CAD für Maker: Lesetipp – 3D-Modellierung für Anfänger

Seit einer Woche ist mein erstes Buch auf dem Markt. CAD für Maker wendet sich an alle, die in die 3D-Modellierung einsteigen möchten, und erklärt in vier Projekten mit kostenlos verfügbaren Programmen, wie die unterschiedlichen 3D-CAD-Modellierungstechniken funktionieren. Zielgruppe sind beispielsweise 3D-Druck-Enthusiasten, die sich einen 3D-Drucker gekauft oder gebaut haben und nach einiger Zeit feststellen, dass das Ausdrucken von Thingiverse-Modellen nett ist, aber nun doch eigene Projekte verwirklichen möchten.

Auf dem Höhepunkt des 3D-Druck-Hypes prognostizierten manche Analysten dem 3D-Druck einen ähnlichen Siegeszug wie dem Papierdrucker zu Zeiten, als die Tintenstrahldrucker diese Geräte für den Heimanwender erschwinglich machten. Doch dieser Vergleich hinkte an einer ganz zentralen Stelle der Argumentationskette, nämlich bei der Erzeugung der Druckvorlagen. Es ist wesentlich einfacher, in einer Textverarbeitung einen Brief zu schreiben, als ein 3D-Modell zu generieren.

Glücklicherweise sind die Modelliertechniken heutzutage so ausgereift, dass man mit etwas Hintergrundwissen auch mit kostenlos verfügbarer Software zu ansprechenden Ergebnissen kommt. Wie das geht, beschreibe ich in CAD für Maker. Nach einer kurzen Einleitung beschreibe ich ganz grundsätzlich, wie 3D auf dem Computer funktioniert und welche Möglichkeiten der Modellierung bereitstehen – parametrisch, direkt, scannen.

LAserschwertgriff aus Tinkercad

Projekt 1 in CAD für Maker: Ein Laserschwertgriff in Tinkercad.

Das Grundlagenkapitel beschäftigt sich zudem mit der notwendigen und wünschenswerten Hardware, mit den wichtigsten Dateiformaten und einigen grundlegenden Konstruktionstechnologien. Auch der Unterschied zwischen Regelgeometrie, wie sie im CAD-System verwendet wird, und facettierten Daten im STL-Format oder Punktewolken aus dem Scanner widmet sich das Grundlagenkapitel von CAD für Maker.

Danach folgen vier Projekte, die beispielhaft mit kostenloser Software verschiedene Wege zum Ziel 3D-Modell zeigen. Dabei ist es nicht meine Intention, die Softwarepakete bis in die letzten Details zu erkläre, sondern es werden beispielhaft Technologien und deren Vor- und Nachteile durchgesprochen. Der Leser soll am Ende in der Lage sein, die zu seinem Projekt passende 3D-Modelliertechnologie auszuwählen und anzuwenden. Jedes Projekt wird mit einem Exkurs abgeschlossen, der weitere Möglichkeiten aufzeigt.

Fußbodenschoner für Biertische

Parametrische Modellierung in Projekt 2 mit Freecad und Onshape.

Im ersten Projekt beschreibe ich die Modellierung eines Griffs für ein Laserschwert in Tinkercad. Die Autodesk-Software eignet sich sehr gut für den Einstig, weil sie extrem einfach aufgebaut ist. Mit Hilfe von Grundkörpern und booleschen Operationen – Addition und Subtraktion – lassen sich auch in dieser Software relativ komplexe Geometrien erzeugen. Der Laserschwertgriff besteht aus zusammengesetzten Körpern, Mustern und Bibliotheksteilen, so das alle Aspekte der Modellerzeugung abgedeckt sind. Meine Herangehensweise entspricht der eines Tutors, der neben dem Leser sitzt und ihn anleitet. Dabei ist mir wichtig, nicht nur den Ablauf der Befehle zu erläutern, sondern gleichzeitig zu zeigen, warum eine Geometrie so und nicht anders erzeugt wird. Tipps und Hinweise ergänzen den Projektverlauf. Der Exkurs beschäftigt sich mit der Android/iOS-App ThingMaker Design, mit der sich Actionfiguren erzeugen lassen.

