Einstieg in Computer Aided Design
Einstieg in Computer Aided Design
In diesem Beitrag möchte einen Ausschnitt meines Buches „Einstieg in Computer Aided Design“ veröffentlichen. Die Buchvorschau finden Sie kostenlos als PDF unter „Downloads“. Das Buch selbst gibt es als E-Book auf meinen Shop.
Einleitung
Mit Computer Aided Design (CAD) sind viele Prozesse, insbesondere in den Bereichen Entwicklung und Konstruktion, automatisiert und vereinfacht worden. Hierbei dient CAD heutzutage als Werkzeug zur Visualisierung und Risikominimierung bei der Entwicklung von Produkten. Mit Autodesk® Fusion 360™ wird CAD in vielen Bereichen noch weiter vereinfacht und eröffnet Konstrukteuren neue Möglichkeiten im Design, der Animation und der Simulation. Als eines der ersten CAD-Werkzeuge basiert Autodesk® Fusion 360™ auf einer Cloudlösung und ermöglicht somit, in einer sich immer weiter globalisierenden und mobileren Welt, den Datenzugriff von überall zu jeder Zeit. Aufwändige Simulationen können in der Cloud gelöst werden, wodurch eine hohe Rechnerleistung für die Erstellung und Berechnung von Konstruktionen zur Nebensache wird. Neben dem CAD-Werkzeug bietet Autodesk® Fusion 360™ auch umfangreiche Möglichkeiten im Computer Aided Manufacturing (CAM) und im Printed Circuit Board-Design (PCB-Design). Die Bereiche CAM und PCB werden vorgestellt, allerdings nicht im Detail beschrieben – das würde hier den Rahmen sprengen.
Zu meiner Person
Mein Name ist Nicolai Stern und ich bin Gründer der Firma Stern Didactic GmbH, welche sich mit Schulungen im Computer Aided Design und mit Lehrunterlagen für die mechanische und mechatronische Grundausbildung beschäftigt. Als gelernter technischer Zeichner und studierter Ingenieur durfte ich auf meinem Bildungsweg diverse CAD-Werkzeuge kennenlernen und in verschiedenen Positionen in unterschiedlichen Unternehmen anwenden.
Autodesk® Fusion 360™ hat mit der Cloud-Lösung einen neuen und vielversprechenden Weg beschritten, welcher für mich persönlich ein neues Zeitalter im CAD darstellt und dadurch auch der Startschuss zur Gründung von Stern Didactic im Jahr 2016 war. Von Anfang an war es mein Ziel, Stern Didactic zusammen mit der Software wachsen zu lassen. Seit zwei Jahren bin ich zertifizierter Autodesk® Academic Partner und darf im Namen von Autodesk® Schulungen zu Fusion 360™ geben.
Zum Aufbau des Buches
Die in diesem Lehrbuch verwendete Fusion 360™-Version ist von Februar 2020. Verbesserungen der Arbeitsbereiche oder neue Funktionen, die zu einem späteren Zeitpunkt aktualisiert wurden, sind nicht aufgeführt. Grundsätzlich spiegeln die in diesem Lehrbuch aufgezeigten Funktionen von Fusion 360™ nur einen Teil der gesamten Funktionalität wider. Insbesondere im Konstruktions-Arbeitsbereich finden sich noch viele weitere Funktionen, die Designer aller Fachrichtungen bei Ihrer täglichen Arbeit benötigen.
Im Zeitalter der digitalen Bildung ist die Verknüpfung von unterschiedlichen Medien unerlässlich. Aus diesem Grund bietet dieses Lehrbuch mehr als nur den Inhalt der nachfolgenden Seiten. Dieses E-Book ist verknüpft mit Videos, welche auf der Plattform YouTube kostenlos zur Verfügung stehen: YouTube Playlist - Einstieg in CAD
Zur leichteren Auffindbarkeit der Videos befindet sich in diesem Buch jeweils zu Beginn eines Abschnittes in der rechten oberen Ecke ein entsprechender QR-Code. Sie können den QR-Code anklicken oder mit einem Smartphone oder Tablet einscannen, um zum entsprechenden Video zu gelangen.
1 Technische Kommunikation mit Autodesk® Fusion 360TM
Was am Zeichenbrett begann, hat sich im Laufe der Zeit zu einer eigenen Industrie entwickelt. In der heutigen Zeit sind CAD-Programme Stand der Technik und ermöglichen im Vergleich zum Zeichenbrett effektiveres und effizienteres Arbeiten. Änderungen an der Konstruktion oder an Einzelteilen können schneller und automatisierter vorgenommen werden, als das mit Papier und Tusche jemals möglich gewesen wäre. Die technische Kommunikation, unabhängig davon ob sie am Zeichenbrett oder am Computer stattfindet, hat sich in den letzten 20 Jahren kaum oder nur sehr wenig verändert. Nach wie vor werden Einzelteil- und Baugruppenzeichnungen für Fertigung und Montage benötigt. Ähnlich der alltäglichen Kommunikation verändert sich auch die Art und Weise der technischen Kommunikation. Es werden ständig neue Wege für einen effizienteren Informations- und Datenaustausch zwischen Abteilungen, Kunden und Konstrukteuren gesucht, um die technische Kommunikation zwischen „Entwickler“ und „Fertiger“ anzuregen und zu verbessern.
