Operaciones en software CAD para diseño e impresión 3D


Continuamos con la sección de diseño e impresión 3D, viendo las operaciones disponibles en los softwares de CAD.

A lo largo de la sección hemos visto que existen distintas formas de representar objetos en 3D, así como distintos tipos de software de diseño en 3D. Ya dijimos que, aunque no es el único tipo, en muchos casos emplearíamos un software de CAD.

Así que en la entrada anterior dedicamos un tiempo a ver las generalidades del software de CAD. En esta entrada nos toca nos toca adentrarnos un poco más, y ver las operaciones 3D disponibles en los softwares de CAD.

Como de costumbre no nos vamos a ceñir a ningún software de CAD en particular. Porque nosotros no queremos aprender un software de CAD, si no aprender a dibujar.

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Así, podremos pasar a un software de CAD a otro rápidamente, y será únicamente cuestión de «donde está este icono» o «cómo se hace aquí esto». Pero sabremos exactamente lo que queremos y podemos hacer.

Por tanto, vamos a ver las operaciones de diseño 3D disponibles en los softwares de CAD. Y es que, efectivamente, estas operaciones son las mismas en los distintos CAD porque vienen «dadas» por las matemáticas en las que se basan.

Así que conviene que las conozcáis, sepáis que opciones tienen, cuando y donde podemos usarlas, y aprender cuando resulta más conveniente usar una u otra.

Extrusión

Probablemente la operación más básica y habitual en cualquier software CAD. La extrusión genera un volumen contenido por una forma cerrada al desplazarse una distancia según la normal (perpendicular) al plano que contiene la forma.

La extrusión es, en mucho casos, la operación 3D que más veces emplearemos. En su forma aditiva permite generar formas desde formas sencillas, como prismas y cilindros, ha sólidos más complejos (en función de la forma que empleemos). En su versión sustractiva una extrusión puede denominarse agujeros o vaciados.

Una opción habitual es añadir un ángulo a las caras extruidas. Este ángulo tradicionalmente se denomina ‘ángulo de desmoldeo’, porque tiene sentido en la elaboración de moldes para facilitar la retirada de la pieza. Sin embargo, también puede ser empleada para generar, por ejemplo, sólidos troncocónicos o trapezoidales.

Revolución

Otra de las operaciones más básicas en cualquier programa CAD es la revolución. La revolución genera un volumen al rotar una superficie cerrada en torno a un eje.

La rotación puede ser completa (360º) o con un ángulo abierto, en cuyo caso la superficie generatriz forma una «tapa» en ambos extremos de volumen.

La revolución es una operación indispensable en el caso, muy común, de tener que trabajar formas de revolución como ejes.

Barrido (sweep)

La operación barrido es una de las más potentes disponibles en un software de CAD. De hecho, la extrusión y la revolución son casos particulares.

Como su nombre indica, la operación genera un volumen desplazando (barriendo) una forma cerrada a lo largo de una trayectoria cualquiera.

Entre las opciones típicas está como se mantiene la orientación de la forma respecto a la curva. Las opciones más habituales (existen variaciones) son que la forma siga la tangente de la curva guía, o que mantenga la orientación original.


Con frecuencia, también es posible como opción variar la rotación y/o la escala de la forma, a lo largo del desplazamiento por la curva guía, pudiendo generar una gran variedad de formas (hélices, brocas, «pelos», etc)


También es posible añadir más de una forma (perfil) a lo largo de la curva guía. En este caso, el volumen generado realiza una transición entre los distintos perfiles proporcionados.


Solevado (loft)

La operación de solevado es otra de las operaciones más «potentes» para la generación de sólidos. Se genera mediante la transición entre dos o más formas cerradas (perfiles).


Como adelantábamos, es posible indicar más de dos perfiles. En este caso el sólido generado realiza la transición entre las formas indicadas.


Finalmente, es posible añadir uno o más carriles para añadir mayor grado de detalle en la transición entre los perfiles.


Inclinar cara

Inclinar cara es una operación muy sencilla que, como su nombre indica, rota las caras indicadas respecto a otra.


Normalmente la operación de inclinar caras se asocia con la elaboración de moldes, donde es necesario fabricar un ángulo para facilitar el desmoldeo de la pieza.

Por ello, a veces es olvidada, pero puede facilitarnos la vida siempre que tengamos que trabajar con piezas con caras inclinadas.

Espesar (thick)

La operación espesar es otra de las, muchas veces, olvidadas en los software de CAD. Su funcionamiento es sencillo, y consiste en eliminar una o varias caras de un sólido, dando espesor a las restantes.


