CAD begrijpen:belangrijkste voordelen en Rapid Prototyping-toepassingen

CAD is een term die staat voor Computer Aided Design. Het is het proces waarbij computersoftware wordt gebruikt om driedimensionale modellen van voorgestelde producten te creëren. Dit type software wordt door veel industrieën gebruikt om schetsen en modellen te maken. Het kan worden gebruikt om zowel tweedimensionale tekeningen als driedimensionale modellen met nauwkeurige afmetingen te ontwerpen.

Als u dit artikel leest, wilt u waarschijnlijk weten wat de voordelen van CAD zijn ten opzichte van handmatig tekenen en/of het belang ervan bij rapid prototyping en computerondersteunde productie. Het is belangrijk om de cruciale rol van CAD in het ontwerp te beseffen en hoe het de workflow voor productontwikkeling vereenvoudigt, vooral in dit tijdperk waarin werken op afstand de nieuwe norm wordt.

Wat is Computerondersteund ontwerpontwerp (CAD)?

De oorsprong van computerondersteunde ontwerpsoftware gaat terug tot 1963, toen Ivan Sutherland Sketchpad ontwikkelde en Dr. Patrick J. Hanratty in 1971 Automated Drafting and Machining (ADAM) introduceerde.

Sindsdien heeft computerondersteunde engineering- en ontwerpsoftware een lange weg afgelegd en is deze steeds geavanceerder geworden naarmate het computersysteem verbetert door de introductie van een geautomatiseerde reeks functies en ontwerptools die de ontwerpworkflow eenvoudig en prettig maken. Vóór de ontwikkeling van CAD gebruikten ontwerpers potloden, linialen, kompassen, tekentafels, vierkanten, enz. om 2D-tekeningen te maken.

CAD is een afkorting die staat voor Computer-Aided Design, wat het gebruik is van computersoftware voor 2D- en 3D-modellering van producten en structuren in engineering, architectuur en industrieel productontwerp. Het is meer dan een vervanging voor schetsen met papier en potlood, omdat het een geheel nieuw niveau aan mogelijkheden heeft geboden voor ingenieurs, ontwerpers, technici en architecten.

Welke voordelen heeft CAD ten opzichte van handmatig tekenen?

CAD biedt een aantal voordelen ten opzichte van handmatige tekeningen, waardoor het tegenwoordig een essentieel hulpmiddel is in de ontwerpmarkt. Deze voordelen helpen de hedendaagse ingenieur of productontwerper op een aantal manieren.

1. Productiviteit

CAD-programma's evolueren voortdurend door het toevoegen van verschillende tools en functies die de productiviteit van het ontwerpproces verhogen. Deze tools helpen de tijd voor productontwikkeling te verkorten, wat op zijn beurt de productiekosten verlaagt en fouten vermindert doordat er minder ruimte voor fouten overblijft, wat ook de kwaliteit van het product verbetert.

Als er bij handmatig tekenen wijzigingen nodig waren, moesten de schetsen worden weggegooid en helemaal opnieuw worden begonnen. Digitale tekeningen kunnen heel eenvoudig worden bewerkt met behulp van een CAD-ontwerpprogramma en er kunnen een oneindig aantal gewijzigde variaties worden gemaakt zonder ze vanaf het begin opnieuw te hoeven tekenen. Verschillende onderdelen van een enkel model kunnen afzonderlijk door verschillende ontwerpers worden getekend en in CAD worden geassembleerd.

En bijna alle CAD-systemen hebben een reeks standaardcomponenten (bijvoorbeeld bevestigingsmiddelen zoals bouten, schroeven, moeren, enz.) waaruit de ontwerpers de geschikte maat kunnen kiezen en deze kunnen monteren. 2D-tekeningen, doorsneden, gedetailleerde tekeningen en hulpaanzichten kunnen worden gegenereerd op basis van 3D-modellen volgens de voorkeursstandaardconventie.

2. Nauwkeurigheid

Handmatig tekenen is niet bekwaam met CAD-tekenen bij het maken van nauwkeurige technische tekeningen. CAD-programma's beschikken over functies en hulpmiddelen die zijn ontwikkeld volgens ontwerp- en tekenconventies en -standaarden, waardoor ontwerpers het foutpercentage kunnen verlagen. En complexe ontwerpkenmerken die met een handmatige tekening uiterst moeilijk zullen zijn, kunnen in CAD veel eenvoudiger worden gemaakt.

3. Leesbaarheid

Handmatige tekeningen kunnen soms onduidelijk worden, wat bij CAD-tekeningen niet het geval zal zijn. Zelfs als het model zeer complex is en veel onderdelen en functies bevat, moeten CAD-programma's gereedschappen verbergen en weergeven om tijdelijk onbelangrijke onderdelen te elimineren en zich te concentreren op de specifieke details van de rest, wat niet helemaal mogelijk is met tekenen met papier en potlood.

