Computer-aided Design (CAD) einfach erklärt

Nicht nur die Automobilindustrie profitiert von CAD-Software, sondern längst auch zahlreiche weitere Branchen. Was genau eine CAD-Software ist, was sie leistet und ob auch du in deinem Beruf künftig CAD-Kenntnisse brauchen wirst, erklären wir in diesem Artikel.

CAD Definition

Die Abkürzung CAD steht für „Computer-aided Design“, also computergestütztes Design. Konkret bedeutet die Arbeit mit einer CAD-Software also, dass einzelne Schritte im Konstruktionsprozess nicht mehr händisch durchgeführt, sondern vom Computer übernommen werden. Mithilfe einer CAD-Software können Schritte von der Konzeptentwicklung bis zur Übergabe an die Fertigungsabteilung direkt am Computer erledigt werden. Und das sowohl in 2D, beispielsweise beim Erstellen eines Stadtplans, als auch in 3D, wie bei der Planung ganzer Gebäudekomplexe.

CAD-Software: Standard in der Konstruktion

CAD-Software hat die Konstruktion in den letzten 30 Jahren komplett verändert. Das Reißbrett, an dem ein Konstrukteur früher mühevoll Modellentwürfe entwickelte, und der Technische Zeichner, der sie ins Reine zeichnete, gehören der Vergangenheit an. CAD-Dozent Ilja Nachtrodt erklärt: „Während man früher mit einer Idee auf einem Blatt Papier ins Meeting ging, gemeinsam überlegte, wie eine Idee umgesetzt werden kann, eine erste Skizze erstellte und diese Daten dann zur Umsetzung an den Konstrukteur weitergab, können Konstrukteure heute die Idee mit den Anforderungen des Bauteils direkt ins CAD-System aufnehmen. So kann dann im Meeting bereits ein erster Vorschlag präsentiert und diskutiert werden. Ohne rechnergestützte Lösungen wäre es heute nahezu unmöglich, die erforderlichen Teile in kürzester Zeit zu erstellen, ohne mehrfache Fehlkonstruktionen und damit auch Ressourcenverschwendung zu riskieren.“

Inzwischen gibt es sogar einen eigenen Ausbildungsberuf, der den Wandel verdeutlicht. Seit 2011 können Menschen in Deutschland eine Ausbildung zum technischen Produktdesigner absolvieren. Konstruktion und technische Zeichnung werden durch den Einsatz von CAD-Software branchenübergreifend vereinfacht: in der Automobilindustrie, im Architekturwesen, in der Luft- und Raumfahrt oder im Maschinenbau, aber auch bei mittelständischen Betrieben wie z. B. Schreinereien.

Vorteile von CAD-Programmen

Das computergestützte Design macht die Konstruktion, sei es die von Autos, Maschinen oder Gebäuden, deutlich effizienter und weniger fehleranfällig. Die wichtigsten Vorteile von CAD sind:

• Zeitersparnis bei der Erstellung von fertigungsgerechten Zeichnungen: Mit einer CAD-Software sind Änderungen auf einer Zeichnung deutlich schneller geändert und dokumentiert (gemäß DIN ISO 9001).
• Fehlerminimierung: Fehler bei Konstruktionen werden minimiert.
• Kostenersparnis: Die gesamte Prozesskette in der Konstruktion läuft durch den Einsatz einer CAD-Software deutlich schneller und dadurch auch kostensparender ab.
• Lean Production: Die realistischen Entwürfe erlauben eine schlankere Produktion, weil Optimierungspotenzial bereits in der Zeichnung und nicht erst am fertigen Modell erkannt wird.
• Einfache Dokumentation: Wichtige Abmessungen, Stücklisten und Konstruktionsdaten werden direkt am PC erfasst und dokumentiert.
• Erleichterte Wiederverwendbarkeit: Bewährte Best Practices können im CAD-System ohne großen Aufwand wiederverwendet und weiterentwickelt werden.

Nachteile

Die Vorteile sprechen für sich, kann eine CAD-Software doch die gesamte Prozesskette in der Produktion deutlich beschleunigen und verbessern. Doch wenn sich ein Unternehmen für das rechnergestützte Design interessiert, sollte es vorab auch einen Blick auf mögliche Nachteile werfen. Diese sind:

• Hohe Investitionskosten: Die Hardware und die Software für eine Vollversion einer kostenpflichtigen CAD-Software für mehrere Mitarbeiter ist nicht günstig. Gerade in großen Teams haben mehrere Mitarbeiter Zugang zur Software und benötigen einen geeigneten CAD-Arbeitsplatz. All das verursacht hohe Investitionskosten zu Beginn der Umstellung.
• Intensiver Schulungsaufwand: Mitarbeiter, die erstmals mit CAD arbeiten, brauchen eine umfangreiche Einführung in das System und die verwendete CAD-Software.
• Weiterführende Fortbildungskosten: Bei Software-Updates müssen Mitarbeiter regelmäßig geschult werden.
• Wartungskosten: Zwar sinken die Kosten nach der ersten Einführung eines CAD-Systems deutlich, doch regelmäßige Wartungen und Updates musst du dennoch einkalkulieren.

Welche CAD-Programme gibt es?

Welches CAD-System ist das beste? Reicht eine kostenlose CAD-Software oder sollte es eine kostenpflichtige sein? Welches CAD-System brauche ich als Privatanwender, wenn ich Teile für den 3D-Drucker erstellen möchte, und welches als Konstrukteur im Maschinenbau?

