Digitale Produktentwicklung kombiniert CAD-Entwicklung mit Simulationstechniken. Ziel ist es, Entwürfe vor physischen Tests zu testen. Dieser Ansatz senkt den Prototyping-Aufwand und steigert die Produktplanung im Ingenieurwesen.
CAD-gestützte 3D-Modellierung bildet die Grundlage für präzise Fertigungsvorbereitung. Durch die frühzeitige Integration von FEA, CFD und dynamischen Analysen können Schwachstellen identifiziert und Auslegungen optimiert werden.
Die enge Verbindung von CAD–Software und Simulation beschleunigt Entscheidungsfindungen. Dies führt zu einer verkürzten Time-to-Market und spart Kosten für physische Prototypen.
Ein dreitägiges Seminar in Leipzig bietet praxisnahe Weiterbildung. Ort ist das CAD-Kabinett der bsw-Fachschule für Technik Leipzig, Gutenberstraße 10, 04178 Leipzig. Tag 1 umfasst Grundlagen und Einstellungen in Autodesk Inventor Professional inklusive InventorCAM von SolidCAM. Tag 2 bietet praxisnahe Übungen. Tag 3 dient der Fortführung und Diskussion.
Bei Fragen steht der Vertrieb & Beratung mit Rocco Niltop zur Verfügung. Kontaktaufnahme ermöglicht Seminarteilnahme und Lizenznutzung in Kooperation mit SolidCAM. So wird CAD Entwicklung, Simulation und Fertigung als kontinuierlicher Workflow genutzt.
Einführung in die digitale Produktentwicklung und CAD-Ökosystem
Digitale Produktentwicklung kombiniert Produktplanung, 3D-Modellierung und Simulation zu einem kontinuierlichen Prozess. Dieser Ansatz verringert die Anzahl der Iterationen und ermöglicht eine frühe Validierung. Es wird empfohlen, CAD mit CAE-Analysen zu kombinieren und CAM später zu integrieren.
Definition und Begriffe: CAD, CAM, CAE
CAD bezeichnet das rechnergestützte Konstruieren und Entwerfen. Systeme wie Autodesk Inventor, PTC Creo und AutoCAD werden häufig verwendet.
CAM bezieht sich auf die Erstellung von NC-Programmen und die Steuerung der Fertigung. Es ermöglicht die Umsetzung der Konstruktionsdaten in Produktionsprozesse.
CAE steht für rechnergestützte Analyse, einschließlich FEA, CFD und dynamischer Simulationen. CAE ermöglicht es, physische Tests zu ersetzen oder zu ergänzen.
Überblick über typische Entwicklungsphasen vom Konzept bis zum Prototyp
Die Konzeptentwicklung beginnt mit 3D-Modellierung zur Visualisierung und Bewertung von Varianten. Diese Modelle dienen als Grundlage für frühe Simulationen und Machbarkeitsprüfungen.
In der Detailkonstruktion werden Bauteile in CAD-Systemen weiterentwickelt. Technische Zeichnungen, Toleranzen und Stücklisten werden ergänzt.
Simulationen mittels CAE prüfen Festigkeit, Temperaturverhalten und Strömung. Modelle werden bei Bedarf angepasst und erneut simuliert.
Rapid Prototyping folgt als schneller physischer Test. Additive Fertigung liefert Prototypen, die mit CAM-Daten für Fertigungsvorbereitung verbunden werden.
Vorteile der digitalen Vorgehensweise gegenüber rein physischem Prototyping
Frühe Simulationen reduzieren die Anzahl physischer Prototypen. Dies senkt die Kosten für Material und Fertigungsschleifen.
Fehler werden vor der Produktion erkannt. Änderungskosten verringern sich, die Markteinführung beschleunigt sich.
Durchgängige CAD Entwicklung mit eingebetteter CAE-Analyse und nachgelagerter CAM-Ableitung schafft nachvollziehbare, reproduzierbare Workflows. Labor– und Seminarangebote unterstützen die Anwendung in der Praxis.
