Aplicaciones reales de software CAD y escaneo 3D
Si te estás preguntando si necesitas un sistema CAD para cubrir las necesidades de diseño o ingeniería de tu empresa o de tus clientes, continúa leyendo. Lo que puede parecer una inversión importante entre la gran variedad de opciones puede acabar siendo una de las mejores decisiones que tomes, ya que te ahorrará muchísimo tiempo, energía y gastos. Este artículo es un resumen de los sistemas CAD actuales, los retos que ayudan a resolver y cómo el escaneo 3D mejora notablemente los flujos de trabajo CAD, desde la inspección hasta la ingeniería inversa y mucho más.
Introducción
Antes de que se comercializara este tipo de software, casi todo el trabajo de diseño se hacía a mano, dibujando manualmente en papel las dimensiones y propiedades. Los programas CAD lo han cambiado todo. Pero esto no significa que exista un único programa que resuelva las necesidades de todos los diseñadores, ingenieros y arquitectos. La mejor forma de saber lo que necesitas exactamente en cuanto a diseño asistido por ordenador es analizar primero las opciones disponibles hoy en día, por qué puedes necesitar una solución en lugar de otra, y cómo una solución adicional, el escaneo en 3D, puede potenciar tus resultados CAD y amortizarlos con creces en el futuro.
¿Por qué usar un programa CAD? ¿Quién utiliza los programas CAD?
El proceso de diseño e ingeniería es mucho más fácil cuando se utiliza un software CAD. Desde el diseño y la concepción inicial hasta el análisis de los componentes y los ensamblajes, así como la fabricación y el embalaje de los productos finales.
Es una ventaja enorme poder hacer cambios en las dimensiones o en las formas y ver cómo esas modificaciones se propagan por todo el diseño en un abrir y cerrar de ojos. Es imposible hacer lo mismo con papel y lápiz en 2D.
Precisión submilimétrica
Los programas de diseño asistido por ordenador de hoy en día permiten crear modelos que representan con precisión las piezas reales, con una tolerancia de apenas unas micras. A diferencia de lo que ocurre con los planos en 2D, utilizando el software CAD no se pierde tiempo en volver a trazar los diseños desde cero o en crear nuevos planos desde distintos ángulos.
Cuando se trabaja en 3D, no hay que limitarse a una composición estándar de seis vistas. Se puede elegir entre cientos de ángulos posibles con los aumentos que se deseen.
Seguramente, el producto que se diseñe no será el único que se cree. Aquí es donde el software de diseño asistido por ordenador destaca más si cabe, ya que permite crear fácilmente plantillas y bibliotecas de componentes que se pueden reutilizar tantas veces como sea necesario. También se pueden añadir piezas y accesorios personalizados, como componentes electrónicos o de sujeción diseñados por la propia empresa, así como materiales comerciales.
Todas ellas se pueden adaptar a los diseños con sólo arrastrarlas y soltarlas, según se necesite. Esto hace mucho más fácil y rápido el flujo de trabajo de los diseños futuros, reduciendo radicalmente el tiempo y el esfuerzo necesarios para materializar los planos.
Aprovechando al máximo los modelos CAD
Una vez creados los modelos CAD, hay una amplia gama de posibilidades en cuanto a su uso, que van más allá de la simple fabricación. Por ejemplo, supongamos que queramos crear rápidamente una serie de nuevos prototipos con diferentes tipos de cambios, o incluso versiones a escala del original, con componentes y características adicionales.
Al empezar con un modelo CAD existente y diseñar a partir de él, no sólo se dispondrá de una base consistente para el trabajo, sino que se ahorrarán días o semanas en el flujo de trabajo de creación de prototipos.
AEF, CFD y mucho más
Otra posibilidad es la simulación, como el análisis de elementos finitos (FEA) (finite element analysis) o pruebas de dinámica de fluidos computacional (CFD) (computational fluid dynamics). Cogiendo el modelo CAD y pasándolo a uno de estos sistemas, se pueden hacer pruebas esenciales de análisis de tensión y fatiga, para analizar y mejorar componentes aeroespaciales o de automoción, por ejemplo.
La importación de su modelo CAD a un sistema CFD permite realizar ensayos aerodinámicos/hidrodinámicos, una etapa crítica en el proceso de diseño para muchos clientes, desde los deportes de motor hasta la aviación y la industria marítima, entre otros.
Diseño eficaz de embalajes
Con el modelo CAD probado y listo para la fabricación, también puede utilizarse para crear embalajes de productos personalizados para su envío y también para su exposición. Disponer de un modelo CAD con dimensiones precisas del producto facilita la fabricación de embalajes interiores que amortigüen y protejan el producto, sobre todo en el caso de objetos frágiles y sensibles a los golpes, utilizando cartón ondulado, espuma o micro espuma como protector.
Y no sólo para protegerlo, sino que este embalaje preciso en CAD permite optimizar el espacio y reducir el peso total del envío, factores importantes a la hora de producir y enviar cientos, o incluso miles, de un producto determinado con el tiempo.
