CAD-Zeichnen für Maker
Medium · 45 min · Kostenlos
Ziel & Lerninhalt
Lerne, wie du mit parametrischem CAD Gehäuse und Halterungen für deine ProtoPeaks-Projekte zeichnest.
- Eine einfache 3D-Form in Fusion 360 oder FreeCAD skizzieren und extrudieren.
- Toleranzen für 3D-Druck und Lasercut richtig einplanen.
- Skizzenbeschränkungen nutzen um maßgenaue Zeichnungen zu erstellen.
Erklärung & Wissen
Basic
CAD (Computer-Aided Design) ist das digitale Zeichenbrett des 21. Jahrhunderts. Statt Lineal und Bleistift zeichnest du exakte 3D-Modelle am Computer – und kannst sie direkt zum 3D-Drucker oder Lasercutter schicken. Für ProtoPeaks-Projekte ist CAD dann nützlich, wenn Karton-Prototypen nicht mehr reichen: Servo-Halter, Zahnräder, maßgenaue Gehäuse. Das Gute: Kostenlose Tools (FreeCAD, Fusion 360 für Studierende/Hobby) reichen völlig.
Medium
Parametrisches CAD bedeutet: Statt feste Maße einzuzeichnen, verwendest du Variablen und Beziehungen. Servoverlängerung soll immer 5 mm kürzer als die Gesamtlänge sein? Einfach als Regel definieren, dann passt sich die Verlängerung automatisch an wenn du die Gesamtlänge änderst. Workflow: (1) 2D-Skizze zeichnen (Profil), (2) Skizze vollständig beschränken (alle Maße und Beziehungen festlegen), (3) Extrudieren oder Drehen → 3D-Körper. Toleranzen: 3D-Drucker braucht +0,2 mm für Passungen (Loch soll 3 mm Stift aufnehmen → Loch mit 3,2 mm zeichnen).
Expert
Skizzenbeschränkungen: Vollständig beschränkte Skizze = alle Punkte haben genau eine Position (schwarz in Fusion 360). Unterbeschränkt (blau) = Skizze kann noch verschoben werden. Überbeschränkt (rot) = widersprüchliche Maße, Fehler. Für Maker: Lieber zu wenige als zu viele Beschränkungen in frühen Entwürfen – Flexibilität bewahren. Dateiformate: STEP (.step, .stp) ist der universelle Austausch-Standard zwischen CAD-Programmen. STL (.stl) für 3D-Drucker – verliert alle Parameter, nur noch Dreiecksnetz. OBJ, 3MF als Alternativen zum STL.
Fun Fact
Das erste vollständig computergestützte CAD-System war Sketchpad (1963), entwickelt von Ivan Sutherland als MIT-Doktorarbeit. Er zeichnete mit einem Lichtgriffel direkt auf dem Bildschirm – damals Science-Fiction, heute Standard in jedem Ingenieurbüro.
- Parametrisches Konstruieren
- Zeichnen mit Variablen statt fester Maße – Änderungen pflanzen sich automatisch fort. Parameter (z.B. `Wandstärke = 2 mm`) werden einmal definiert und überall in der Skizze referenziert. Ändert man den Parameter, aktualisiert sich das gesamte Modell. Für Serienfertigung: Verschiedene Größen per Parameter-Tabelle automatisch generieren (z.B. Servo-Halter für SG90 und MG996R).
- Skizzenbeschränkung
- Geometrische Regeln (parallel, rechtwinklig, gleich lang), die eine Skizze eindeutig definieren. Typen: Fix (Punkt an Koordinate gebunden), Horizontal/Vertikal, Parallel, Rechtwinklig, Tangential, Konzentrisch, Symmetrisch, Gleich (gleiche Länge/Radius). Eine vollständig beschränkte Skizze hat Freiheitsgrade = 0. Fehler: Gleiche Länge für zwei unterschiedlich lange Linien definieren → Widerspruch → Überbeschränkung.