| Phase | Aktivität | Typische Tools | Nutzen |
|---|---|---|---|
| Konzept | 3D-Modellierung, Variantenbewertung | AutoCAD, Inventor, Creo | Schnelle Visualisierung, frühe Produktplanung |
| Detailkonstruktion | Auslegung, Toleranzen, Stücklisten | Inventor, Creo | Herstellbare Entwürfe, dokumentierte Konstruktion |
| Validierung | FEA, CFD, modale Analysen | Ansys, SimScale, Creo CAE | Risikoarme Entscheidungen, reduzierte Prototypen |
| Prototyping | Additive Fertigung, Funktionsproben | 3D-Drucker, Fertigungs-CAM | Schnelle Prüfstände, Realitätsnahe Tests |
| Fertigung | Ableitung NC-Programme, Prozessintegration | InventorCAM, Mastercam | Effiziente Produktion, kürzere Time-to-Market |
CAD Entwicklung: Software, Workflows und Integrationen
Die CAD Entwicklung erfordert eine sorgfältige Softwareauswahl und strukturierte Workflows. Zuerst entsteht das 3D-Modell in einer passenden Umgebung. Danach folgen Tests, Simulationen und die Vorbereitung für die Fertigung. Einheitliche Vorgaben für Maßeinheiten und Materialbibliotheken helfen, Fehler beim Datenübergang zu vermeiden.
Beliebte CAD-Systeme und Einsatzgebiete
Autodesk Inventor ist ideal für detaillierte 3D-Konstruktionen und bietet eine enge Integration zu InventorCAM. PTC Creo bietet umfangreiche Simulationsschnittstellen, darunter Creo Ansys und Creo Flow. AutoCAD hingegen ist der Standard für 2D-Layouts und Architekturzeichnungen. Zusätzliche Software wie Nastran, CFD-Tools, Revit und 3ds Max unterstützt spezialisierte Aufgaben.
Datenmanagement und Dateiwechsel
Ein effektives Datenmanagement ist essentiell. Zentrale Speichersysteme mit Versionskontrolle sichern die Konstruktionsstände. Empfohlen werden Austauschformate wie STEP und IGES für den Wechsel zwischen Design– und Fertigungssoftware. Durch die direkte Nutzung von CAE- und CAM-Funktionen in der CAD-Umgebung können Konvertierungsverluste vermieden werden.
Praktische Workflow-Empfehlung
Das Vorgehen sieht so aus: Modell in der CAD-Umgebung erstellen, automatische Netzgenerierung für CAE durchführen, Ergebnisse prüfen und dann Daten für CAM ableiten. Frühe Prüfungen sind wichtig. So können NC-Programme digital erstellt und in der virtuellen Fertigung getestet werden.
Integration von CAM- und CAE-Modulen
InventorCAM integriert dank Kooperation mit SolidCAM nahtlos in Inventor. In Creo sind FEA- und CFD-Funktionen sowie automatische Netzgenerierung eng miteinander verbunden. Die frühzeitige Einbindung von CAM-Modulen ermöglicht eine realistische Prüfung der Fertigungsschritte. Es wird empfohlen, CAM-Module im Laborumfeld zu testen, bevor Serienprogramme erstellt werden.
Hardware- und Laborhinweis
Leistungsfähige Workstations verbessern die Rechenzeiten erheblich. Im Labor eingesetzte Systeme mit Intel Xeon, 16 GB RAM, Nvidia Quadro P2000 und schnellen SSDs unterstützen große Baugruppen. So bleibt die Datenmanagement-Performance auch bei komplexen CAE- und CAM-Aufgaben stabil.
3D-Modellierung und Design: Methoden für Konstrukteure
Die Umsetzung technischer Anforderungen in präzise Modelle ist Kern jeder CAD Entwicklung. Kurze, klare Arbeitsweisen reduzieren Fehler. Die Auswahl der Modellierungsstrategie richtet sich nach Funktion, Fertigungsverfahren und Änderungsbedarf.
Parametrische Modelle erlauben schnelle Varianten und kontrollierte Änderungen. Formeln, Abhängigkeiten und Parameter sichern Wiederholbarkeit. In der Produktentwicklung sind parametrische Modellierung und systematische Namensgebung grundlegende Elemente.
Freiformmodellierung dient dem Gestalten komplexer Oberflächen. Organische Formverläufe werden mit Freiformmodellierung effizient realisiert. Für Consumer-Produkte und Gehäusekonstruktionen führt diese Methode zu besseren ästhetischen Ergebnissen.
Parametrische Modellierung versus Freiformmodellierung
Parametrische Modellierung ist vorzuziehen, wenn Maße, Toleranzen und Änderungszyklen dominieren. Varianten lassen sich per Parameter steuern. Die Nachvollziehbarkeit bleibt gewährleistet.
