb wichtig, sich mit den unterschiedlichen CAD-Programmen auseinander zu setzen. Nur so kann das richtige Programm für den jeweiligen Anwendungsfall gefunden werden.

Unterschiede gibt es beispielsweise in Komplexität, Benutzeroberfläche sowie Werkzeugtools. Einige CAD-Programme wurden sogar nur für eine bestimmte Branche entwickelt.

Das Erstellen von umfangreichen 3D-Modellen ist nicht in kurzer Zeit erlernbar, hierbei bedarf es Geduld und Ausdauer. Aber jede Stunde Anstrengung und Denksport lohnt sich, da dieses Themenfeld die Basis für alle im Zusammenhang mit dem 3D-Druck stehenden Vorgänge bildet.

Zum besseren Verständnis für diese Thematik vorab eine kurze Erläuterung der Begriffe.

Was ist ein CAD-Programm?

Beim 3D-Druck sind CAD-Programme unverzichtbar. Das Kürzel CAD steht für Computer Aided Design, bezieht sich also auf die rechnergestützte Generierung von Konstruktionsdaten. Für die verschiedenen Aufgabenbereiche gibt es jeweils die geeignete Programmunterstützung.

CAD-Programme stehen sogar als kostenlose Version zum Download bereit. Schon bei dieser Freeware ist die Auswahl sehr groß.

CAD-Programme werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt und sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Neben 3D-Modellierung können damit auch Renderings, Animationen, Simulationen und CAM-Programme erstellt werden, selbst Routineaufgaben wie das Bemaßen von Zeichnungen ist problemlos möglich. Die aktuellen CAD-Programme stehen für alle gängigen Betriebssysteme wie Windows, Linux und Mac zur Verfügung.

So groß wie die Auswahl an CAD-Programmen sind auch die Preisunterschiede.

Die Preise der namhaften Hersteller liegen oft im fünfstelligen Bereich. Das kann sich ein Tüftler oder ein Start-up-Unternehmen einfach nicht leisten.

Gerade für Einsteiger oder kleinere Firmen sind daher die Freeware CAD-Programme interessant.

Für erste Experimente sind diese vollkommen ausreichend. Man kann sich schrittweise im eigenen Tempo ohne zusätzlichen Kostenaufwand einarbeiten.

Natürlich sind verschiedene Funktionen im Vergleich zur Industrie-Software eingeschränkt, aber hier ist das Kosten-Nutzen-Verhältnis ausschlaggebend.

Welches CAD-Programm ist das richtige?

Eine pauschale Antwort dafür gibt es nicht.

Die Zweckmäßigkeit des CAD-Programmes ist abhängig von den jeweiligen Ansprüchen des Konstrukteurs und den technischen Funktionen des Bauteils.

Einige CAD-Programme orientieren sich an den Bedürfnissen von Technik-Ingenieuren, während andere auf künstlerisch-kreative Anforderungen ausgerichtet sind. Letztere eignen sich besser zur Umsetzung von organischen Formen.

Mit der Vielzahl von CAD-Programmen werden ganz unterschiedliche Arbeitsbereiche abgedeckt. So eignet sich Blender für 3D-Druckmodelle ebenso wie für Animationen und wird damit auch für die Erstellung von Videos und Games interessant.

Die freie Software Fusion 360 eignet sich für das konstruieren von technischen Modellen und stellt viele Funktionen zur Verfügung, die für die Erstellung von 3D-Modellen benötigt werden. Dieses Programm hat neben der 3D-Modellierung noch weitere Funktionen wie Rendering, Animationen, Simulationen, uvm., weshalb diese Software einen großen Anwendungsbereich abdecken kann.

Das wichtigste Entscheidungskriterium, ob kostenlos oder kostenpflichtig sollte immer der Verwendungszweck sein

Die großen Preisunterschiede erklären sich in den Funktionen und der Erweiterbarkeit der CAD-Programme. Zudem lohnt sich ein Blick auf die detaillierten Features, die Vor- und Nachteile. Die Möglichkeiten der modernen CAD-Programme sind sehr vielfältig. Mit der richtigen Auswahl kann das Potenzial des 3D-Druckers optimal ausgenutzt werden.

Im Allgemeinen können wir zwischen den drei großen Kategorien unterscheiden:

Konstruktionsprogramme
Designprogramme
Customizerprogramme

In den neuen Softwareprodukten der großen Hersteller sind Überschneidungen zwischen den einzelnen Kategorien zu finden, sodass eine klare Zuteilung der einzelnen Programme schwer möglich ist.

Arbeitsweise bei CAD-Programmen

Konstruktionsprogramme:

Mit Konstruktionsprogrammen können 3D-Modelle auf unterschiedliche Art erstellt werden.

Flächen Modellierung:

In den meisten Fällen wird mit exakten Maßen und Abhängigkeiten von Linien, Punkte, Flächen, Löchern, etc. gearbeitet. Die Bemaßung der einzelnen Elemente erfolgt auf der 2D-Zeichnung. Diese wird anschließend mittels eines weiteren Arbeitstools (z.B. Extrusion) in dreidimensionale Körper umgewandelt.

