Jetzt wird es nerdig: Oberflächengestaltung mit parametrischer Modellierung im Vergleich zur Sub-D-Modellierung

Ingenieure und Konstrukteure sind zunehmend dafür verantwortlich, die Optik und das Benutzergefühl neuer Produkte weiterzuentwickeln. Die optische Anziehungskraft eines Produkts ist oft entscheidend für seine Beliebtheit. Deshalb ist ein wichtiges Ziel der Konzeptphase mehrere Modelle zu erstellen, um herauszufinden, was sich der Kunde wünscht.

Organische Formen lassen sich durch parametrische Modellierung nur schwer erstellen. Wenn Sie einen ganzen Tag brauchen, um ein Konzept zu erstellen und einen weiteren Tag, um es anzupassen, vergehen zwei Tage und Sie arbeiten immer noch an Ihrem ersten Konzept. Durch den Einsatz der Sub-D-Modellierung (Subdivision-Modellierung) können Sie die Ideen- oder Konzeptionsphase des Entwurfs optimieren. Sie müssen dazu nicht alle Unterstrukturen (Kurven, Oberflächen, etc.) einrichten, die bei der parametrischen Modellierung erforderlich sind.

Sowohl die parametrische Modellierung als auch die Sub-D-Modellierungslösungen werden zur Erstellung der finalen Modelle für die Produktion verwendet. Oft wird angenommen, dass die Sub-D-Modellierung nur für die Konzeptphase des Entwurfs geeignet ist. Das ist allerdings nicht richtig! Modelle, die mit Sub-D-Modellierungstechniken erstellt wurden, gehen oft direkt in die Produktion, ohne dass das Modell mit parametrischen Oberflächenverfahren neu erstellt werden muss.

Meistens werden Modelle, die mit Sub-D-Oberflächenverfahren erstellt wurden, jedoch mit parametrischen Elementen wie Bohrungen, Schrägen, Lamellen, Gehäuseeigenschaften, etc. erweitert. Das resultierende Modell besteht aus Geometrie, die sowohl mit parametrischen als auch mit Sub-D-Modellierungstechniken erstellt wurde. Beide Ansätze – Sub-D-Modellierung und parametrische Modellierung – haben Vor- und Nachteile. Ein genauerer Blick auf die beiden Technologien hilft Ihnen dabei, herauszufinden, welcher Ansatz für Ihre Projekte am besten geeignet ist.

Reverse Engineering in SOLIDWORKS
Reverse Engineering in SOLIDWORKS

Parametrische Modellierung

SOLIDWORKS® Kunden kennen die Leistungsfähigkeit der parametrischen Modellierung, bei der sie die Geometrie mit Maßangaben parametrisch steuern können. Ändern Sie eine Detail, wird das Modell automatisch aktualisiert, ohne dass es neu gezeichnet werden muss. Sie können Intelligenz in eine Konstruktion integrieren. Die „intelligenten“ Volumenkörper erleichtern den Austausch mit anderen Ingenieuren, die die Intention Ihrer Konstruktion schnell erkennen können. Außerdem stellen die bei der parametrischen Modellierung verwendeten Modifikationen sicher, dass alle Änderungen an der Konstruktion unter Berücksichtigung der Konstruktionsabsicht vorgenommen werden.

Die parametrische Modellierung basiert auf NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines; deutsch: nicht-uniforme rationale B-Splines). Die Oberflächengeometrie wird buchstäblich mit einem Netzwerk von Splines berechnet, die die Form der Oberfläche bestimmen. Dank dieser Methode der Geometrieerzeugung erhalten Sie präzise Oberflächen, da die Form der Splines mathematisch gesteuert wird. Deshalb können Sie sie bemaßen und in der Baugruppe verknüpfen. Die Kurven, die NURBS-Flächen bestimmen, können jeden Grad haben: 1. Grad (ebene Flächen), 2. Grad (zylindrische oder konische Flächen) und 3. Grad (B-rep; deutsch: Begrenzenden Oberflächen).

Reverse Engineering in 3D Sculptor
Reverse Engineering in 3D Sculptor

Sub-D-Modellierung

Viele SOLIDWORKS Kunden kennen bereits die Vorteile der Oberflächengestaltung mit dem Sub-D-Modellierungsansatz von 3D Sculptor auf der 3DEXPERIENCE Plattform®. Die Oberflächenmodellierung mit Sub-D ist superschnell bei der Erstellung von konturierten, ergonomischen und organischen Formen. Sie können leicht Änderungen vornehmen und es ist nicht notwendig, einen detaillierten Plan zu erstellen.