Verder verbetert de beschikbaarheid van isometrische 3D- en doorsnedeweergave in CAD-ontwerpen de zichtbaarheid en het begrip, omdat ze respectievelijk draaien en snijden mogelijk maken, wat opnieuw zeer tijdrovend werk is bij handmatig ontwerpen.

4. Presentatie

U kunt uw klant en collega's gemakkelijk beïnvloeden door uw ontwerp met virtuele modellen te presenteren zonder dat u een prototype hoeft te maken. U kunt namelijk bewegingen simuleren, interne onderdelen in secties weergeven en deze van verschillende kanten bekijken. U kunt de functie en esthetiek van uw ontwerp zelfs eenvoudig overbrengen aan een leek zonder technische achtergrond met een gerenderd 3D-model waarin verschillende onderdelen verschillende kleuren hebben.

5. Volgende operaties

 Naast het maken van tekeningen, heeft CAD-software ook de mogelijkheid om berekeningen en analyses uit te voeren met wiskundige vergelijkingen. De productontwerper kan bijvoorbeeld geometrische eigenschappen (oppervlakte, volume, zwaartepunt, enz.) en massa-eigenschappen (massa, dichtheid) van het model berekenen, meestal met een enkele klik in CAD-programma's.

Verder ondersteunen veel CAD-programma's bewegingsstudie en -simulatie, parametrische modellering, structurele, thermische, vloeistof-, etc. eindige-elementenanalyse waarmee ontwerpers de sterkte, functionaliteit en andere eigenschappen van hun model kunnen analyseren en verbeteren voorafgaand aan de productie.

Delen en samenwerken

Een ander groot voordeel van CAD-tekenen ten opzichte van handmatig tekenen is dat de ene ontwerper een model kan maken en dit naar een andere ontwerper kan sturen, zelfs als deze zich aan de andere kant van de wereld bevindt. De ontvanger kan de modelhistorie bekijken, zien hoe deze precies is ontworpen en bewerken.  Dit is te moeilijk bij handmatig tekenen.

De meeste CAD-systemen maken samenwerking voortdurend gemakkelijk voor werken op afstand door gebruik te maken van tools voor delen in de cloud en geautomatiseerde tools voor gegevensbeheer waarmee ingenieurs hetzelfde ontwerp tegelijkertijd in realtime kunnen bewerken, waar dan ook en op elk apparaat.

6. Documentatie

Na het modelleren worden lineaire en hoekafmetingen en metingen van onderdelen, samenstellingen en subsamenstellingen, en stuklijsten digitaal vastgelegd en opgeslagen voor toekomstig gebruik. In het geval van traditioneel handmatig tekenen moet het schetspapier op een plank worden bewaard, omdat dit gevoelig is voor beschadiging en bederf.

Industriële toepassingen van CAD

Tegenwoordig zijn commerciële CAD-softwarepakketten een must als ontwerptool in fabrieken, ontwerpbureaus en academici, omdat het tijd bespaart en een goede samenwerking en naadloze integratie met andere computerondersteunde productiesystemen zoals CAM garandeert.

Veel industrieën; inclusief fabrieken, architectuur, productontwerpbureaus, enz. maken gebruik van CAD omdat het de ontwerpworkflow en levering van het eindproduct optimaliseert. CAD verbetert de samenwerking binnen het bedrijf en tussen sectoren en gelijktijdige engineeringwerkzaamheden.

CAD en CAM (Computer Aided Manufacturing)

Naast het maken van modellen zoals ze zich hadden voorgesteld, wordt CAD ook gebruikt in combinatie met gedigitaliseerde productie in een proces dat CAD/CAM wordt genoemd. In combinatie met CAM assisteert CAD bij alle fasen van het produceren van een product, inclusief proces- en productieplanning, planning, productiebeheer en kwaliteitscontrole.

In CAD/CAM worden de ontwerp- en productieprocessen samengevoegd, omdat het elektronische uitvoerbestand van CAD-software wordt gebruikt in de productieprocessen van onderdelen. Hierdoor kunnen er op elk onderdeel van de workflow wijzigingen worden aangebracht en wordt de tijd die nodig is om van grondstoffen naar eindproducten te gaan, verkort.

CAD-software maakt het mogelijk om structurele, thermische, trillings-, bewegings-, stabiele en transiënte simulaties uit te voeren om problemen te onderzoeken en te diagnosticeren. Dit helpt om kleine wijzigingen aan te brengen door de ontwerpparameters te herhalen en verbeteringen te zien.

