CAD-Systeme stellen in der heutigen Technik eine essenzielle Ressource dar. Ich bin seit drei Jahren in der Konstrukteurlehre tätig und habe dabei ebenfalls die Vorzüge von CAD-Programmen schätzen gelernt. Besonders das PTC PRO Wildfire 5 hat es mir angetan — so viele Möglichkeiten sind verfügbar. Doch wie programmiert man ein solches CAD? Und welche grundlegenden Prinzipien liegen diesem Aufbaus zugrunde?
Im Kern fungiert ein CAD-Programm als eine spezialisierte Form eines 3D-Modellierungswerkzeugs. Der wesentliche Unterschied: CAD-Systeme setzen nicht auf Polygonnetz-basierte 3D-Modelle. Vielmehr werden parametrische Kurven und Grundkörper verwendet. Diese Methode basiert unter anderem auf Bezierkurven deren Nutzung vor allem in der Konstruktion weit verbreitet ist. Aber was bedeutet das konkret? Der Vorteil der Bezierkurven liegt auf der Hand — sie ermöglichen es, 3D-Modelle mit hoher Präzision zu berechnen.
Ein Konstrukteur entwickelte die Idee hinter diesen Kurven. Sie beschreiben 3D-Modelle mithilfe von Stützpunkten und mathematischen Funktionen. Die Hilfsmittel, mit denen Parameter geändert werden können, dienen nicht nur der Unterstützung des Nutzers — sie sind essenzielle Bestandteile des gesamten Prozesses. Spannend dabei: Die Programmierung dieser Tools erfordert tiefgehende mathematische Kenntnisse.
Blender ist ein weiteres Beispiel, das oft in Verbindung mit CAD-Systemen genannt wird. Dieses 3D-Modellierungswerkzeug ist Open Source und obwohl es kein klassisches CAD-Programm ist, sind die grundlegenden Funktionsweisen ähnlich. Wer sich für das Programm interessiert kann es kostenlos herunterladen. Auch der Quellcode steht zur Verfügung. Wer gerne in Python arbeitet — einfach mal reinschauen. Das ist eine tolle Möglichkeit ´ um zu lernen ` ebenso wie diese Funktionen implementiert wurden.
Die Palette an open-source-CAD-Programmen ist erfreulicherweise groß. Da bietet Wikipedia in der Kategorie „Freie CAD-Software“ eine vielseitige Übersicht. Ein tolles Beispiel ist FreeCAD — entwickelt in C++ und Python. Salome geht noch weiter und nutzt zusätzlich Fortran 77.
Im Großen und Ganzen steckt in der CAD-Technologie viel weiterhin als es auf den ersten Blick scheint. Sie kombiniert Mathematik – Geometrie und Informatik. Wissen um die Grundlagen ist hilfreich um die Software effektiv zu nutzen. Daher sollte jeder ´ der sich für Konstruktion und Design interessiert ` sich eingehender mit der Thematik beschäftigen. Auf diesem Weg eröffnen sich nicht nur neue Möglichkeiten — auch das Verständnis für technische Zusammenhänge vertieft sich.