Das zweite Projekt, in dem Fußbodenschoner für Biertische entstehen, führt mit FreeCAD in die Welt der Parametrik. Aus Skizzen bauen wir die Winkel auf und verwenden Variablen und Beziehungen zwischen Maßen, um das Modell intelligent zu machen. Am Ende kann der Anwender durch Eingabe der Schenkellängen und der Materialstärke der typischen, L-förmigen Biertischbeine das Modell jederzeit an seine Bedürfnisse anpassen. Der Exkurs zeigt anhand von Onshape und demselben Modell, wie durch die Intelligenz der Software im Profibereich die Effizienz der Modellierung maximiert wird.

Skulptur aus CAD für Maker

Projekt 3 vereint ReMake, Meshmixer und Slicer für Fusion 360.

Aus der Arbeit mit Regelgeometrien verabschieden wir uns im dritten Projekt, Autodesk ReMake ermöglicht es, das 3D-Modell einer Statue durch Fotografieren von allen Seiten zu erzeugen. Das Bereinigen und Beschneiden der Geometrie sowie das Schließen von Löchern in Meshmixer ist der zweite Schritt. In Slicer for Fusion 360 – dem Nachfolger von 123D Make – erstellen wir dann DXF-Daten für das Fräsen von Sperrholzplatten, die sich zu einer großen Gitterversion der Statue zusammenstecken lassen.

Im Exkurs zu diesem Kapitel wird dann noch gezeigt, wie die entstandene, aus Dreiecksflächen bestehende (facettierte) Geometrie bearbeitet werden kann und wie man das Koordinatensystem einer STL-Datei in Netfabb so manipuliert, dass sich die Geometrie dann in eine Regelgeometrie in Fusion 360 importieren und zum Fräsen aufbereiten lässt. Fusion 360 bietet für ein kostenloses System sehr ausgefeilte Möglichkeiten, gemischte Geometrieb zu bearbeiten und miteinander zu verbinden. Das Endprodukt hier ist eine Hausnummer aus Acrylglas, die sich von innen heraus beleuchten lässt. Auch die Erstellung des CNC-Programms in CAM 360 wird angerissen.

Hausmodell aus Sketchup

Das eigene Hausmodell: Projekt 4 in Sketchup.

Das letzte Kapitel führt dann mit Sketchup in die Welt der direkten Modellierung. Auf Basis von Grundrissen bauen wir ein Modell eines Hauses auf, das sich dann beispielsweise mit dem 3D-Drucker für die Modellbahn herstellen lässt. Das eigene Haus auf der Modellbahn – das ist doch was! Zudem zeige ich, dass das Modell auch ohne spätere Umsetzung in reale Teile einen Sinn haben kann, wenn man beispielsweise die Einrichtung der Wohnung am Bildschirm planen möchte – Sonnenstandssimulation inklusive. Im Exkurs zum letzten Kapitel zeige ich, wie sich aus zwei Fotos eines Hauses relativ einfach ein 3D-Modell erstellen lässt, das dann sogar mit der realistischen Textur versehen ist.

So einfach und beschränkt die Möglichkeiten der verwendeten Programme zum Teil sind, zeigen sie doch sehr schön die verschiedenen Modellierungsphilosophien, die genauso – nur mit mehr Eingriffsmöglichkeiten – auch in Profiprogrammen zum Einsatz kommen. Der Leser wird also nach dem Schmökern in der Lage sein, die Philosophien und die grundlegenden Vorgehensweisen der Profisysteme zu verstehen.

Es würde mich freuen, wenn ich mit CAD für Maker zum besseren Verständnis und zu einer weiteren Verbreitung von 3D-CAD-Modellierung beitragen könnte. CAD für Maker ist im Hanser Verlag erschienen und im Buchhandel oder über Amazon erhältlich. Auch als eBooks steht das Buch zur Verfügung. CAD für Maker hat 250 Seiten und kostet 30 Euro. Auf der Hanser-Seite gibt es auch eine Leseprobe.

Auf Wiederlesen!

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