„Kann Ihre Software auch 3D?“ Diese Frage hört man sehr häufig, wenn es um die Funktionalität einer Layout-Software geht. Und tatsächlich ist die 3D-Unterstützung ein häufig gefragtes Thema. Besonders in den letzten zehn Jahren hat sich dieser Trend enorm verstärkt. Denn mit der Bereitstellung der 3D-Modelle in den Bauteilbibliotheken ist es möglich, eine 3D-Ansicht des Entwurfs zu erstellen – was die Entwicklungszeit stark verkürzt. Somit lässt sich schon in der Entwicklungsphase überprüfen, ob die Leiterplatte den vorgegebenen Dimensionen des Endproduktes entspricht. Nachträgliche Überraschungen und dadurch bedingte Redesigns kann man so vermeiden.
Einige der PCB-Design-Softwareanbieter sind zeitig auf diesen Zug aufgesprungen und bieten entsprechende Funktionen seit geraumer Zeit. Typischerweise sind das die Software-Lösungen im höheren Preissegment. Aber inzwischen findet man auch viele Programme im Midrange- und Lowcost-Bereich mit entsprechenden 3D-Lösungen.
Es gibt verschiedene Ansätze: Von der einfachen Datenausgabe in einem der üblichen dreidimensionalen Datenformate bis hin zur vollständigen Integration der Layoutentwicklung in einer 3D-Umgebung mit quasi nahtloser Schnittstelle zur mechanischen Konstruktion. Für diese Anwendung benötigt man für Leiterplatte und verwendete Bauteile exakte, die Geometrie beschreibende 3D-Daten, die auch in der mechanischen Konstruktion verwendet werden. Branchenüblich ist hier das STEP-Format. Es gibt auch weniger technische Anwendungen, Marketing zum Beispiel. Ein sauber gerendertes Bild des Boards oder eine Animation, die das Produkt eindrucksvoll präsentiert, hinterlassen beim potentiellen Kunden einen guten Eindruck und steigern die Chancen zum Erfolg. Auch hier gibt es PCB-Softwareversionen, die eine Video-Ausgabe unterstützen oder entsprechende Daten zur Weiterverarbeitung bereitstellen können. Mit Hilfe von externer (auch kostenloser) Rendering-Software kann man Bilder und Videos in sehr guter Qualität erzeugen lassen.
Bedürfnisse genau erkunden
Um eine bedarfsgerechte 3D-Lösung in der PCB-Software anbieten zu können, ist es zunächst wichtig zu verstehen, was der Kunde erwartet und seine Bedürfnisse genau zu kennen. Auf die Frage „Was würden Sie davon halten, mit Ihrer PCB-Design-Software das Layout dreidimensional darstellen beziehungsweise entwerfen zu können?“ erhält man mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Antwort wie: „Ja, das wäre toll.“ Die spontane Begeisterung ist zunächst groß.
Bei genauerem Nachfragen, in welchem Bereich der Entwickler konkret arbeitet und ob denn eine dreidimensionale Darstellung essentiell ist, wird die anfängliche Begeisterung dann doch relativiert. In den meisten Anwendungsfällen hält sich die Notwendigkeit in Grenzen. Oft wird die Leiterplatte in ein Standard-Gehäuse eingesetzt. Die Grundmaße des Gehäuses sind bekannt, die daraus resultierende maximale Platinengröße ist fix. Die Höhe der Bauteile ist üblicherweise ebenfalls bekannt. Entsprechend fällt die Wahl des Gehäuses aus. Nach anfänglicher Begeisterung wird die 3D-Option letztendlich zu einem „Nice-to-
have“. Also doch keine essentielle Funktion? Vielleicht doch nur Hype? Nein, das ist nur die halbe Wahrheit.