Auch wenn Autodesk® Fusion 360™ in Relation zu den bekannten 3D-CAD Programmen ein Neuling ist, hat es doch alles, was ein ausgewachsenes 3D-Programm für die Konstruktion benötigt. Die Arbeit in den unterschiedlichen Arbeitsbereichen ist schnell erlernt und ermöglicht auch Einsteigern ohne kostspielige CAD-Schulung Modelle zu erzeugen und zu präsentieren.
2 Autodesk® Fusion 360™ – Download und Installation
Bevor wir mit dem eigentlichen Aufbau des Programms beginnen, müssen wir uns das Programm von der Webseite von Autodesk® Fusion 360™ herunterladen und installieren. Hierbei gibt es einen kleinen Unterschied bezüglich der Zielgruppen. Für Zugehörige einer Bildungseinrichtung wird der zweite Link empfohlen. Alle anderen, also kommerzielle Nutzer oder Hobbykonstrukteure, sollten den ersten Link verwenden. So ist sichergestellt, dass jeder von Anfang an die richtige Lizenz erhält.
https://www.autodesk.de/products/fusion-360/overview
https://www.autodesk.de/products/fusion-360/students-teachers-educators
Fusion 360™ ist für Windows 64 Bit und Mac erhältlich. Die Systemanforderungen finden Sie auf der Homepage von Autodesk® Fusion 360™. Hierbei gilt es zu beachten, dass aufgrund der ständigen Erweiterung und Verbesserung der Software sich die Systemanforderungen an die Hardware bzw. an das Betriebssystem ändern können.
Die Nutzung des Programms wird prinzipiell in drei Zielgruppen unterteilt:
· nicht kommerzielle Verwendung
· kommerzielle Verwendung
· Verwendung an Schulen und Hochschulen
Der Softwareumfang ist grundsätzlich identisch, jedoch werden einzelne Teilbereiche und Features in der nicht kommerziellen Version ausgeblendet und sind demnach nicht verfügbar.
Für die Nutzung des Programms wird Ihre Mail-Adresse benötigt. Sie erhalten ein Kundenkonto bei Autodesk® und können dadurch weltweit auf Ihre Daten zugreifen. Falls Sie noch keinen Account besitzen, können Sie sich einen Account bei Autodesk® anlegen. Nach der Erstellung des Accounts, werden Sie eine Mail zur Aktivierung erhalten. Nachdem Sie Ihren Account über den Aktivierungslink aktiviert haben, steht Ihnen der Download zur Verfügung.
Falls Sie bereits einen Account bei Autodesk® besitzen, können Sie diesen auch für den Download der Software benutzen.
Für den Bildungsbereich ist der Anmeldeprozess ähnlich. Um die kostenlose Lizenz für den Bildungsbereich zu erhalten, wird empfohlen, sich mit der E-Mail-Adresse der Bildungseinrichtung anzumelden.
Für die Installation einer Netzwerklizenz bzw. in einem Computerraum erhalten Sie unter folgendem Link weiterführende Informationen:
3 Übersicht der Arbeitsbereiche in Autodesk® Fusion 360™
Der Konstruktionsarbeitsbereich dient zur Erstellung von Volumenkörpern, Flächenmodellen, Blechbauteilen und Baugruppenkonstruktionen. Mit der Top-Down- oder Bottom-Up-Baugruppenkonstruktion stehen Ihnen bei Fusion 360™ alle Wege offen. Auch gibt es im Konstruktionsarbeitsbereich die Möglichkeit externe 3D-Modelle in eine Baugruppenkonstruktion einzufügen.
3.1 Konstruktion
Der Konstruktionsarbeitsbereich dient zur Erstellung von Volumenkörpern, Flächenmodellen, Blechbauteilen und Baugruppenkonstruktionen. Mit der Top-Down- oder Bottom-Up-Baugruppenkonstruktion stehen Ihnen bei Fusion 360™ alle Wege offen. Auch gibt es im Konstruktionsarbeitsbereich die Möglichkeit externe 3D-Modelle in eine Baugruppenkonstruktion einzufügen.
