Fertigungsgerechte Konstruktion im CAD: So wird aus dem Modell ein Teil, das sich herstellen lässt

Ein CAD-Modell kann perfekt aussehen und trotzdem unbrauchbar sein. Spätestens wenn der Fertiger anruft und fragt, wie er diese Hinterschneidung entformen soll, wird klar: Konstruiert wurde für den Bildschirm, nicht für die Fertigung. Fertigungsgerechte Konstruktion verhindert genau das.

In diesem Beitrag geht es um die Grundregeln, um typische Fehler und darum, wie ich das in der Produktentwicklung bei KANID umsetze. Einen allgemeinen Überblick über CAD in der Produktentwicklung gibt der ältere Beitrag CAD-Konstruktion: Von der Idee zum fertigen Produkt.

Was heißt „fertigungsgerecht“?

Fertigungsgerecht konstruieren heißt, ein Bauteil so zu gestalten, dass es sich mit dem vorgesehenen Verfahren zuverlässig und ohne Sonderaufwand herstellen und montieren lässt. Der Kern: Das Fertigungsverfahren wird früh festgelegt und bestimmt die Geometrie mit — nicht umgekehrt.

Ein Halter aus Blech sieht anders aus als derselbe Halter aus Spritzguss oder aus dem 3D-Druck. Wer erst konstruiert und dann das Verfahren sucht, konstruiert meistens zweimal.

Grundregeln nach Verfahren

Die Regeln unterscheiden sich je nach Verfahren. Einige Beispiele, die in fast jedem Projekt eine Rolle spielen:

Spritzguss

• Gleichmäßige Wandstärken. Starke Sprünge in der Wandstärke führen zu Einfallstellen und Verzug.
• Entformungsschrägen. Flächen in Entformungsrichtung brauchen eine Schräge, sonst klemmt das Teil im Werkzeug.
• Hinterschneidungen vermeiden. Jede Hinterschneidung braucht einen Schieber im Werkzeug — das kostet.
• Rippen statt Masse. Steifigkeit über Rippen erreichen, nicht über dicke Wände.

Zerspanung (Fräsen, Drehen)

• Innenradien. Ein Fräser ist rund. Scharfe Innenecken in Taschen gibt es nicht ohne Zusatzaufwand.
• Zugänglichkeit. Jede Fläche muss für das Werkzeug erreichbar sein, möglichst in wenigen Aufspannungen.
• Toleranzen nur, wo nötig. Enge Toleranzen auf allen Maßen treiben die Kosten, ohne die Funktion zu verbessern.

Blech

• Biegeradien und Abstände. Bohrungen zu nah an der Biegekante verziehen sich.
• Freischnitte. An Ecken, wo zwei Biegungen zusammenlaufen, braucht es Freischnitte.

3D-Druck (FDM)

• Aufbaurichtung mitdenken. Das Teil ist in Schichtrichtung weniger belastbar. Wie das Teil auf dem Drucker liegt, gehört zur Konstruktion.
• Überhänge begrenzen. Steile Überhänge brauchen Stützstrukturen, die nachbearbeitet werden müssen.
• Passungen mit Spiel. Für gedruckte Passungen ist Spiel einzuplanen; wie viel, hängt von Drucker und Material ab und wird am Prototyp geprüft.

Mehr dazu, wofür gedruckte Teile in der Entwicklung taugen, steht im Beitrag Prototyp im 3D-Druck erstellen lassen.

Montagegerecht gehört dazu

Ein Teil, das sich herstellen lässt, ist noch kein Produkt. Die Baugruppe muss auch montiert werden. Ein paar Fragen, die ich mir dabei stelle:

• Lässt sich die Teilezahl reduzieren, indem Funktionen in einem Teil zusammengefasst werden?
• Kann ein Teil nur in einer Richtung eingebaut werden — oder lässt es sich auch falsch herum einsetzen?
• Kommen Normteile und Zukaufteile infrage, die es von mehreren Lieferanten gibt?

Gerade der letzte Punkt spart oft am meisten. Ein Standardteil aus dem Katalog ist fast immer günstiger und schneller verfügbar als eine Sonderanfertigung. Deshalb gehört eine Teileliste mit Bezugsquellen schon zum Ergebnis von Phase 1.