Experte Ilja Nachtrodt erklärt den wichtigsten Unterschied zwischen kostenloser CAD-Software und kostenpflichtigen Programmen: „Kostenlose CAD-Programme haben den Vorteil einer zunächst kostenlosen Lizenz. Man kann sich die Software in Ruhe ansehen und austesten. Allerdings kann man mit den Daten, die mit der Testsoftware erstellt wurden, nach Ablauf der Testphase nicht weiterarbeiten. Das ist sehr ärgerlich, weil man dann von vorne anfangen muss, auch wenn bereits erste Projekte mit dem Programm visualisiert wurden. Beim Kauf einer kostenpflichtigen Vollversion hat man in der Regel sofort vollen Zugriff und die volle Möglichkeit der Weiterverarbeitung. Zum Üben und Ausprobieren, ob die Anforderungen erfüllt werden, ist eine kostenlose Software aber sehr gut geeignet, sowohl für den CAD-Anfänger als auch für den fortgeschrittenen Profi.“

Die Auswahl ist groß unter den CAD-Programmen. Unter den kostenlosen Programmen findest du zum Beispiel 3D Slash, Wings 3D, Fractal Lab, MakeHuman oder auch Open SCAD.

Bekannte kostenpflichte CAD-Software ist Solidworks, Solid Edge, AutoCAD, Catia oder Siemens NX.

Welche CAD-Software soll ich verwenden?

Bei dieser Auswahl an verschiedenen CAD-Programmen handelt es sich lediglich um einen winzigen Auszug der am Markt erhältlichen Software. Wenn du dich nun also fragst, für welches CAD-Programm du dich entscheiden solltest, ist das sehr verständlich.

„Wer sich für ein CAD-System interessiert, sollte zunächst klären, für welchen Zweck er dieses braucht“, rät Ilja Nachtrodt. „Wenn die Software beispielsweise in einem Architekturbüro eingesetzt wird, ist es sinnvoll, sich ein CAD-System mit entsprechender Bausoftware auszusuchen. Diese enthält Tools und Teile-Bibliotheken mit den wichtigsten Bauteilen, die ein Architekt regelmäßig benötigt. Ein Schreiner wiederum arbeitet mit anderen Tools und sollte sich deshalb für ein anderes Programm entscheiden.“ Die Auswahl des richtigen CAD-Systems hängt also sehr von der jeweiligen Branche ab.

Beantworte dir selbst zunächst diese Fragen:

• In welcher Branche soll das System eingesetzt werden?
• Brauche ich für meine Tätigkeit ein 2D- oder 3D-CAD-System?
• Welche Anforderungen haben beteiligte Unternehmen wie Zulieferer etc.?
• Welche technischen Voraussetzungen benötigt das CAD-System?
• Brauchst du ein CAD-System als Vollversion oder möchtest du erst einmal mit einer Testversion starten?

Wie lerne ich CAD-Zeichnen?

Sobald du dich für ein CAD-System entschieden hast, geht es darum, die Funktionen schnell zu erlernen, um die Software möglichst effizient einsetzen zu können.

Aber wie lernst du als Anfänger, mit dem CAD-System zu konstruieren, und wie kannst du als Unternehmen deine Mitarbeiter schneller in eine neue Version einweisen, damit das CAD-Programm die erhoffte Prozessbeschleunigung bringt?

Damit du in der Lage bist, deine erste eigene CAD-Konstruktion zu erstellen, brauchst du die relevanten Informationen und Arbeitspraxis.

Nutze zum Beispiel folgende Möglichkeiten, um dein CAD-Grundwissen zu vertiefen:

• Online-Foren
• Fachlektüre
• CAD-Workshops
• CAD-Weiterbildungen

CAD-Software in der Praxis

Wie funktioniert nun die Arbeit mit einem CAD-System in der praktischen Anwendung? Welche Schritte passieren zwischen dem Öffnen der Software und dem fertigen Produkt bzw. Modell? Du öffnest zuerst dein CAD-Programm, konstruierst dein gewünschtes Projekt und kannst diese Daten schließlich mittels zwischengeschaltetem CAM-Programm (Computer-aided Manufacturing) an die Fräsmaschine, die Drehbank oder auch zum 3D-Drucker senden. Die jeweilige Maschine beginnt dann mit der Arbeit und fertigt das definierte Teil oder druckt es als 3D-Modell aus.

Was aber, wenn jemand zwar eine CAD-Software, aber kein CAM mit entsprechender Maschine hat? Dozent Ilja Nachtrodt erklärt dazu Folgendes: „Es gibt auch Online-Anbieter, die beispielsweise den 3D-Druck übernehmen, wenn man selbst keinen 3D-Drucker hat. In diesem Fall schickt der CAD-Anwender die aufbereiteten Daten zum Anbieter und bekommt das fertige Modell aus dem 3D-Druck zugeschickt. Diese Lösung wird von großen Unternehmen bis hin zum Privatanbieter genutzt.“

Schnellere und exakte Ergebnisse dank CAD

Insgesamt erleichtert eine CAD-Software das Arbeiten in der Konstruktion enorm und ist laut Experte Ilja Nachtrodt nicht mehr wegzudenken: „Allein die Geschwindigkeit, in der die heutigen Konstruktionen erbracht werden müssen, könnten Unternehmen ohne CAD-Software niemals erreichen.“ Deshalb lohnt es sich umso mehr, bei der Auswahl der Software die richtigen Fragen zu stellen, um das beste Programm für den jeweiligen Bedarf zu finden und letztlich konkurrenzfähig zu bleiben. Und für Arbeitnehmer macht sich ein solides Wissen im Umgang mit einer oder mehreren CAD-Softwares ebenfalls bezahlt, dürfte es doch die Chancen im Bewerbungsprozess maßgeblich erhöhen.