3D CAD und 3D Druck

Diskutiere 3D CAD und 3D Druck im Uhrenwerkstatt Forum im Bereich Uhren-Forum; Hallo, in einem anderen Thread driftete eine Diskussion etwas ins technische Abseits und es gab ein oder zwei Stimmen, die sich eine Verlagerung...

Frankg

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Hallo,

in einem anderen Thread driftete eine Diskussion etwas ins technische Abseits und es gab ein oder zwei Stimmen, die sich eine Verlagerung des Themas ins Werkstatt-Forum wünschten.

Ich habe hier gerade ein Teil das thematisch auch passt an dem ich erklären kann wo die Unterschiede zwischen Polygonmodelern und NURBS-Modelern liegen.

Es gibt prinzipiell zwei unterschiedliche Arten ein 3D Modell zu erstellen. Entweder baut man es aus lauter kleinen planen Flächen (Polygonen), oder man baut das Modell aus gewölbten Flächen (NURBS) auf.


Für beides gibt es spezielle Software. Ein typischer Polygonmodeler ist SketchUP, ein typischer NURBS Modeler ist Rhino3D. Die beiden erwähne ich hier ohne Wertung, weil sie sehr populär sind.

Der große Unterschied ist die Arbeitsweise. Für einen Ausdruck in 3D benötigt man eine entsprechend dem Drucker passende hohe Auflösung. Also müssen die gebauten Polygone ebenfalls entsprechend klein sein. Damit werden es zwangsläufig sehr viele Polygone, die sehr schwer zu bearbeiten sind, wenn es darum geht glatte geschwungene Flächen zu erzeugen. Bei den meisten Polygonmodelern ist daher eine Technik eingebaut, die es erlaubt mit sehr groben Stützpolygonen zu arbeiten, die dann für die Anzeige oder die Ausgabe in den Druck in viele kleine Polygone zerlegt werden. Dabei gleichen sie die Kurvigkeit annähernd an die gewünschte Form an. Die Art, wie das grobe Polygon in ein feineres umgerechnet wird, gibt in weiten Teilen das Programm vor. In der Regel handelt es sich um Catmull-Clark Flächen, die nach dem Erfindern dieser Technik benannt wurde. Ed Catmull ist übrigens einer der Mitbegründer von Pixar. Die Intention hinter dieser Technik war es eine leicht zu beherrschende Methode für die Figurenanimation für Trickfilme zu realisieren. Die Flächenqualität stand nicht im Vordergrund.

Der andere Ansatz ist es die zu gestaltenden Flächen mit Hilfe mathematischer Kurven zu beschreiben. Der Vorteil dabei ist es, dass die Flächen prinzipiell eine unendliche Feinheit erreichen. Der Nachteil ist für den Bediener, dass er bei den meisten Programmen genau wissen sollte was er tut, während man im Polygonmodeling eher intuitiv arbeiten kann. Wenn die Form dann fertig erstellt ist, lässt sich das Ergebnis je nach Programm gut modifizieren, variieren und anpassen. Zum Beispiel um gewisse Mindeststärken nicht zu unterschreiten. Beim Modellieren mit Polygonen kann es passieren, dass man wieder von vorn anfängt.

Ein weiterer Punkt ist die Flächenqualität. In eher handwerklichen Branchen wie in der Schmuckbranche ist die Fertigung eher sehr grob und die finale Form wird von handwerklich begabten Leuten herausgearbeitet. Das bedeutet, dass das Endergebnis noch sehr von der Endverarbeitung und dem individuellen Geschick des Ausführenden bestimmt wird.
In industriellen Prozessen, wie beispielsweise im Automobilbau wird die finale Qualität im Formanbau festgelegt. Das funktioniert heute weitgehend schon maschinell. Dazu muss die 3D Datei optimierte Flächen aufweisen. Solche Flächenqualitäten liefern auch NURBS-Modeler nicht automatisch und manche sind dazu auch gar nicht in der Lage.

3D_Mesh_feine_Aufloesung.png

Mesh mit hoher Auflösung

3D_Mesh_grobe_Aufloesung.png

Mesh mit niedriger Auflösung

Armband_hohe_Auflösung.png

finales Modell

In vielen Fällen reicht auch eine etwas schlechtere Flächenqualität aus, Der Aufwand eine perfekt verlaufende Fläche herzustellen ist enorm hoch. Laut Peter Bonitz, der ein ausgezeichnetes Buch darüber geschrieben hat liegt der Aufwand für Erstellung einer Fläche bester Güte beim mindestens vierfachen gegenüber einer guten Fläche.