CAD in snelle prototyping en productie

Bij rapid prototyping kunnen ontwerpers hun verbeeldingskracht en innovatieve ideeën de eerste keer meteen tot leven brengen zonder meerdere iteraties te hoeven maken. Dit biedt een ongelooflijke kans om uw ideeën visueel en met praktijkervaring te communiceren met collega's, klanten of zelfs eindgebruikers en om feedback en ontwerpconceptproof te krijgen.

Rapid prototyping minimaliseert tijd en verspilling en bevordert het creatieve ontwerpproces, vooral voor bedrijven die op maat gemaakte en complexe producten aanbieden. Bijna alle rapid prototyping-methoden zijn afhankelijk van Computer-Aided Design om prototypes te maken, en daarom kunnen we zeggen dat CAD de kern is van rapid prototyping. Laten we dus kort kijken hoe CAD zowel bewerkings- als additieve productie-rapid prototyping-technieken automatiseert.

1. CAD met CNC-bewerking

CNC-prototyping, bestaande uit nauwkeurig meerassig frezen, draaien, EDM, draadvonken en slijpen, is een subtractief proces waarbij het prototype wordt gemaakt door een groot deel van het materiaal te verwijderen. Het brede scala aan technische materialen die moeilijk te vormen zijn met andere prototypingmethoden, kan worden gemaakt met CNC-bewerking. De meeste CNC-machines werken met G-codes die de richting van het snijgereedschap, de snijsnelheid, de voedingssnelheid en de snedediepte bepalen. En G-codes kunnen worden verkregen uit het DXF-formaat van CAD-bestanden.

2. CAD met 3D-printen

CAD-software biedt gebruikers de tools die ze nodig hebben om vanuit het niets een 3D-model te maken. Dit model kan vervolgens worden verwerkt, in plakjes gesneden en naar een 3D-printer worden gestuurd om te worden afgedrukt. Het maken van een 3D-model is de eerste stap in het maken van een fysieke, realistische replica van een object of concept.

Met CAD-software kunt u uw model exporteren naar een bestandsformaat dat compatibel is met slicingsoftware. Deze slicingsoftware vertaalt het model naar G-code-instructies die door een 3D-printer kunnen worden geïnterpreteerd. Zodra de printer deze instructies heeft, kan hij een fysieke replica van het originele digitale model maken.

3. CAD met vacuümgieten

Bij vacuümgieten worden siliconenmallen gebruikt om onder vacuüm hoogwaardige kunststof- en rubberen componenten te maken. Het masterpatroon dat wordt gebruikt voor het maken van mallen wordt gemaakt met een 3D CAD-model en vervaardigd met één prototyping-techniek.

Conclusie

Er zijn ook een aantal voordelen verbonden aan het gebruik van CAD bij rapid prototyping. CAD-software evolueert voortdurend en wordt gebruiksvriendelijker, waardoor het voor mensen met weinig ervaring gemakkelijker wordt om complexe modellen te maken. Bovendien kunnen in CAD gemaakte prototypes eenvoudig worden aangepast en getest, waardoor een efficiënter ontwerpproces mogelijk is.

Heeft u al een CAD-bestand en vraagt u zich af hoe u uw ideeën tot leven kunt brengen? WayKen staat altijd klaar om u te helpen.

Wij zijn een toonaangevende fabrikant van rapid prototyping met een uitstekende staat van dienst in het produceren van hoogwaardige prototypes en machinaal bewerkte onderdelen. Met onze jarenlange ervaring en aanpak op het gebied van machinale bewerking kunnen we een verscheidenheid aan processen aan, waaronder CNC-bewerkingsservice, 3D-printen, spuitgieten, enz. Upload dus vandaag nog uw CAD-bestand en we zullen uw CAD-blauwdrukken gebruiken en ze op de best mogelijke manier tot leven brengen.

Veelgestelde vragen

Welke software wordt gebruikt voor CAD?

De populaire CAD-software is AutoCAD, CATIA, Fusion 360, Inventor, SolidWorks, Onshape en Solid Edges.

Wat zijn de voordelen van 3D ten opzichte van 2D CAD-tekenen？

 Het 3D-model biedt een betere visualisatie voor iemand zonder kennis van technische tekeningen. Het geeft meer voldoening dan 2D als de ontwerper ernaar kijkt. Uiteraard kunnen we uit 3D-modellen 2D-weergaven genereren

Wat zijn de beperkingen van CAD?

Soms kan een ontwerper een mooie fantasie in gedachten hebben die in CAD kan worden gemodelleerd, maar die kostbaar is voor fysieke realisatie. Een CAD-gebruiker heeft training nodig om alle commerciële CAD-programma's te kunnen gebruiken