Im Arbeitsbereich Konstruktion haben Sie die Möglichkeit zwischen den folgenden Bereichen zu wechseln:
· Basiselement Volumenkörper
· Basiselement Fläche
· Basiselement Blech
· Werkzeuge
Der aktuelle Bereich wird hierbei mit blauer Schrift und einem Unterstrich entsprechend hervorgehoben. In jedem Bereich steht ein anderer Werkzeugkasten zur Verfügung – probieren Sie es aus.
Der Bereich Basiselement Fläche ist für alle Designer und Gebrauchsgüterkonstrukteure interessant. Es lassen sich ähnlich dem Bereich Basiselement Volumenkörper statt Volumenmodelle nun Flächenmodelle erzeugen. Die Funktionen sind beinahe identisch, sodass ein Umstieg von Volumen- in Flächenfeatures leichtfällt. Insbesondere bei komplexeren Geometrien findet dieser Bereich Anwendung.
Im Bereich Blech werden klassische Modelle aus Blech erstellt. Mit etwas Geschick lassen sich aber auch Kartonagen oder Geschenkboxen designen. Dadurch wird dieser Bereich nicht nur für den allgemeinen Maschinen- und Anlagenbau, sondern auch für das Verpackungsdesign interessant.
3.2 Rendern
Nichts ist leichter als das eigene Design in ein realistisches Bild zu verwandeln. Insbesondere die Möglichkeit das Design über die Cloud rendern zu lassen, beeindruckte schon den einen oder anderen erfahrenen CAD-User. Mit zahlreichen Materialien, Darstellungen und Belichtungsoptionen ist dieser Bereich für ein CAD-Programm sehr gut ausgestattet und ermöglicht die professionelle Präsentation des eigenen Designs.
3.3 Animation
Mit der Animation lassen sich Montageabfolgen oder Explosionsmodelle erstellen und exportieren. Mit einem solchen Video können Sie auch Nicht-CAD-User für Ihre Konstruktion begeistern.
3.4 Simulation
Im Arbeitsbereich Simulation können Sie nicht nur einfache statische Spannungen analysieren. Es besteht außerdem die Möglichkeit thermische Spannungen, modale Frequenzen und sogar Formoptimierungen an einer Konstruktion durchzuführen. Mithilfe der Cloud können auch mehrere Studien parallel durchgeführt werden, ohne dass Ihr eigener Rechner belastet wird.
3.5 Fertigen
Mit Computer Aided Manufacturing (CAM) wird das Werkzeug Fusion 360™ vervollständigt und eröffnet auch für die CNC-Fertigung den Einstieg in eine neue Welt der Zusammenarbeit. Die zahlreichen Postprozessoren ermöglichen die Nutzung von Schnittstellen zu etlichen CNC-Maschinen, sodass auch komplexe Fertigungsteile automatisiert hergestellt werden können.
3.6 Zeichnungen
Die Zeichnungen sind für viele CAD-User nur noch ein notwendiges Übel, um die Konstruktion auf das Papier zu bringen. Nichtsdestotrotz bietet Fusion 360™ auch hier eine umfangreiche Palette an Werkzeugen, um hochwertige Fertigungszeichnungen erstellen zu können.
5.4 Volumenkörper
Die fertig bemaßte Skizze können Sie nun in ein Volumenmodell übertragen. Sobald Sie sich außerhalb der Skizze befinden, können Sie mit dem Modellieren starten. Wir wählen die Funktion „Extrusion“ („Erstellen“ à „Extrusion“ oder Hotkey „E“).
Für die Funktion benötigen wir ein geschlossenes Skizzenprofil. Dieses Profil wird durch eine hellblau unterlegte Fläche gekennzeichnet. Falls Sie kein geschlossenes Skizzenprofil haben, müssen Sie Ihre Skizze erneut prüfen. Sie können über den „Browser“ oder aber über die Zeitleiste (unten links im Bildschirmbereich) mit einem Doppelklick in Ihre Skizze zurückkehren und dort nach Überschneidungen, doppelten Linien oder nicht verbundenen Linien suchen.
- Starten: | Hier können Sie den Start der Extrusion bestimmen. Anders als bei der Extrusion von der Profilebene, kann der Start mit Auswahl der Versatzebene dann um bspw. 10 mm versetzt zur Profilebene beginnen.
- Richtung: | Die Richtung bestimmt die Ausrichtung der Extrusion. Zum Beispiel könnte die Extrusion auch eine symmetrische Ausrichtung haben oder in zwei Richtungen mit unterschiedlichen Abständen verlaufen.
- Verjüngungswinkel: | Der Verjüngungswinkel verjüngt den Volumenkörper in Richtung der Extrusion.
- Vorgang: | Mittels „Vorgang“ wird das Ziel der Extrusion festgelegt. Da wir noch keinen weiteren Volumenkörper erzeugt haben, ist der Vorgang „neuer Körper“ vorerst sinnvoll.
Im weiteren Verlauf der Übung werden wir auch andere Vorgänge bei der Extrusion nutzen.