Zu den Flächenqualitäten könnte man noch viel schreiben, das wichtigste ist aber die Flächenübergänge überprüfen zu können. Diese Funktion bieten die meisten NURBS-Modeler an, nicht jedoch die Polygonmodeler.

Zebra_Armband.png

Zebra-Darstellung zur Überprüfung der Flächenübergänge. Knicke deuten auf schlechte Flächenqualität hin.

Als Fazit lässt sich festhalten, dass Polygonmodeler erheblich einfacher in der Bedienung sind, dafür aber weniger genau. NURBS-Modeler hingegen perfekte Flächenqualitäten beherrschen, aber schwieriger in der Bedienung sind.

Falls das Thema von Interesse ist, kann ich gerne noch etwas dazu schreiben. Das werde ich ja dann an den Kommentaren sehen.

Gruß

Frankg
 
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fantomaz

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Sehr schön geschrieben und gute Hintergrundinformation!

Was noch fehlt -aus meiner Sicht- das Verständnis von/für Kunden, die oft der Meinung sind:
wenn es denn im Computer ist und 3D, dann kann man damit alles machen.
Sprich: ab auf die CNC Fräse, den 3D Drucker oder bitte eine Computeranimation oder
-visualisierung und bitte gleich auch an die Agentur den Datensatz, damit die dann daraus
geile Grafiken machen können....

Genau das geht nämlich nicht. Es ist immer ein sehr aufwändiger Prozess aus einem reinen
Mesh ein CAD Modell zu machen oder auch umgekehrt, aus einem CAD Modell ein Mesh.
Der Bearbeiter muss Wissen aus beiden Welten haben, möglichst so tief, dass er/sie in der
Lage ist daraus dann auch das entsprechende zu konvertieren oder neu zu bauen.
Noch dazu müssen all diese Menschen die da zusammen arbeiten auch die gleiche Sprache
sprechen oder zumindest sich auf eine Begrifflichkeit geeinigt haben.

Beispiel (welches ich immer gern meinen Kunden mit an die Hand gebe) ist das Wort
Animation.
Der eine versteht darunter die klassische Trickfilmanimation ala Disney, der nächste
versteht darunter die Sequenzen von James Cameron in Terminator oder Avatar, ja
und der dritte denkt dabei an Spaß im Pool von Mallorca mit einem Vorturner...
Aber alle reden von Animation ;-)

Es ist inzwischen ein breiter Fächer von Spezialwissen und viel Erfahrung die zum Gelingen
von 3D gehören, oder ein Sponsor dem Geld egal ist ;-)

Alexander
 

UliII

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Muss man jetzt den anderen Tread kennen für den nötigen Kontext? Das Thema ist komplex.
Falls es richtig gemeint ist, - ist es hier zu "schwarz/weiß" erklärt und kommt falsch rüber :). "Auflösung" ist nicht "Unterteilung". Es gibt nicht nur Poly- und NURBS- Modelling. Und der 3D Druck ist recht unabhängig vom Modelling.
Und ich weiß nicht, ob sich niemand auf die Füße getreten fühlt, - wenn Schmuckdesign grobes Handwerk ist :) . Sorry (ggfls.) ich hab nicht zitiert und die Infos nur noch grob im Kopf.

Es gibt gute, geniale, sehr komplexe "schwierige" und natürlich "schlechte" Tools für Polymodelling und NURBS.
Bei einem Bier wäre das sicher alles zu klären :) :)...

Beste Grüße

edit: Nach dem nochmal durchlesen :)... Den Tread, - von dem oben die Rede ist kenne ich ja eben nicht. Geht es um ein spezielles Teil? Das Armband? Druckt Jemand einen Prototypen oder die Form und gießt das mit Silikon? :)

Ein "einfaches", bezahlbares und wirklich geniales NURBS Modelling Tool ist noch Moi3D. Und gerade der Export zu einem druckbaren Format ist gut.
 
