Freie Software für Maker, Teil 5: FreeCAD und OpenSCAD

Die Basis aller Maker-Projekte, die mittels digitaler Fertigung entstehen sollen, bilden digitale Modelle der Werkstücke, welche dann gefertigt werden sollen. Selbst Projekte, die in Handarbeit umgesetzt werden sollen, werden heute oftmals am Rechner geplant. Diese Modelle werden mittels Computer Aided Design (CAD) erstellt.

Im ersten Teil der Serie haben wir Inkscape kennengelernt. Inkscape ist eigentlich ein Vektorgrafikprogramm, welches aber von vielen Makern als eine Art 2D-CAD-Software genutzt wird. 2D-Modelle sind für viele Projekte und Fertigungsschritte ausreichend, zum Beispiel für das Laserschneiden oder -gravieren, Besticken oder für den Schneideplotter.

Oft reichen zwei Dimensionen jedoch nicht aus. Moderne Fertigungsverfahren, wie beispielsweise 3D-Druck, benötigen dreidimensionale Modelle. In diesem Beitrag werden einige beliebte freie CAD-Programme vorgestellt.

Übersicht

Zwei beliebte Freie-Software-CAD-Programme, welche vor Allem auf technische Anwendungen ausgelegt sind, sind FreeCAD und OpenSCAD. Mit beiden lassen sich konstruktive solide Geometrien erstellen und in viele Formate exportieren. Beispielsweise in das STL-Format, welches im 3D-Druck-Bereich weit verbreitet ist.

Die beiden Programme unterscheiden sich stark in ihrer Herangehensweise und spielen ihre Stärken in verschiedenen Szenarien aus. Im folgenden Artikel werden beide Programme vorgestellt und deren Vor- und Nachteile beleuchtet.

FreeCAD

FreeCAD ist ein sogenanntes feature-basiertes parametrisches CAD-Programm. Es ist vergleichbar mit den kommerziellen CAD-Programmen Solid Edge, PTC Creo oder SolidWorks, und bietet viele nützliche Funktionen zur Herstellung von 3D-Modellen. FreeCAD ist seit fast zwei Dekaden in der Entwicklung und immer noch weit davon entfernt, fertig zu sein. Als freie Software hat das Projekt nicht die Ressourcen der großen Hersteller, daher bietet es naturgemäß einen geringeren Funktionsumfang als kommerzielle Software. Die meisten für Maker benötigten Features sind jedoch bereits umgesetzt. Zusätzlich kann FreeCAD mit einer Vielzahl an Plugins erweitert werden.

Der Einsatz von FreeCAD bietet sich vor allem dann an, wenn Nutzer bereits mit anderen parametrischen CAD-Programmen Erfahrungen gesammelt haben. Die Modellierung erfolgt iterativ, nach und nach entstehen komplexere Formen. Verschiedene Teile können mittels einer Erweiterung digital zusammengebaut werden, um z.B. deren Zusammenspiel zu untersuchen. Andere Erweiterungen führen Standardteile-Kataloge, z.B. für Schrauben oder Muttern ein.

Ein großer Nachteil ist es, dass bei Änderungen an vorhergehenden Elementen im Modell manchmal die nachfolgenden Elemente kaputt gehen und erneut bearbeitet werden müssen, um Konflikte aufzulösen. Etwas nervig ist auch die Anfälligkeit für Abstürze, Datenverlust lässt sich durch häufiges Speichern jedoch weitgehend vermeiden. Die Entwickler bekommen beide Probleme aber von Version zu Version erkennbar besser in den Griff.

OpenSCAD

Bei OpenSCAD handelt es sich um eine Art Programmiersprache für 3D-Modelle. Die Modelle werden anhand von Skripten generiert, welche vom Benutzer geschrieben werden. Im Gegensatz zu Programmen wie FreeCAD können hierbei einzelne Teile nicht mit der Maus ausgewählt, bewegt oder anderweitig modifiziert werden. Stattdessen werden die einzelnen, im Skript erzeugten soliden Körper zu einem Gesamtkörper vereinigt, welcher in einem Vorschaufenster begutachtet werden kann.

Die Stärken von OpenSCAD ergeben sich aus der Programmierbarkeit. Teile der Modelle können in Funktionen und Module ausgelagert werden und mit verschiedenen Parametern aufgerufen werden. Dadurch können Teile einfach wiederverwendet werden. Weiterhin können Werte aufgrund von Variablen errechnet werden. Durch die Möglichkeit, einige Grundwerte global vorzugeben (zum Beispiel kann eine Box durch Angabe der äußeren Dimensionen und der Wandstärke errechnet werden), können ganz einfach Generatoren für verschiedene Anwendungszwecke erstellt werden (zum Beispiel für Staubsaugerdüsen, Scharniere oder Tischfußhalter auch Maschinenelemente wie Getriebe oder Wälzlager).

Die größte Stärke ist jedoch zugleich der größte Nachteil. Benutzer ohne Programmiererfahrung werden sich nicht allzu leicht einfinden. Selbst wenn man solche Erfahrungen hat, unterscheidet sich das Programmieren von 3D-Modellen stark von anderen Anwendungen. Außerdem kann das Generieren der Modelle mit steigender Komplexität relativ lange dauern, weswegen die Vorschau nicht ständig aktualisiert werden sollte.

Vergleich

FreeCAD ist oft einfacher zu nutzen als OpenSCAD, vor allem wenn komplexe Modelle erstellt werden müssen, da Änderungen durch den WYSIWYG-Ansatz sofort sichtbar werden. Die nachträgliche Änderungen von Parametern wie den Abmessungen von Teilen sind jedoch nur schwer möglich.

OpenSCAD ist ausgezeichnet geeignet für die Erstellung parametrierter Modelle. Die Skripte sind kompakt und lassen sich leicht archivieren, vor allem auch mittels Versionsverwaltung. Es ist auch einfach, wiederverwendbare Einheiten zu erstellen und mit anderen zu teilen.

Beide Programme sind insbesondere im 3D-Druck-Bereich beliebt. Im Internet finden sich viele Webseiten, auf denen einige Modelle auch als Quelldatei heruntergeladen werden können.