Freiformmodellierung empfiehlt sich bei freien Formen und ergonomischen Geometrien. Hier stehen Flächenqualität und Übergänge im Vordergrund. Kombinierte Ansätze nutzen Stärken beider Techniken.
Best Practices für Bauteil- und Baugruppendesign
Ein sauberer Sketch-Aufbau und begrenzte Feature-Tiefe verbessern die Stabilität von Modellen. Standardisierte Verbindungselemente reduzieren Auslegungsfehler. Klare Toleranzangaben müssen frühzeitig dokumentiert werden.
Modulares Baugruppendesign erleichtert spätere Anpassungen. Beim Baugruppendesign sind Schnittstellen und Montageabläufe zu definieren. Kollisionsprüfungen und freie Bewegungsradien sind regelmäßig zu prüfen.
Unnötig feine Geometrien vor Simulation vermeiden. Vereinfachungen senken Rechenaufwand und erhöhen Robustheit. Automatisierte Prüfskripte steigern die Konsistenz im Team.
Vorbereitung von Modellen für Simulation und Fertigung
Materialzuweisung und Kontaktdefinitionen sind Voraussetzung für verlässliche Simulationsergebnisse. Die Vorbereitung für Simulation beginnt mit der Prüfung auf geschlossene Volumen und saubere Topologie.
Für die Netzgenerierung sind vereinfachte Geometrien und ausgeschlossene Kleindetails sinnvoll. Creo bietet automatische Netzgenerierung, Nastran und CFD-Werkzeuge ermöglichen Validierungen.
Die Vorbereitung für Fertigung umfasst Orientierung, Entformung und Ableitung von NC-Programmen. Bei additiver Fertigung entscheidet die Druckorientierung über Stützstrukturbedarf. Für Spritzguss sind Entformungsschrägen und Kerben zu beachten.
| Aspekt | Parametrische Modellierung | Freiformmodellierung | Praxisempfehlung |
|---|---|---|---|
| Hauptvorteil | Variantensteuerung, Konsistenz | Oberflächenqualität, Formfreiheit | Verknüpfung beider Methoden je nach Anforderung |
| Geeignet für | Technische Bauteile, Normteile | Gehäuse, Ergonomie, Designerstücke | Funktion vor Form entscheiden |
| Vorbereitung für Simulation | Einfache Topologie, definierte Kontakte | Flächenbereinigung, Volumenerzeugung | Volumencheck, Materialzuweisung |
| Vorbereitung für Fertigung | Seriengerechte Anpassung, Entformung | Stützstrukturplanung, Nachbearbeitung | Fertigungsmethode früh festlegen |
| Empfohlene Tools | Autodesk Inventor, PTC Creo | Siemens NX, Rhino | Toolwahl an Arbeitsprozess anpassen |
Simulationstechniken: FEA, CFD und dynamische Analysen
Im Ingenieurwesen ist die digitale Absicherung von Bauteilen und Baugruppen entscheidend. FEA, CFD und thermische Simulationen werden kombiniert, um Designentscheidungen zu unterstützen. Ziel ist es, die Anzahl physischer Prototypen zu reduzieren und ein robustes Produktverhalten zu gewährleisten.
FEA nutzt finite Elemente, um lineare oder nichtlineare Gleichungssysteme zu erstellen. Materialbibliotheken beschleunigen die Modellierung. Die Netzqualität beeinflusst die Genauigkeit. Creo bietet automatische Netzgenerierung und umfangreiche Bibliotheken, um die Effizienz zu steigern.
Thermische Simulationen und Wärmemanagement
Thermische Simulationen berechnen Temperaturverteilungen und Wärmeflüsse. Sie identifizieren Hotspots in Elektronik– und Prozessanlagen frühzeitig. Ergebnisse optimieren das Wärmemanagement und die Kühlstrategien. Simulationsergebnisse sollten direkt in die CAD Entwicklung integriert werden.
Numerische Strömungsmechanik (CFD) und Strömungsoptimierung
CFD analysiert Strömungen um und durch Bauteile. Es findet Anwendung in Aerodynamik, Hydrodynamik und Kühlung. Werkzeuge wie Creo Flow Analysis Extension reduzieren Hardwaretests. Strömungsdaten optimieren Geometrien für bessere Effizienz und minimieren Druckverluste.
Dynamische und modale Analysen
Dynamische Analysen simulieren zeitabhängige Lasten. Modale Analyse bestimmt Eigenfrequenzen und Modenformen. Mechanismusanalyse simuliert bewegte Baugruppen. Ergebnisse fließen in Auslegung und Prüfkonzepte ein.