Es gibt Bereiche, in denen das Zusammenwachsen mit der mechanischen Konstruktion echte Vorteile bringt. Wie eingangs erwähnt, gibt es Entwicklungen mit strengen Vorgaben von den Kollegen aus der Mechanik. Länge, Breite und maximale Höhe der bestückten Leiterplatte sind aber noch nicht alles. In manchen Fällen muss die Leiterplatte aus starren und flexiblen Teilen bestehen, um der vorgegebenen Geometrie am Einsatzort zu folgen, oder die Leiterplatte muss zum Einbau gefaltet und zur Positionierung am Einsatzort wieder entfaltet werden können. Bei den Leiterplatten-Herstellern gibt es dazu inzwischen geeignete Lösungen. Je nachdem wie oft sich ein Layouter mit solchen Vorgaben konfrontiert sieht, wählt er ein entsprechendes Software-Tool. Teurere Software bietet die Möglichkeit Leiterplatten in einer vollen 3D-Umgebung zu entwickeln und stellt in den Bauteilbibliotheken auch schon entsprechende 3D-Modelle im branchenüblichen STEP-Format bereit. Komplexe Software muss jedoch erst erlernt und bedient werden. Wer selten mit entsprechenden Funktionen arbeitet oder nur wenige Male im Jahr ein Leiterplattenprojekt macht, ist schnell überfordert und benötigt einige Zeit, um die richtigen Funktionen im Programm zu finden oder zu konfigurieren. Hier gilt es für den PCB-Entwickler abzuwägen, wie häufig man eine echte 3D-Umgebung benötigt.
Export von 3D-Datenformaten
Einige der Layout-Programme in der mittleren bis unteren Preisklasse bieten die Layout-Entwicklung im klassischen zweidimensionalen Raum und erlauben den Export eines dreidimensionalen Datenformats. Hier gibt es viele Varianten: Die Layout-Software hat beispielsweise die 3D-Modelle der Bauteile bereits in den Bauteilebibliotheken hinterlegt oder erlaubt den Zugriff auf eine externe 3D-Datenbank. Exportieren der Daten ins 3D-Format ist einfach und problemlos. Der exportierte Datensatz lässt sich dann in einem mechanischen CAD-Programm zum Beispiel zur Kollisionsprüfung mit dem Gehäuse einlesen. Eine Ausgabe der Daten für 3D-Drucker ist eine weitere Option. Mit einem echten 1:1-Modell der Leiterplatte lassen sich beispielweise vorab Usability-Tests machen. Auch der Kollege aus dem Marketing könnte an einem Modell interessiert sein. Vielleicht genügt auch die Ausgabe in ein 3D-PDF-Format?
Entwicklung in 2D mit der 3D-Export-Option ist eine brauchbare Lösung für viele Bereiche in der Elektronik. Der Layouter konzentriert sich auf seine Kernaufgabe und kann bei Bedarf 3D-Daten an den Auftraggeber oder die Kollegen aus der mechnischen Konstruktion liefern.
Die 3D-Darstellung beschränkt sich nicht nur auf die harten Fakten. Es gibt auch weniger technische Anwendungen. Gerade in der zur Zeit stark boomenden Maker-Szene findet man Enthusiasten, die ihr Layout gerne Aufsehen erregend präsentieren wollen. Vor einiger Zeit hat ein Kunde berichtet, er habe ein Video mit einem Flug über seine Leiterplatte erzeugt. Stellen Sie sich vor: Sie sind der Pilot eines kleinen Flugzeugs und fliegen über die Leiterplatte, tauchen unter den Pins eines ICs hindurch, ziehen dann nach oben, um nicht am nächsten Elko zu zerschellen und um dann auf der anderen Seite auf die SMD-Widerstände hinabzustechen. Zugegeben, für einen echten Techniker eine Spielerei. Aber eindrucksvoll! Marketing par excellence! Kann ein Layout-System Daten für Rendering-Programme wie Povray oder Blender erzeugen, wird daher schon mal gerne der Computer einige Stunden lang mit dem Errechnen eines kurzen Videos, einem Flug über die Leiterplatte oder dem Erzeugen fast schon fotorealistischer Bilder beschäftigt.
3D wirklich notwendig?
Die Antwort dieser Frage liegt wie so oft irgendwo dazwischen. Hype? Nein. Notwendigkeit? Ja und Nein. In einigen Bereichen der Elektronik ist 3D nicht mehr wegzudenken. In anderen kommt man auch gut ohne aus.
Steht man vor der Entscheidung eine Layout-Software anzuschaffen, sollte man abwägen zwischen einfach zu bedienender Software, Qualität der 3D-Unterstützung und der Häufigkeit mit der man Projekte in 3D durchführt. Egal, ob ambitionierter Hobby-Elektroniker oder ein Designer, der täglich Layouts entwirft: Es gibt für jeden Bedarf das richtige Tool.
Weitere Informationen zu CadSoft Computer finden Sie im Business-Profil auf der Seite 23.