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Frankg

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@ fantomaz:

Ja, Kunden können spaßig sein. Mein Highlight war: „Können wir das Auto nicht einfach von der anderen Seite zeigen?”. Es handelte sich um ein Foto eines seltenen BMW‘s, den wir genau einen Tag für ein Shooting hatten und nach wochenlanger Absprache und Freigabe des Motivs für knapp 80000 € genau wie verabredet von einem Starfotografen haben fotografieren lassen.
Stimmt, 3D ist nicht gleich 3D. Es kommt sehr darauf an wofür das Modell später verwendet werden soll. Ich wollte es nur nicht ausufern lassen.

@ UliII:

Den Augangsthread braucht man nicht zu kennen. Er ist derart vom Thema abgewichen, dass ich es hinterher bedauert habe das Thema 3D Software in dem Kontext expliziert anzusprechen.
Das hier gezeigte Armband habe ich hergenommen, weil ich es zufällig gerade modelliert hatte, es zum Thema passt und man an dem Bespiel ganz gut zeigen kann worum es geht.
Ich habe versucht Fachbegriffe zu meiden, um den Text lesbarer zu halten.
Schon richtig. Ich habe hier alle Modeller, die direkt Polygone erzeugen unter Polygonmodeler zusammengefasst. Darunter fallen auch die, die sich de Catmull Clark Technik zunutze machen und die Brush-Typ Modeler wie Z-Brush. Modeler, die mit mathematischer Flächendefinition arbeiten sind immer NURBS Modeler. Jedoch gibt es auch hier riesige Unterschiede in der Qualität und im Anspruch.
Das fängt mit dem zugrundeliegenden Modellierkern an und endet mit dem Anspruch in Hinblick auf die spätere Verwendung. Der Modellierkern ist die mathematische Grundlage für die Funktionen der Software. Das ist sozusagen das Rohmaterial, um das die Software herum gebaut wird. Im wesentlichen gibt es nur die Version von Dassault und die von Siemens. Davon abgeleitet oder deutlich vereinfacht sind die populären, aber meist weniger zuverlässigen und einfacher gebauten Modelierkerne, die auf OpenNurbs basieren. Die Idee dahinter war einen Technologie zu schaffen, die jeder verwenden kann. Zum Zeitpunkt der Entwicklung war Alias die einzige Firma, die in der Lage war NURBS Flächen interaktiv modellierbar zu machen. Auf der anderen Seite stand IcemSurf von Dassault mit dem es möglich war die Flächen in den Produktionsprozess zu bringen. Es war aber damals unmöglich mit IcemSurf oder Catia, ebenfalls Dassault, Flächen zu designen. Das könnte Alias, aber leider um Preis recht hoher Ungenauigkeiten. Dennoch kosteten beide Programme ein Vermögen. Ein Lizenzmodell für den Modellierkern gab es nicht, daher versuchte jede Firma ihren eigenen Kern zu bauen. Das ging in den meisten Fällen schief. Heute ist so, dass wirklich jede professionelle Lösung auf einem der beiden großen Kerne basiert. Rhino3D ist eine Ausnahme, ebenso wie MoI. Letzteres stammt vom gleichen Entwickler wie Rhino in den Anfangstagen. Leider ist Rhino weit von der Zuverlässigkeit von Catia und ähnlichen Programmen entfernt. Der günstige Preis ist aber offenbar ein ausreichendes Argument um so eine Software trotz ihrer Schwächen professionell einzusetzen. Die große Community und die zahlreichen bekannten Workarounds vermitteln wohl auch den Eindruck hoher Qualität.
Schlussendlich kommt bei allen Paketen hinterher ein Polygonmodell heraus, das entweder additiv, also gedruckt oder spanabhebend zum Bau von Prototypen, Modellen oder direkt für die Produktion verwendet werden kann.
Die Frage ist nur wie mühsam der Weg dahin war und in wieweit die Designideen ohne Kompromisse an die Modelliertechnik umgesetzt werden konnten.

Wenn ich Schmuckfertigung als grobes Verfahren bezeichnet habe wollte ich damit niemanden zu nahe treten. In der Endfertigung ist es das natürlich nicht, nur der Guss selbst liefert im Verhältnis zur Bauteilgröße wirklich nur eine sehr grobe Skizze des ursprünglichen Designs.
Ich darf das so schreiben, denn ich habe selbst eine Schmuckfirma.
Derzeit ist Schmuck immer noch eher Handwerk als Produktion.

Gruß

Frankg
 

nobrett

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Interessant so was mal auf Deutsch zu lesen. Das meiste zum Thema scheint Englisch zu sein. Schien mir zumindest so als ich mich (lückenhaft) in Rhino eingefuchst habe.