- Toleranz
- Erlaubte Maßabweichung beim Fertigen – entscheidend für Passungen. Spielpassung (für bewegliche Teile): Welle-Ø - 0,2 mm kleiner als Loch-Ø. Presspassung (für feste Verbindungen): Welle leicht größer als Loch. 3D-Druck-Faustregel: +0,2 mm auf Loch-Durchmesser für FDM-Drucker. Lasercut: Kerf (Schnittbreite) vom Laserstrahl abziehen – meist 0,1–0,2 mm je nach Laser.
- Extrusion
- 2D-Skizze in die Tiefe ziehen – erzeugt einen 3D-Körper. Blind Extrusion (feste Tiefe), Symmetrisch (beidseitig), Zu Fläche/Körper. Subtraktive Extrusion = Bohrung schneiden. Rotations-Extrusion = Umdrehungskörper (Zylinder, Kegelstumpf). Mehrfache Extrusion übereinander: komplexe Geometrien aus einfachen Schritten aufbauen.
Übung: Servo-Halter in FreeCAD skizzieren
Zeichne einen einfachen Servo-Halter für den SG90-Servo – als ersten eigenen CAD-Entwurf.
FreeCAD installieren
Lade FreeCAD unter freecad.org herunter und installiere es. Starte FreeCAD und wähle 'Part Design' als Workbench (oben in der Dropdown-Liste).
Check: FreeCAD öffnet sich, Part Design Workbench ist verfügbar.
Tipp: FreeCAD ist kostenlos und Open Source. Version 0.21 oder neuer empfohlen.
Neue Skizze erstellen
Erstelle eine neue Skizze auf der XY-Ebene. Zeichne ein Rechteck (23 × 12 mm – ungefähr SG90-Breite × Höhe) mit dem Rechteck-Werkzeug.
Check: Skizzen-Editor ist offen, XY-Ebene ausgewählt.
Tipp: Klicke auf 'Neue Skizze' → XY-Ebene auswählen → OK.
Maße beschränken
Wähle das Maßwerkzeug. Klicke auf die untere horizontale Linie und gib 23 mm ein. Dann die linke vertikale Linie: 12 mm. Positioniere das Rechteck am Ursprung.
Check: Rechteck ist vollständig beschränkt (alle Linien schwarz).
Tipp: Werkzeug 'Beschränkung Horizontaler Abstand' und 'Vertikaler Abstand' für die Maße verwenden.
Extrudieren
Schließe die Skizze. Wähle 'Aufpolsterung' (Pad) und gib 3 mm Tiefe ein. Bestätige mit OK. Dein erster 3D-Körper ist entstanden.
Check: 3D-Körper (Quader 23 × 12 × 3 mm) ist im Modell sichtbar.
Tipp: Part Design → Aufpolsterung (Pad) → Dicke 3 mm eingeben.
Montageloch hinzufügen
Neue Skizze auf der Oberfläche des Körpers. Zeichne einen Kreis (3,2 mm Ø) mittig. Schließe Skizze. Wähle 'Tasche' (Pocket) → Durch alles. Fertig: Das Loch geht durch den gesamten Körper.
Check: Zylinder-Loch (3,2 mm Ø) ist durch den Körper gebohrt.
Tipp: 3,2 mm statt 3 mm – Toleranz von +0,2 mm für M3-Schraube einrechnen.
Kein Versuchsaufbau – Software-Übung.
- Skizze ist überbeschränkt (rote Linien). — Eine Beschränkung ist widersprüchlich. Letzte Beschränkung rückgängig machen (Strg+Z) und neu setzen.
- Extrusion schlägt fehl ('Kann keinen Körper erstellen'). — Skizze ist nicht vollständig geschlossen. Alle Lücken im Profil schließen. FreeCAD markiert offene Punkte.
Kurzzusammenfassung
CAD ermöglicht maßgenaue Halterungen und Gehäuse für ProtoPeaks-Projekte. Workflow: Skizze → beschränken → extrudieren. Toleranzen immer einrechnen: +0,2 mm für 3D-Druck-Passungen. FreeCAD ist kostenlos und reicht für Maker-Projekte vollständig.