Inspecciones perfectas en minutos
Uno de los usos más eficaces del CAD en la actualidad es el control de calidad. Especialmente si se combina con el escaneo 3D, el programa de diseño asistido por ordenador es una herramienta de gran utilidad en las etapas más importantes del proceso de control de calidad, en la cadena de montaje, en el muelle de carga, en el momento de la entrega o incluso fuera de la fábrica.
El funcionamiento es sencillo: mediante un escáner 3D se mide el objeto o la pieza, y luego se compara el escaneo con el modelo CAD original para detectar cualquier desviación fuera del rango aceptable.
Aunque es posible medir manualmente partes de componentes y usarlas para hacer comparaciones, a no ser que se trabaje con formas geométricas básicas, es inevitable que haya fallos en las mediciones. Suele ocurrir que lo que se mide tiene curvas, superficies empotradas, bordes finos o materiales blandos y fáciles de deformar.
Usar CAD + escaneo 3D = Máxima superficie de inspección, mínimo tiempo
En vez de medir determinados puntos de la pieza, el escaneo 3D permite capturar millones de puntos por segundo, sin necesidad de entrar en contacto con el objeto. Todo esto es aún más importante si la pieza presenta fallos y necesita someterse a pruebas de materiales o a algún otro tipo de simulación de análisis de fallos.
No hay duda de que lo ideal es capturar cada superficie con la mayor precisión posible. Y para ello, el escaneo 3D es la solución ideal, en apenas unos segundos, comparado con la mejor medición manual. Además, las soluciones de escaneo 3D más actuales son completamente portátiles, con modelos de mano de todo tipo, incluso sin cables ni necesidad de un ordenador portátil.
Si tu flujo de trabajo depende de la velocidad y la facilidad de uso, entonces la solución de escaneo a CAD es lo que estás buscando. Lo analizaremos con más detalle más adelante. Por ahora, destacar que, con un sistema de este tipo, en cuestión de minutos se podrán escanear objetos complejos y después compararlos detalladamente con sus modelos CAD. Eso sin contar con todas las posibilidades de ingeniería inversa que brindan las soluciones de escaneo a CAD.
Usos del CAD en la vida real
Como ya se ha dicho, antes de usar un software CAD, ingenieros de todo el mundo dependían del lápiz y papel para sus diseños. Eso implicaba dibujar cada línea, curva u otra forma con reglas, transportadores y otros instrumentos de dibujo.
Los cálculos, ya sean de presión en las tuberías, de tensión eléctrica en los cables o de fuerzas aerodinámicas en una sección del ala, se hacían a mano. Lo que implica exponerse al error humano.
Lo digital supera al papel
Además, estos dibujos técnicos son susceptibles de dañarse o destruirse, sin olvidar que son engorrosos a la hora de almacenarlos y transportarlos. El software CAD ha cambiado todo esto. Ahora los planos de diseño ya no se limitan a un trozo de papel, y ni siquiera a dos dimensiones, y pueden ser vistos y editados por colegas que trabajan junto a ti o en el otro lado del mundo.
En casi todos los aspectos, los modelos CAD digitales son superiores, especialmente cuando tenemos que archivarlos de forma segura para usarlos en el futuro, por ejemplo, en caso de que el diseño CAD físico o el propio objeto dejen de existir. Con un modelo CAD de precisión disponible, es posible recuperar prácticamente cualquier pieza o ensamblaje.
Una breve lista de aplicaciones CAD
Dibujos técnicos
Cuando un ingeniero elabora un dibujo técnico, lo hace para establecer las especificaciones concretas de una pieza, un componente o una máquina, para su uso en la fabricación y el continuo perfeccionamiento del objeto en cuestión. Pueden ser piezas aeroespaciales, dispositivos médicos, componentes de máquinas, etc.
Planos de edificios
En el sector de la construcción, se denominan comúnmente "planos", que detallan cómo debe diseñarse un edificio, qué materiales deben emplearse y dónde se encuentran elementos específicos como escaleras, ventanas, lavabos y puertas. En la actualidad, este trabajo puede realizarse de forma rápida y sencilla mediante el uso de programas de CAD.
Esquemas eléctricos
Los mejores programas de diseño asistido por ordenador actuales ofrecen conjuntos de herramientas para crear esquemas eléctricos, incluido el diseño de placas de circuitos. Lo que antes llevaba días de forma manual, ahora puede hacerse en cuestión de horas, y después las plantillas pueden reutilizarse y compartirse con los demás compañeros.
Sistemas HVAC
El diseño de un sistema completo de calefacción y ventilación de una casa u otro edificio es una función habitual que ofrecen algunos de los principales sistemas CAD. Estos sistemas vienen de serie con múltiples plantillas y conjuntos de herramientas para calcular los requisitos específicos de un diseño en función de factores como la superficie, el clima exterior, el aislamiento y el tipo de habitación.