Empfohlene Vorgehensweise: Simulation früh einsetzen und relevante Fälle priorisieren. Statik, thermik und Strömung sollten nacheinander geprüft werden. Erkenntnisse müssen systematisch in die Konstruktion zurückgeführt werden, um validierbare Entwürfe zu erzielen.
Prototyping und Fertigung: Vom digitalen Modell zur Produktion
Ein digitaler Workflow verbindet CAD Entwicklung mit realer Fertigung. Modelle werden früh für Fertigungszwecke geprüft. So reduziert sich Zeitaufwand beim Prototyping und die Übergabe an CAM-Systeme erfolgt nahtlos.
Heute ist die direkte Ableitung von NC-Programmen aus CAD-Modellen Standard. CAM-Integration mit InventorCAM oder SolidCAM erzeugt Werkzeugwege und NC-Programme. Virtuelle Maschinen-Simulationen prüfen Kollisionsfreiheit und reduzieren Ausschuss.
Bei additiver Fertigung bietet sich ein schnelles Prüffeld für Designvarianten an. Druckorientierung, Stützstrukturen und Materialwahl beeinflussen Maßhaltigkeit und Oberfläche. Iterationen per 3D-Druck senken Kosten für physische Prototypen.
Beim Übergang zur Serienfertigung sind valide Fertigungsdaten erforderlich. Prozessfähigkeitsuntersuchungen und Werkstoffdaten werden eingebunden. Ein digitaler Zwilling unterstützt Rückverfolgbarkeit und die Abfolge von Prüf- und Freigabeschritten.
Ein praxisorientiertes Seminar kombiniert Inventor Professional mit CAM-Tools. Teilnehmende erzeugen NC-Programme, testen Postprozessoren und vergleichen Fertigungsdaten aus realen Messreihen. Laborversuche bestätigen Simulationsergebnisse.
Das folgende Vergleichsübersicht zeigt typische Vor- und Nachteile der Methoden und die wichtigsten Fertigungskennzahlen.
| Aspekt | CAM-NC-Programme | Additive Fertigung | Serienfertigung |
|---|---|---|---|
| Hauptnutzen | Schnelle Ableitung von Werkzeugwegen, präzise NC-Programme | Schnelle Iteration, kostengünstige Prototypen | Hohe Stückzahlen, stabile Prozesse |
| Vorbereitungsaufwand | CAD Entwicklung muss fertigungsgerecht sein | Orientierung und Stützen müssen geplant werden | Prozessfähigkeitsstudien und Toleranzpläne erforderlich |
| Qualität | Hohe Maßhaltigkeit nach Bearbeitung | Oberflächen und Festigkeit abhängig vom Material | Konstante Qualität bei stabilem Fertigungsdaten-Management |
| Validierung | Virtuelle Maschinen-Simulation reduziert Fehler | Probedrucke für Form- und Passgenauigkeit | Statistische Prüfverfahren mit realen Fertigungsdaten |
| Praxisempfehlung | Integration von CAM in CAD Entwicklungsprozess | Frühe Nutzung für Designvalidierung | Einbindung digitaler Zwillinge und Datenmanagement |
Labor- und Seminarangebote zur praxisorientierten Weiterbildung
Praxisnahe Weiterbildung für CAD Entwicklung und Fertigung findet im spezialisierten Labor statt. Hier verbindet Theorie mit intensiv betreuten Übungen. Ziel ist die unmittelbare Anwendung von Software in realen Aufgabenstellungen.
Ausgestattete Labore für digitale Produktentwicklung: Hardware und Software
Das Labor für digitale Produktentwicklung bietet 27+1 Arbeitsplätze. Die Hardware umfasst Intel Xeon-Prozessoren, 16 GB RAM, Nvidia Quadro P2000, Samsung SSD 240 GB und DELL UltraSharp U2715H Monitoren.
Installiert sind Autodesk Inventor Professional, Nastran, CFD, Revit, AutoCAD Architecture, 3ds Max, VREDPro, ReCap und Factory Design. Diese Software unterstützt anspruchsvolle Aufgaben der CAD Entwicklung und Simulation.
Seminarstruktur: Module zu Inventor Professional, InventorCAM und Praxisübungen
Das dreitägige Seminar in Leipzig ist modulhaft aufgebaut. Tag 1 behandelt Grundlagen zu Inventor Professional und InventorCAM. Die Schulung beginnt mit Interface, Parametrik und Modellaufbau.