Bei der Sub-D-Modellierung wird eine Oberfläche aus einer Reihe von Punkten im Raum erzeugt. Hinweis: Sehen Sie sich den Catmull-Clark-Algorithmus an, der gekrümmte Oberflächen mit Hilfe von Sub-D-Oberflächenmodellierung erzeugt. Die Punkte werden durch Kanten verbunden, wodurch ein Netz aus Rechtecken entsteht. Die Oberfläche wird erstellt, indem ein Verfeinerungsschema auf das rechteckige Netz angewendet wird, so dass eine glatte Oberfläche darunter entsteht.

In 3D Sculptor wandeln wir Sub-D in NURBS um, so dass es wie jedes andere CAD-Feature bearbeitet werden kann. Bringen Sie Schnitt-, Dünnwand- oder Fasen-Feature an, etc. Die automatische Konvertierung in NURBS ist extrem genau im Vergleich zur ursprünglichen Sub-D-Geometrie.

Arbeiten mit dem 3D Sculptor Modell in SOLIDWORKS Desktop
Arbeiten mit dem 3D Sculptor Modell in SOLIDWORKS Desktop

Vorteile der parametrischen Oberflächengestaltung

Die meisten von Ihnen kennen die parametrische Oberflächenmodellierung sehr gut. In der Regel erstellen Sie eine Grundmodell bestehend aus Kurven, Flächen, Ebenen, Punkten, etc. Damit können Sie Flächen anheben und miteinander verbinden und diese außerdem schneiden und kürzen. So können Sie einzigartige Formen erstellen, die Sie parametrisch steuern können, indem Sie die Abmessungen der zugrunde liegenden Basiskonstruktion ändern. Viele Ingenieure und Konstrukteure sind mit diesen etablierten Oberflächengestaltungstechniken sehr vertraut.

Allerdings hat die parametrische Modellierung auch einige Nachteile.

Erstens müssen Sie bereits im Vorfeld eine ziemlich gute Vorstellung von der Form haben, die Sie entwerfen möchten. Das bedeutet wahrscheinlich, dass Sie mehrere konzeptionelle Testmodelle durcharbeiten und/oder Handskizzen anfertigen müssen. Nur so gelangen Sie an den Punkt, an dem es sich lohnt, die zusätzliche Zeit in die Erstellung der endgültigen Version zu investieren. Selbst eine kleine Detailänderung wie das Hinzufügen einer blasenförmigen Erhebung auf einer sonst glatten Oberfläche eines Modells kann bedeuten, dass Sie die ursprüngliche skizzenbasierte Unterstrukturen neu erstellen müssen. Das bedeutet möglicherweise stundenlange Nacharbeit.

Darüber hinaus kann es ein Problem darstellen, die glatten, gekrümmten, kontinuierlichen Oberflächen zu erstellen, die viele Konstrukteure in ihren Modellen haben möchten. Oft greifen Sie auf das Abrundungswerkzeug zurück. Dies ist zwar eine hervorragende Technik zur Erstellung glatter Oberflächen, aber sie liefert nicht die gleichen Ergebnisse in Bezug auf reflektiertes Licht, die man mit einer krümmungsstetigen Oberfläche erhalten würde.

Rennwagenmodell in 3D Sculptor
Rennwagenmodell in 3D Sculptor

Vorteile der Sub-D-Oberfläche

Weniger bekannt ist den meisten Ingenieuren und Konstrukteuren die Sub-D-Modellierung. SOLIDWORKS 3D Sculptor bietet Sub-D-Modellierungsfunktionen im Browser. Bei der Sub-D-Modellierung können Sie Netzgeometrien stauchen und auseinanderziehen (ähnlich wie bei Knetmasse), um Ihre gewünschte Form zu erstellen. Oft konstruieren Sie um eine Baugruppe von 3D-Teilen herum oder mit einem Bild zum Vergleich im Hintergrund, um einschätzen zu können, wie weit Sie die Geometrie ziehen und schieben müssen. Außerdem erhalten Sie Funktionen, mit denen Sie harte Kanten (für Knicke und flache Oberflächen) festlegen können. Sie können die ursprüngliche Form durch Extrudieren und Biegen der Geometrie einfach erweitern. Und den Modellmaßstab können Sie über den Begrenzungsrahmen steuern.

Ein großer Vorteil der Sub-D-Modellierung besteht darin, dass Sie durch einfaches Schieben, Ziehen, Extrudieren und Knicken von Geometrie schnell komplett unterschiedliche Modelle entwickeln können. Die Oberflächen sind von Natur aus krümmungsstetig, was ihnen ein organisches Aussehen verleiht, außer in den Bereichen, in denen Sie Knicke und glatte Oberflächen festlegen. Das macht Ihre Zusammenarbeit mit Endkunden viel einfacher – egal ob persönlich oder in einem Web-Meeting!