Grüße
Norbert
 

earl grey

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Ich habe vor Jahren mal einige Zeit intensiver u.a. mit Ashlar Vellum gearbeitet, doch inzwischen bin ich deutlich aus der Übung, da ich mich beruflich mit anderen Dingen beschäftige.
Dennoch: Im anderen Thread (den ich nicht mehr finde), hattest du ein sehr günstiges 3D Programm empfohlen, welches – wenn ich mich recht erinnere – über einige Pleiten und Umwege mehr oder weniger in der Nachfolge von Ashlar stehen soll.
Welches war das?
 

Frankg

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Das war ViaCAD von PunchCAD. Das gibt es unter Umständen bereits ab 30 €, je nach Ausbaustufe. Da ist ein solider Acis Kernel drin. Am sinnvollsten finde ich ViaCAD pro. Das gibt es auch in Deutsch: https://www.avanquest.com/Deutschland/software-online/viacad3dprofessionalmac-500333?meta=mac-software&cat=cad

Das liegt dann bei ca. 230 €. Die Renderfähigkeiten sind zwar eher bescheiden, aber dafür gibt es ja andere Tools. Die Profiversion Shark Fx liegt bei ca. 1800 €. Diese halte ich für zu teuer, da sie maximal 2G Kontinuität beherrscht. für den Preis gibt es besseres.

Gruß

Frankg
 

fantomaz

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ViaCad kann ich auch empfehlen, habe ich seit Jahren in der Toolbox und die App
macht was sie soll. Ansonsten ist der Platzhirsch z.Zt. sicherlich Rhino und -wenn
man schon lange dabei ist- auch Form.Z

Rendern würde ich auch nie mit den Modellern, sondern immer mit anderen Tools.

Als eierlegende Wollmilchsau gilt sicherlich Cinema4D, hier ist z.Z. alles vereint
was das 3D Herz begehrt, Schnittstellen ohne Ende, Nurbs, Polygone, Animation,
Physics, aber auch ein stolzer Preis.

Alexander
 

Frankg

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Cinema 4D kann leider keine NURBS. Auch wenn Maxon die Kurven dort so nennt.
Der Modeler in C4D ist rein polygonbasiert.


Gruß

Frankg
 

Harpye

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Ich häng mit im Rhinolager ( mit CAD und CAM) ... meine C4D Version is dermaßen alt und instabil ( 6 CE +)... ich nutze sie grade noch um Trikots und Tshirts zu designen oder kleinere Bildles zu rendern

ansonsten umsonst aber auch etwas hinter dem Status aktuell zu sein ... Caligari Truespace... wurde seit der feindlichen Übernahme durch MS nicht mehr weiterentwickelt... ansonsten ... Blender ...
 

Frankg

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Rhino ist schon sehr verbreitet. Das macht mich nicht gerade glücklich, denn ich halte es nicht unbedingt für ein gutes Programm. Dafür ist mir die Präzision zu niedrig.
Cinema hat einen der besten Polygonmodeler, ist aber natürlich in erster Linie ein Visualisierungs- und Aminationsprogramm, ebenso wie Blender oder Maya.
Ein Polygonmodeler, der ähnlich gut wie der von Cinema 4D ist, aber ohne den Rest des Programms ist Silo von Nevercenter. Der kostet dafür aber auch nur 99 €.
Mit Form-Z bin ich nie warm geworden. Für mich ein typisches Programm wo unnötigerweise ein großes Geheimnis um die technische Basis gemacht wird und das dann auch prompt bei jeder Dateikonvertierung in andere technische Programme, wie SolidWorks große Schwierigkeiten macht.
Das gleiche gilt für Rhino. Eine Rhinodatei sauber in ein technisches Programm zu bekommen grenzt an ein Wunder. Komischerweise kann ViaCAD Rhinodateien beim Import sehr sauber in Acis konvertieren, dann kann man sie als STEP file weitergeben.

Gruß

Frankg
 

earl grey

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Danke für die Info bzgl. ViaCad.

Rhino und sogar Form Z (noch mit Dongel) hab ich auch noch irgendwo im Regal stehen, aber nie wirklich damit gearbeitet. Sehr viel Geld versenkt, seinerzeit...
 

Harpye

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Bei Rhino ist ein Großes Problem, dass die Flächensäume der NURBS Flächen mathematikbedingt of nicht mehr mit den begrenzenden Splines konvergieren....