Tag 2 enthält praxisnahe Übungen unter Anleitung von Dozenten. Teilnehmer bearbeiten Aufgaben, die typische CAD Entwicklung und CAM-Prozesse abbilden.
Tag 3 widmet sich Vertiefung, Diskussion und Klärung offener Fragen. Abschließend wird die Anwendung in realen Projekten reflektiert, um nachhaltige Weiterbildung sicherzustellen.
Kooperation mit Softwareanbietern und Lizenzbereitstellung
Die Kooperation mit SolidCAM sichert die Verfügbarkeit von InventorCAM-Lizenzen während der Veranstaltungen. Lizenzfragen werden vor Seminarbeginn geklärt, um Unterbrechungen zu vermeiden.
Die Betreuung des Labors erfolgt durch Prof. Dr.-Ing. Rafael Greszczynski und Agron Bajraktari. Anmeldung und Terminvereinbarung erfolgen über die angegebenen Ansprechpartner für Vertrieb und Beratung.
Bei Teilnahme wird empfohlen, vorab Systemanforderungen zu prüfen und gegebenenfalls Lizenzzugang zu klären. Diese Vorbereitung unterstützt einen reibungslosen Ablauf der Schulung und erhöht den Lernerfolg.
Praxisbeispiele und Anwendungsszenarien im Ingenieurwesen
Vorliegende Praxisbeispiele verdeutlichen, wie CAD Entwicklung und Simulation Entwicklungsabläufe revolutionieren. Sie zeigen, wie FEA- und CFD-Analysen Entscheidungen frühzeitig unterstützen und Prototyping minimieren. Diese Anwendungsfälle stammen aus dem Maschinenbau, Automotive und der Elektronik.
Anwendungsfälle aus Maschinenbau, Automotive und Elektronik
Im Maschinenbau wurden Struktur- und Mechanismusanalysen durchgeführt, um Tragverhalten und Lebensdauer zu analysieren. In der Automotive-Industrie standen Aerodynamik, Crash-Simulation und Thermomanagement im Mittelpunkt. Elektronik-Designs konzentrierten sich auf thermische Analysen zur Kühlung von Leiterplatten und Gehäusen.
Fallstudie: Reduktion physischer Prototypen durch frühe Simulation
Ein Entwicklungsprojekt kombinierte CAD Entwicklung mit FEA und CFD, um kritische Lastfälle und Temperaturfelder zu untersuchen. Durch iteratives Simulieren konnten mehrere physische Prototypzyklen vermieden werden. Dies verkürzte die Zeit bis zur Serieneinführung und reduzierte den Änderungsaufwand.
Ergebnisse von FEA- und CFD-Analysen als Entscheidungsgrundlage
FEA liefert Daten zu Spannungsverläufen und Verformungen. CFD zeigt Strömungsmuster und Temperaturverteilungen. Diese Daten wurden verwendet, um Materialwahl, Wandstärken und Kühlkonzepte anzupassen. Die Ergebnisse bildeten die Grundlage für Fertigungsanpassungen und Validierungspläne.
Praxisempfehlung: Simulationsergebnisse müssen dokumentiert und Iterationen überprüft werden. Kritische Bereiche sollten durch gezielte physische Tests validiert werden. Die Kombination von CAD Entwicklung, Prototyping, FEA und CFD schafft eine solide Entscheidungsgrundlage für das Ingenieurwesen.
Fazit
Die CAD Entwicklung und Simulation bilden ein integriertes System für die digitale Produktentwicklung im Ingenieurwesen. Durch die frühzeitige Einbindung von FEA, CFD und dynamischen Analysen können physische Prototypen deutlich reduziert werden. Dies führt zu niedrigeren Änderungskosten und beschleunigt die Markteinführung.
Praxisnahe Schulungen mit Inventor Professional, InventorCAM oder Creo, kombiniert mit Ansys- und CFD-Workflows, bieten messbare Vorteile. Eine leistungsfähige Laborausstattung und strukturierte Übungen verbessern die Planungsqualität. Sie bereiten auch besser auf die Fertigung vor.
Es wird empfohlen, Simulations-Workflows früh zu etablieren und CAM-Integration zu testen. Fertigungsdaten sollten digital validiert werden. Für gezielte Beratung und Seminarteilnahme stehen Ansprechpartner zur Verfügung. Die Teilnahme optimiert das Prototyping und verkürzt den Weg zur Serienfertigung.