Planos del terreno
Más allá de las paredes de un edificio, es posible diseñar y calcular con precisión en CAD todo un terreno residencial o comercial. Esto es mucho más que un simple estudio del terreno. En CAD se pueden crear elementos como zonas ajardinadas, piscinas, jardines, caminos de entrada, árboles, paseos y mucho más.
Lo antiguo contra lo nuevo: el modelado paramétrico frente al modelado directo
Entre los programas de CAD más conocidos del mercado, existen dos grandes variantes de modelado: el paramétrico y el directo. Echemos un vistazo a cada uno de ellos.
Modelado paramétrico
Utilizado desde 1987, normalmente es lo que la gente piensa cuando habla de modelado CAD. Con el modelado paramétrico, se construye una geometría 3D pieza por pieza, utilizando bocetos 2D para crear elementos 3D.
A lo largo del proceso, se añaden cuidadosamente todas las características y restricciones necesarias. Por ello, el modelado paramétrico requiere una planificación diligente, sobre todo cuando es muy elevado el conjunto de características del modelo.
Este tipo de modelado basado en el historial es lo que realmente diferencia al modelado paramétrico del otro método principal: el modelado directo. Con el paramétrico, el software recuerda las características que has dado a tu modelo en el orden exacto en el que se dieron.
De este modo, es como un programa de ordenador, en el que existen instrucciones secuenciales, y cada vez que quiera añadir una nueva característica o cambiar una existente, todos los aspectos de su modelo se verán afectados.
Aunque el modelado paramétrico es extremadamente potente, adolece de varios puntos débiles: en primer lugar, la enorme curva de aprendizaje, que requiere meses e incluso años de experiencia antes de alcanzar el dominio. No es un problema para los usuarios actuales, pero los nuevos ingenieros se enfrentan a una ardua cuesta arriba antes de empezar a adquirir soltura.
Sin embargo, quizá el mayor obstáculo sea el enfoque basado en el historial de la modelización paramétrica, que puede desbaratar fácilmente sus planes a menos que se entienda con precisión cómo se ha construido el modelo y se desarrolle cuidadosamente teniendo en cuenta todas esas limitaciones y especificaciones.
Modelado directo
El modelado directo, que es el recién llegado al mundo del diseño CAD, pero sin duda el más atractivo en comparación con el modelado paramétrico, suele ser la elección de los jóvenes ingenieros de hoy en día.
Con este enfoque, trabajas en un entorno en el que "lo que ves, es lo que obtienes", construyendo y editando tus modelos moviéndote por las caras reales del modelo, en lugar de editar las dimensiones de las características y los bocetos, como se haría con el modelado paramétrico.
Como resultado, el modelado directo destaca a la hora de realizar prototipos y diseños rápidos, sobre todo en el diseño industrial, donde los flujos de trabajo deben adaptarse a los requisitos y especificaciones cambiantes, sin tener que tener en cuenta extensos historiales de diseño.
Muchos defensores del modelado directo creen firmemente que esto es lo que realmente diferencia su flujo de trabajo del modelado paramétrico. Porque con el modelado directo, cada vez que hay que hacer cambios, ya sean modificaciones o añadir nuevas características, no hay riesgo de estropear nada, a diferencia del modelado paramétrico, en el que tales cambios pueden dar lugar a problemas importantes.
Ventajas y desventajas de cada uno
Dicho esto, ambos métodos tienen sus puntos fuertes y débiles, y la mayoría de los principales sistemas CAD actuales ofrecen algunas combinaciones de conjuntos de herramientas paramétricas y directas. Por ejemplo, varios programas ofrecen herramientas de edición directa, pero con características que se siguen creando en el árbol histórico del modelo, por lo que no se puede considerar como sistemas de modelado directo "puros".
En definitiva, el usuario es quien debe analizar los distintos programas disponibles y decidir por sí mismo cuál es el idóneo.
Los usuarios más experimentados de CAD pueden optar por el modelado paramétrico, simplemente porque ya han invertido mucho tiempo y energía en él, mientras que los nuevos ingenieros deberán plantearse el modelado directo, a menos que su empresa o sus circunstancias les obliguen a elegir otra opción.
Conclusión
Ante la gran cantidad de opciones en el mercado, elegir un software CAD o de escaneado a CAD apropiado puede resultar una tarea un tanto compleja que requiera semanas de búsqueda y análisis. Pero, como se ha visto anteriormente, la mayoría de las opciones se dividen en diferentes categorías, lo que reduce significativamente la incertidumbre a la hora de identificar y elegir la solución adecuada.
Después de leer este resumen, así comoeste artículo, que ofrece detalles sobre precios, funciones y otras características de varios paquetes de software de CAD y de escaneo a CAD, y tras ver qué soluciones se ajustan a tus necesidades específicas, estarás en mejor disposición para definir la lista de productos que podrían ser interesantes.