SILO - ich dache das wär ein SD Modeller?

Ich hätt gerne zum Hobbyistengusto eine neuere Version von C4D aber bei den Preisen - ohne die Kosten wieder reinarbeiten zu können .....

Rhino reicht für meine Bedürfnisse ... und da ich viel nach Daten arbeite, ist die CAD CAM Lösung für mich definitiv ausreichend....

Wenigstens ist das Programm in 2D nicht so zickig wie Creo Parametric
 

Frankg

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Silo ist polygonbasiert, genau wie die HyperNURBS/SubDivisionSurfaces von Cinema.
Deswegen ja als Tipp für diejenigen, die einen C4D ähnlichen Modeler möchten, aber die Animationsfähigkeiten von Cinema 4D nicht benötigen und sich 3300 € sparen wollen:)

Du beschriebst das Hauptproblem von Rhino: es ist extrem unexakt. Das ist architekturbedingt, weil Rhino zu früh mit der Berechnung aufhört.
Daher passen die Flächen nie auf die Randkurven und das Modell ist nicht wasserdicht.

Als Alternative für ein All-in-one-Programm käme vielleicht noch Modo in Frage. Das liegt bei 1600 € und vom Funktionsumfang gar nicht weit von Cinema4D entfernt.
Blender ist eher schwierig zu lernen, sehr leistungsfähig, aber ein wenig langsam.

Gruß

Frankg
 

fantomaz

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Da lob ich mir meinen Uraltmodeller: ElectricImage Modeller

Bezahlt und macht was er soll.

Kennt kein Schwein (mehr) und läuft nur noch auf Maschinen mit Betriebssystem von vor 2005.
Hat eine geniale Oberfläche, einen Acis-Kern und eine direkte Schnittstelle zu meinem
Visualiserungstool ElectricImageAnimationSystem (kennt auch keiner (mehr)).

Übrigens alle Bilder und Objekte des Foren DressDivers sind damit entstanden.

Alexander
 

Frankg

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Doch, doch EIAS verwende ich seit 1996:) Ich dachte ja schon wir wären ausgestorben.

Aber, läuft EIM bei Dir wirklich sauber? Ich fand es zwar äußerst bemerkenswert was Kishore da im Alleingang zuwege gebracht hat, aber rocksolid ist schon was anderes.

Gruß

Frankg
 

fantomaz

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Nein, sauber läuft der natürlich nicht, kann er auch nicht, da ja diverse Unterstützung
für Acisfunktionen nicht mehr eingebaut werden konnten gegen Ende des Projekts (5.5)
und der Unbezahlbarkeit des Kernel.

Aber wenn man weiß wo die Falltüren sind und manchmal bestimmte Reihenfolgen bei
Arbeit eben nicht einhält, dann kommt man ganz gut durch den Dschungel durch.
Letztendlich muss man aber ohne Ende Zwischenspeichern.....

Schade, dass aus der Neuauflage (Tesla) nichts mehr geworden ist.

Alexander
 

Frankg

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Schade, dass aus der Neuauflage (Tesla) nichts mehr geworden ist.

Alexander

Das stimmt. Soweit ich weiß hat Kishore im Alleingang den kompletten ACIS Kernel erst Mac-Tauglich gemacht.
Wenn er ein Team und Geld gehabt hätte wäre daraus wirklich etwas spannendes geworden.

Gruß

Frankg
 

fantomaz

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...wie so viele der EI Produkte...
• Amorphium
• Der Renderer selbst
• Tesla/Modeller
• diverse inhouse plugins
• Transporter
• Unixversion von EI
• und mehr

Der erste Sargnagel war der Weggang der Gründer, der nächste dann „Play inc.”, Blair M. Burton
hat sicherlich auch nicht gerade zum Fortbestand beigetragen und dann kamen die Parscales.

Als vorletzter Besitzer von EI Technology Group (eben Brad Parscale, damals noch mit Vater Parscale zusammen)
ist er heute der „Digital Director for President D. Trump” und macht die Webseite u.a. Dinge wie social media für ihn.

Jens und ich streiten immer darüber, welche Version denn die beste von allen war, er sagt 2.75 meine all time best war 2.92.
Und natürlich die selbst entdongelte Version 1.5 :D

Alexander
 
Thema:

3D CAD und 3D Druck

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