La operación espesar se asocia normalmente a la creación de «cajas» o cascos. Pero, al igual que en el caso de inclinar caras, recordar que no únicamente sirve para eso, y es una buena forma de dibujar formas relativamente «sencillas» rápidamente evitando una gran cantidad de bocetos 2D.

En particular, es una buena herramienta para dibujar fácilmente incluso formas simples como ‘L’s, ‘U’s. Además, facilita su posterior modificación porque sólo tenemos que modificar el sólido original, en lugar de tener que lidiar con un montón de curvas en 2D.

Redondeo (round)

La operación redondear es una de las más comunes en cualquier software de CAD. Como su nombre indica, es convertir una o más aristas en un redondeo.


Entre las opciones habituales está el tratamiento de esquinas y puntos donde convergen varias aristas, o el comportamiento con las caras y redondeos vecinos.

En las versiones más avanzadas, la función de redondeo permite variar el radio en distintos puntos de la arista, y la superficie generada se adapta.

La función de redondeo es una forma rápida de conseguir que nuestros modelos parezcan mucho más «vistosos y complejos». Por este motivo, a veces, abusa de ella en tutoriales y ejemplos.

Pese a esto, en la vida real es una función casi indispensable. Permite eliminar concentradores de esfuerzos y facilitar la fabricación de las piezas. No obstante, en muchas ocasiones la función de redondeo se realizará al final del proceso de diseño.

Chaflán (chamfer)

La función «hermana» del redondeo, añadir un chaflán en una arista. Las opciones y funcionalidades son similares a las disponibles para redondeos.


La función chaflán es útil además de para matar aristas, para generar avellanados, diseñar acoples entre piezas, trabajar con nervaduras, y eliminar concentradores de esfuerzos.

Simetría (mirror)

La operación de simetría permite realizar copias «espejo» de partes de una pieza, de operaciones, o de piezas enteras.


Muchos de los objetos con los que trabajamos disponen de planos de simetría. La operación de simetría nos permite evitarnos mucho trabajo innecesario, dibujando únicamente una parte de la pieza en lugar del total.


Además, facilita la modificación y mantenimiento de nuestros diseños, y evitar errores por, por ejemplo, desplazar un agujero y dejarnos el simétrico en otra parte de la pieza.

La generación de simetrías es una herramienta indispensable para evitarnos trabajo innecesario y facilitar la modificación y mantenimiento de nuestros diseños.

Patrón (pattern)

Otra operación común en cualquier software de CAD, e imprescindible para evitarnos trabajo repetitivo, es la capacidad de crear repeticiones (propagaciones, patrones…) de operaciones o partes de nuestra pieza.

Estas repeticiones pueden ser unidimensionales, bien sea en línea recta o a lo largo de una curva guía.


También son frecuentes las operaciones bidimensionales, como patrones rectangulares (sólo el contorno, o rellenos).

Finalmente también son habituales los patrones circulares, bien sea reorientando la operación o manteniéndola fija.


Estos son los casos de repeticiones más frecuentes, aunque algunos softwares pueden ofrecer patrones adicionales. También es frecuente la opción de excluir uno o más ejemplares de la propagación.

Conclusión

Hemos visto las operaciones de CAD disponibles que son comunes a la mayoría de softwares. Aunque algunos softwares no tendrán todas implementas o las tienen con opciones más reducidas.

Conocer las operaciones es indispensable para poder abordar un diseño 3D. Antes de ponernos a dibujar, es conveniente (más bien, necesario) analizar la geometría e imaginar cuál es la vía más rápida y eficiente para dibujarlo.

Por otro lado, mi consejo particular es que en el proceso de diseño paséis a 3D lo antes posible reduciendo la cantidad de bocetos y formas 2D que tengáis que dibujar. A la larga ahorraréis trabajo, errores, y vuestros diseños serán más fáciles de mantener y modificar.

Así mismo, lógicamente, emplead la operación más sencilla que cumpla con vuestro cometido. Es decir, si podéis usar una extrusión en lugar de un barrido, y no es previsible que en el futuro la vayas a necesitar, coge la más sencilla (filosofía KISS, «Keep It Simple»)

Por supuesto, analizar la opción de emplear simetrías y propagaciones para ser más eficientes. Y recordad que ciertas herramientas, como espesar o inclinar cara, a menudo son olvidadas y pueden ahorrarnos trabajo.

Como último consejo conviene que, por lo menos una vez, dediquéis un cierto rato a dibujar cada una de estas operaciones en el software que uséis habitualmente. De esta forma le perderéis el «miedo» cuando las necesitéis.

Y hasta aquí lo relativo a generalidades de 3D. En el resto de la sección «asumiremos» que ya sabéis dibujar (… ¿enhorabuena?), así que pasamos a aspectos propios del proceso de impresión y del diseño 3D para impresión 3D. ¡Hasta pronto!

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