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CAD Definition & Begriffserklärung

CAD ist die Abkürzung für „computer-aided design“ und bezeichnet das rechnergestützte Konstruieren. Statt technische Zeichnungen von Bauteilen und Formen am Reißbrett zu entwerfen, werden Computer dazu eingesetzt, eine zwei- oder sogar dreidimensionale Darstellung der Komponente zu entwickeln.

Die Anwendung von CAD-programmen ist heute aus der Industrie nicht mehr wegzudenken und kommt in den unterschiedlichsten Bereichen wie dem Produktdesign oder dem Entwurf neuer Maschinen zum Einsatz sowie auch bei der Programmierung von Videospielen. Am Markt  werden entsprechende CAD-Programme für unterschiedliche Zwecke angeboten und auf das jeweilige Einsatzgebiet zugeschnitten.

In welchen Bereichen CAD relevant ist

Durch die Verwendung von CAD-Programmen wurden viele Routineaufgaben der Vergangenheit überflüssig und das Reißbrett wird nicht mehr benötigt. Zur Anwendung kommt CAD heute in der Architektur, im Bauingenieurwesen, im Maschinenbau und in der Elektrotechnik sowie in der Zahnmedizin und vielen weiteren Bereichen.

Ein besonderer Vorteil hierbei ist, dass die Fertigungsmaschinen zum Beispiel für Automobile direkt von einem Computer aus Befehle erhalten können, wie ein technisches Objekt zu fertigen ist und dabei die CAD-Zeichnung direkt umsetzen. Dadurch konnten eine Reihe von Arbeitsschritten übersprungen und die Fertigungsprozesse erheblich beschleunigt werden.

Grundlagen des Zeichnens per CAD

Während die ersten CAD-Programme auf die zweite Dimension beschränkt blieben, sind heute Programme in der Lage Objekte in drei Dimensionen darzustellen. Später können von diesen beliebig viele zweidimensionale Zeichnungen bzw. technische Zeichnungen abgeleitet werden und auch auf einem Papier ausgegeben werden.

Damit bietet das Konstruieren per CAD eine große Flexibilität. Es muss nicht im Vorfeld festgelegt werden, welche 2D-Ansichten letztlich benötigt werden und die 3D-Modelle können zusätzlich schon die notwendigen Materialeigenschaften erfassen. So kann beispielsweise festgelegt werden, ob ein Objekt später aus Aluminium oder einem anderen Material gefertigt werden soll und das Modell lässt sich später für weiterführende technische Berechnungen verwenden wie etwa Fine-Elemente-Programme. Letztere dienen der Lösung von partiellen Differentialgleichungen und werden als Standardwerkzeug in der Festkörpersimulation eingesetzt. Ist also die ursprüngliche Konstruktion einmal am Computer erfolgt, lässt sich das Ergebnis sehr viel einfacher mit weiteren Softwareanwendungen in der Entwicklung verwenden.

CAD-Zeichnungen in 2D und 3D

Zu Beginn der Nutzung von CAD wurden die Programme nicht als 2D-Cad-programme bezeichnet, da eine Differenzierung von den noch nicht erhältlichen 3D-Anwendungen nicht notwendig war. Heute wird bei CAD-Programmen grundsätzlich angegeben, in wie vielen Dimensionen in ihnen gearbeitet werden kann. 3D-Anwendungen sind dabei in der Regel teurer und nicht kostenfrei erhältlich, wie es bei vielen reinen 2D-CAD-Programmen der Fall ist.

Die 2D-CAD-Programme dienen dazu, dass räumlich ausgedehnte Körper in unterschiedlichen Ansichten und Schnitten dargestellt werden können. So können die Körper von oben und unten, von den Seiten betrachtet werden und auch in isometrischen Ansichten, bei denen mehrere Seiten gleichzeitig betrachtet werden können.

Je nachdem, wofür die Zeichnung verwendet werden soll, können unterschiedliche Ansichten ausgewählt und ausgedruckt oder an die Entwicklungs- und Fertigungsabteilungen weitergegeben werden. Sollen die Zeichnungen auf Papier ausgegeben werden, können entweder Drucker oder auch Plotter verwendet werden. Vorteile bei den Plottern ergeben sich dadurch, dass sie die als Vektorgrafiken gespeicherten technischen Zeichnungen wiedergeben können, ohne diese vorher in Rastergrafiken umrechnen zu müssen.

Ebenso wie bei Handzeichnungen auch ist das Grundelement beim Zeichnen in CAD dabei die Linie. Aus dieser Linie bestehen alle weiteren Basis-Objekte, die durch das CAD-Programm vorgegeben werden wie etwa der Kreis, die Gerade, Ellipsen, Polylinien und Spline sowie Polygone. Bei einem Spline handelt es sich um eine Linie, die mit beliebig vielen Knotenpunkten versehen sein kann, an denen Manipulationen der Form vorgenommen werden können.

Ein Polygon wiederum ist ein Vieleck und kann für die Darstellung einer großen Zahl von Objekten verwendet werden. Da die Objekte als Vektorgrafiken gespeichert werden und damit lediglich aus ihren Parametern bestehen, ist der Speicherbedarf auf dem Computer sehr gering. Zu vollständigen Objekten werden die Zeichnungen erst dann zusammengeführt, wenn eine Ausgabe erfolgen soll. Damit unterscheiden sich die CAD-Zeichnungen von den sonst üblichen Grafiken, bei denen es sich zumeist um Pixelgrafiken mit einem sehr hohen Speicherbedarf handelt.

Die CAD-Grafiken lassen sich mit vielen weiteren Attributen versehen. Zu den wichtigsten gehören dabei die Farben der Linien, deren Dicke und auch eine eventuelle Bemaßung. Gerade die Bemaßung ist bei technischen Zeichnungen wichtig, damit die Bauteile später in der richtigen Größe gefertigt werden können. Allerdings ist es in CAD jederzeit möglich, die Bemaßung zu ändern und die bereits vorhandenen Objekte zu skalieren, so dass anfänglich lediglich die Proportionen stimmen müssen, nicht jedoch das absolute Maß. Hierin ist ein weiterer Grund zu sehen, weshalb in CAD äußerst flexibel gearbeitet werden kann.

Sehr viel anspruchsvoller gestaltet sich schließlich die Konstruktion von echten 3D-Objekten. Diese können zusätzlich auch mit Texturen versehen werden, so dass das finale Produkt bereits in hoher Detailtreue dargestellt werden kann. Im 3D-Modus kommen dann Grundkörper wie der Quader, der Zylinder, die Pyramide und der Kegel sowie Kugel und Torus dazu. Sie können auf unterschiedlichste Weise kombiniert werden und durch Boolesche-Berechnungen neue Körper bilden, die von diesen Grundformen abgeleitet werden und sehr kompliziert sein können.

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