Typische Fehler, die später teuer werden

• Verfahren zu spät festgelegt. Die Geometrie passt dann zu keinem Verfahren richtig.
• Toleranzen überall. Jedes Maß eng toleriert, statt nur die funktionsrelevanten.
• Nur im Volumenmodell gedacht. Keine Zeichnung, keine Stückliste — der Fertiger muss raten.
• Nicht getestet. Annahmen über Passung und Funktion werden erst am Serienteil geprüft.

Gegen den letzten Punkt hilft der Prototyp, gegen die Festigkeitsfrage bei Bedarf eine FEM-Berechnung in Onshape.

Welche Daten ein Fertiger braucht

Am Ende einer Konstruktion steht nicht nur ein 3D-Modell, sondern ein Datensatz, mit dem ein Fertiger anbieten und produzieren kann:

• STEP-Dateien — ein neutrales 3D-Format, das jedes gängige CAD- und CAM-System lesen kann.
• Technische Zeichnungen als PDF — mit den funktionsrelevanten Maßen, Toleranzen und Angaben zu Werkstoff und Oberfläche.
• Stückliste — alle Teile, Normteile und Zukaufteile der Baugruppe.

Genau diese Daten übergebe ich am Ende von Phase 2, zusammen mit dem Zugriff auf das Onshape-Projekt.

Wie ich das bei KANID umsetze

Ich konstruiere in Onshape. Das CAD läuft im Browser, und Sie prüfen jeden Konstruktionsstand per Link — ohne eigene CAD-Lizenz. Sie sehen also nicht erst das Ergebnis, sondern den Weg dorthin, und können früh eingreifen.

Die Konstruktion ist bei KANID kein Einzelauftrag, sondern Teil der Produktentwicklung in zwei Phasen:

• Phase 1, Konzept & Machbarkeit: Lastenheft, Lösungskonzept, Teileliste mit Bezugsquellen, Kurzbericht zu Risiken und ein verbindliches Festpreisangebot für Phase 2. Festpreis 1.450 € inkl. 19 % MwSt.
• Phase 2, Entwicklung bis Vorserienprototyp: CAD in Onshape, 3D-Druck-Prototypen, 2 Korrekturschleifen, FEM bei Bedarf, Zeichnungen, Stückliste und STEP-Daten. Festpreis nach Phase 1.

Details zu Ablauf und Preisen finden Sie unter Leistungen, die Kosten erkläre ich im Beitrag Was kostet Produktentwicklung?.

Ein Beispiel aus eigener Entwicklung: Der SoloMeter 2.0 wird im FDM-3D-Druck gefertigt und hat ein 3-Fuß-System und eine integrierte Libelle. Das 3D-Modell können Sie auf der Seite Referenzen im Browser drehen.

Kurz gefragt

Was bedeutet fertigungsgerechte Konstruktion?

Ein Bauteil so zu konstruieren, dass es sich mit dem vorgesehenen Fertigungsverfahren zuverlässig, ohne Sonderaufwand und zu vertretbaren Kosten herstellen und montieren lässt. Das Verfahren wird dafür früh festgelegt und bestimmt die Geometrie mit.

Welche Daten braucht ein Fertiger?

In der Regel ein neutrales 3D-Format wie STEP, eine technische Zeichnung als PDF mit den funktionsrelevanten Maßen und Toleranzen sowie eine Stückliste. KANID übergibt genau diese Daten und zusätzlich den Zugriff auf das Onshape-Projekt.

In welchem CAD-System konstruiert KANID?

In Onshape. Kunden prüfen jeden Konstruktionsstand per Link im Browser, ohne eigene CAD-Lizenz.

Bietet KANID reine CAD-Konstruktion als Dienstleistung an?

Konstruktion ist bei KANID Teil der Produktentwicklung: von Konzept und Machbarkeit über CAD und 3D-Druck-Prototyp bis zum Vorserienprototyp, in zwei Phasen zum Festpreis.

Fazit

Fertigungsgerecht konstruieren heißt, die Fertigung von Anfang an mitzudenken: Verfahren festlegen, Geometrie danach ausrichten, Toleranzen gezielt setzen und am Prototyp prüfen. Das spart Schleifen beim Fertiger und Geld in der Serie. Wenn Sie ein Produkt entwickeln möchten, schreiben Sie mir über das Kontaktformular.

Fertigungsgerechte KonstruktionCAD-KonstruktionKonstruktion DienstleistungOnshapeSTEPTechnische Zeichnung

← Zurück zur Übersicht