Alles Arbeitsschritte, die bei der Konstruktion eines Bauteils entstehen können, werden in einem Fortschrittsbaum festgehalten. Dabei sind alle erstellten Elemente miteinander verbunden. Der Konstruktionsprozess kann jederzeit verändert oder angepasst werden.

Parametrische Modellierung:

Bei der parametrischen Modellierung werden die Modelle nicht gezeichnet, sondern mit mathematischen Regeln und speziellen Parametern bestimmt. Für diese Modellierung bedarf es Übung und reichlich Erfahrung.

Der große Vorteil der parametrischen Modellierung liegt in der problemlosen Veränderbarkeit des 3D-Modells während des Konstruktionsprozesses.

Bei alles anderen Modellierungsarten ist das schwierig, da sich während des Konstruktionsprozess Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Elementen bilden, die sich nicht immer so leicht verändern lassen.

Volumen - Modellierung:

Bei der Volumen - Modellierung wählt man zwischen verschiedenen Grundkörpern wie Kugel, Zylinder, Pyramide, Quader, etc. aus.

Diese Grundkörper werden weiterbearbeitet und zusammengefügt. Durch Verbinden der einzelnen Formen können komplexe 3D-Modelle konstruiert werden.

Da sich die Softwaretools immer weiterentwickeln, überschneiden sich die verschiedenen Modellierungsmöglichkeiten in einigen CAD-Programmen.

Designprogramme:

Bei Designprogrammen spricht man häufig von sogenannten Sculpting-Programmen.

Der Begriff Sculpting (deutsch: Bildhauerei) kommt den Programmen ziemlich nahe.

Hier geht es weniger um korrekte Maße, sondern um das freie Gestalten von Formen, Figuren und Objekten. Verschiedene Konstruktionsprogramme bieten das Erstellen von Freiformen mittlerweile ebenfalls an, jedoch hat man bei den speziellen Sculpting-Prorammen mehr Werkzeuge zur Verfügung.

Mit Hilfe von Sculpting-Programmen können Texturen auf das Bauteil aufgetragen und Animationsvideos für Baugruppen erstellt werden. Um das komplette Potenzial einer solchen Software nutzen zu können, sind diverse Schulungen und Weiterbildungskurse notwendig.

Es lassen sich im Internet schon sehr gute Einsteiger Tutorials finden.

Alternative Programme/ Customizer:

Customizer-Programme sind in der Regel cloudbasiert, das heißt, man muss keine Software kaufen oder herunterladen.

In den Online-Customizern findet man Grundformen, die nach eigenen Wünschen und Vorstellungen verändert werden können, beispielsweise Vasen, Lampenschirme oder Schlüsseln.

Größe, Motive, Beschriftung, etc. können beliebig geändert werden. Customer-Programme bedürfen keiner speziellen Vorkenntnisse und sind in den meisten Fällen kostenlos zu nutzen.

Welche Dateiformate benötige ich?

Jedes Dateiformat enthält spezifische Informationen. Deshalb ist jeder Softwaretyp nur auf bestimmte Formate ausgerichtet. Welche Informationen das sind und welches Dateiformat für den 3D-Druck benötigt wird, zeigt die nachstehende Übersicht.

Dateiformate:

Es wird zwischen drei großen Hauptgruppen unterschieden:

CAD-Format
Mesh-Dateien
Mesh Dateien mit Zusatzinformationen

1.CAD-Format:

Dieses Dateiformattyp ist in der Regel nur für CAD-Programme wie Fusion 360, Inventor, Blender, Catia, SolidWorks, etc. geeignet.

Was sind CAD-Formate:

*.step,*.stp,*.dxf, *.iges, *.ipt, *.CATDrawing, uvm.

Ein Slicer-Programm zur Vorbereitung und Konfiguration der Bauteile für den 3D-Drucker kann mit diesen Dateiformaten in den meisten Fällen nichts anfangen.

Slicer-Programme benötigen Mesh-Daten.

2.Mesh Dateien

Mesh-Dateien können aus allen gängigen CAD-Programmen exportiert werden.

Hierbei ist unbedingt die Auflösung des „Mesh`s“ zu beachten. Sollte diese zu klein sein, können kleine und feine Details am Bauteil nicht richtig gedruckt werden.

Gerade beim 3D-Druck hat sich im Laufe der Jahre das *.stl -Format als Standard etabliert.

In den Mesh -Dateien werden alle Daten in Dreiecke umgewandelt und daraus die Geometrie des zu druckenden Bauteils bestimmt.

Mesh-Formate:

*.stl,

3. Mesh Dateien mit Zusatzinformationen

Reine Mesh-Dateien wie *.stl beinhalten keine Farben oder Texturen, die jedoch bei

3D-Farbdrucken benötigt werden.

Im Bereich Farbdruck haben sich Formate wie *.3mf, *.obj und *.wrl etabliert. Diese können Geometrie-, Farb- und Texturinformationen speichern.

3D-Modell erstellen – Eigene Ideen in die Tat umsetzen

Einleitung

Geschichte

Prozesskette

3D-Modell