Fundamentale Konstruktionsänderungen können Sie in Echtzeit vornehmen! Dabei können Sie direkt mit Ihrem Kunden zusammenarbeiten, um die gewünschte Form zu erhalten. Wenn Sie das Modell im Gegensatz dazu mit parametrischen Oberflächenverfahren konstruieren, müssen Sie sich in der Regel Notizen oder Markierungen in einer Zeichnung oder einem Bild von der Konstruktion machen und anschließend das Modell stundenlang umgestalten. Erst dann folgt ein weiteres Meeting mit Ihrem Kunden. Sie können schnell mehrere Versionen des Modells erstellen und haben so die Möglichkeit, die Zustimmung Ihrer Kunden zu einem frühen Zeitpunkt im Prozess zu erhalten und dadurch die finale Lieferung zu beschleunigen.

Aber auch die Sub-D-Modellierung hat einige Nachteile.

Die Sub-D-Modellierung eignet sich nicht für die Erstellung gängiger Feature wie Bohrungen, Rippen, Fasen, etc. – Feature, die man typischerweise bei Kunststoff- und Gussteilen findet. Um diese hinzuzufügen, ist es erforderlich, auf parametrische Feature-Funktionen zuzugreifen. Diese finden Sie in SOLIDWORKS Desktop und browserbasierten Tools wie SOLIDWORKS 3D Creator. Bei der Verwendung von 3D Creator und 3D Sculptor können Sie schnell und einfach mit nur einem Klick zwischen parametrischen und Sub-D-Modellierungsfunktionen hin- und herwechseln. In einem Moment erstellen Sie parametrische Merkmale und Flächen mit 3D Creator und im nächsten Moment erstellen Sie wunderschön geformte Sub-D-Flächen mit 3D Sculptor. 3DEXPERIENCE SOLIDWORKS bietet Ihnen das Beste von beiden Ansätzen in einem einzigen Angebot: 3DEXPERIENCE SOLIDWORKS, 3D Creator, 3D Sculptor sowie den Zugang zur 3DEXPERIENCE Plattform.

Was ist besser?

Sowohl die parametrische Oberflächenmodellierung als auch die Sub-D-Oberflächenmodellierung haben ihre Vor- und Nachteile. Es ist jedoch klar, dass die Sub-D-Modellierung zumindest in der Konzeptionsphase wesentlich schneller und einfacher zu einem abgestimmten Entwurf führen kann. Nehmen Sie an Ihrem Modell während der Entwurfs- und Detaillierungsphase erhebliche Änderungen vor, kann die Verwendung von Sub-D-Techniken ebenfalls von Vorteil sein, da Änderungen schneller und einfacher eingearbeitet werden können. Sie sollten außerdem die Sub-D-Modellierung verwenden, wenn Ihre Konstruktion über die gesamte Fläche eine kontinuierliche Krümmung aufweist.

Wenn Sie zu unseren SOLIDWORKS Desktop Kunden gehören, die bereits Oberflächenmodellierung verwenden, dann sollten Sie die Sub-D-Modellierung einfach als ein neues Werkzeug in Ihrem Werkzeugkasten betrachten. Eine Kombination aus Sub-D-Modellierung und parametrischer Oberflächenmodellierung ist für die meisten Projekte in der Realität die beste Lösung. Viele Anwender können Ihre Arbeitsabläufe optimieren und die Arbeitszeit an einem Projekt verkürzen, indem sie sowohl die parametrische Modellierung von SOLIDWORKS als auch die Sub-D-Modellierung von 3D Sculptor nutzen.

Mehr Informationen

3DEXPERIENCE SOLIDWORKS verbindet die branchenführende SOLIDWORKS 3D-CAD-Lösung mit der 3DEXPERIENCE Plattform, einer einzigen cloudbasierten Produktentwicklungsumgebung und umfasst außerdem die Sub-D-Modellierung und die parametrische Oberflächenmodellierung.

Wenn Sie weitere Informationen wünschen, wenden Sie sich bitte an Ihren lokalen Fachhändler.

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Autor: Craig Therrien – Product Manager für SOLIDWORKS – zum ORiginalartikel gelangen Sie HIER.

SOLIDWORKS DE
Dassault Systèmes bietet mit SOLIDWORKS komplette 3D-Softwarewerkzeuge zum Erstellen, Simulieren, Publizieren und Verwalten Ihrer Daten im Produktentwicklungsprozess und bietet zudem die notwendigen Tools zur Fertigung und Prüfung. SOLIDWORKS Produkte sind leicht erlernbar und anwendbar und lassen sich zusammen einsetzen, damit Sie Ihre Produkte besser, schneller und kostengünstiger entwickeln können. Ein Fokus liegt nach wie vor auf der Benutzerfreundlichkeit, was immer mehr Ingenieuren, Konstrukteuren und anderen Technikern die Möglichkeit gibt, die Vorteile von 3D zur praktischen Umsetzung ihrer Konstruktionen zu nutzen.