Modelado de sólidos

Muchos alumnos, tienen la inquietud y/o suelen preguntar qué tipo de modelado es mejor y más adecuado a la hora de diseñar piezas en 3D. 

Las técnicas CAD no son conceptos fáciles; se pueden manejar, pero una cosa muy diferente es realizar las tareas como realmente se tienen que hacer. Evidentemente existe una gran diferencia entre trabajar un modelo en superficies o en sólidos. 

Las dos formas de realizar la pieza serán totalmente válidas, pero si nos decidimos a trabajar la pieza con una metodología tendremos que obviar por completo la otra, ya que uno de los problemas que tienen, quienes se inician desde cero en programas CAD, es intentar modelar superficies como si fueran sólidos. 

Si se quiere realizar el modelado de una geometría como sólido, tendremos que realizarlo aplicándole una masa, esto se hará mediante una base sólida a la que iremos aplicando una serie de operaciones, tanto sumando geometría como sustrayéndola de nuestra base sólida, hasta tener nuestro solido modelado. Las operaciones que normalmente más se utilizan son las de redondeo, creación de chaflanes, taladros etc… 

Este tipo de modelado se creó para la realización de diseños mecánicos y hoy en día se sigue utilizando dentro del mundo de la industria, para la realización de prototipos y diseños de maquinaria industrial. 

Con el modelado de sólidos se tienen muchas ventajas, entre ellas la información que se va generando a medida que se realiza el modelado de la pieza, esta información nos será de gran valor si en un futuro se quisiera hacer simulaciones CAE de las respectivas piezas. 

Nos permite crear también diversas alternativas de una pieza, gracias a la parametrización que los diferentes programas de CAD nos permiten realizar. 

Las desventajas que podemos encontrar en este tipo de modelado están asociadas a tanta información, al disponer de todos los parámetros del modelo físico, debemos disponer de máquinas que sean potente a y con unos requisitos mínimos para poder mover los modelos en 3D. 

Podremos encontrar diferentes tipos de software dentro del modelado de sólidos: 

• Geometría sólida constructiva, la cual se basa en el trabajo con las primitivas, un ejemplo de este tipo sería AutoCAD. 
• Representación de contorno, muy demandados para la construcción de modelos en software de elementos finitos, donde podemos encontrar por ejemplo Code Aster. 
• Modelado Paramétrico, son los más utilizados a día de hoy, por su versatilidad y la facilidad de interactuar con los modelos para el usuario, ejemplos muy claros serían Catia V5 y SolidWorks.

Diseño paramétrico

Al hablar de diseño paramétrico se hace referencia a una técnica que permite añadir restricciones; es decir, características y reglas de la relación existente entre distintos elementos que componen un diseño. Se trata de una tecnología basada en uso de restricciones a geometrías en 2D o 3D, dependiendo del software utilizado para el diseño. En este método, la relación entre elementos se utiliza para manejar y comunicar el diseño de geometrías y estructuras complejas. El término “paramétrico” refiere al uso de parámetro o variables que permiten alterar el resultado final de un diseño.

Durante la fase de diseño de proyectos, las restricciones proporcionan la manera de cumplir determinados requisitos a la hora de experimentar con distintos diseños o de hacer cambios. Los cambios que se hacen en un objeto pueden ajustar otros objetos de forma automática, y restringir los cambios en los valores de distancia y de ángulo.

En el enfoque paramétrico el diseño comienza por establecer relaciones entre las partes; se construye a partir de estas relaciones y se modifican estas relaciones a partir de evaluación y selección de resultados obtenidos. La aplicación de diseño mantiene la consistencia a partir de restricciones geométricas y dimensionales preestablecidas; lo que potencia la posibilidad de examinar variantes sin la necesidad de rehacer cada vez el trabajo de representación. Esto exige cambios en hábitos de trabajo del diseñador, quien debe incluir definición de relaciones, lógica que hace coherente su diseño; haciéndola parte imprescindible del proceso de diseño. Dentro de un modelo paramétrico, cada entidad posee parámetros asociados. Estos parámetros controlan diversas propiedades geométricas de la entidad, como: longitud, anchura, altura, radio, etc. También controlan ubicación de estas entidades en el modelo y cómo las entidades se relacionan entre sí. Los parámetros pueden ser modificados por el operador para crear la geometría deseada.

AutoCAD, desde su versión 2010, dispone el entorno de trabajo que permite dibujar de manera distinta a la tradicional, nos referimos al dibujo paramétrico. El dibujo se parametriza con la intención de poder editarlo variando entre uno o varios parámetros.

Dibujo paramétrico y restricciones

El dibujo paramétrico es la tecnología de diseño que utiliza restricciones, que son asociaciones aplicadas a la geometría 2D; existiendo dos tipos de restricciones generales:

• Las restricciones geométricas, que controlan las relaciones entre los objetos
• Las restricciones por cota, que controlan los valores de distancia, longitud, ángulo y radio de los objetos

Supresión o liberación de restricciones

Existen dos formas de cancelar los efectos de las restricciones para poder hacer cambios en el diseño:

Suprima las restricciones de manera individual y aplique restricciones nuevas posteriormente. Cuando el cursor se encuentra sobre un icono de restricción geométrica, ésta puede suprimirse con tecla Suprimir o el menú contextual.

Libere las restricciones de los objetos que seleccione de manera temporal para hacer los cambios. Cuando hay un pinzamiento seleccionado o se están especificando opciones para un comando de edición, es posible pulsar la tecla Mayúscula para cambiar entre la liberación y la conservación de las restricciones.

Un dibujo con restricciones puede presentar tres (03) estados distintos:

1. Sin restricciones
2. Sub-restringido
3. Totalmente restringido.

Para trabajar con restricciones se puede optar por:

• Crear un dibujo sub-restringido y realizar cambios sobre la marcha, utilizando combinación de comandos de edición y pinzamientos y añadiendo o cambiando restricciones.
• Crear y restringir por completo el dibujo y, a continuación, controlar el diseño liberando y sustituyendo restricciones geométricas y cambiando valores de restricciones por cota.

Propósito del diseño

La potencia del modelizado paramétrico es la capacidad de captar el propósito del diseño. El historial paramétrico capta el propósito del diseño registrando lo que se hace durante el proceso de modelado. Es muy importante planificar el desarrollo del modelizado para maximizar la flexibilidad en el propósito del diseño. Con el modelizado paramétrico, casi todo lo que se hace, bien sea crear geometría o definir un nuevo sistema de referencia, se hace relacionándolo a un paso previo o a geometría existente. Por ejemplo, se deben establecer relaciones geométricas usando localizaciones en entidades y opciones de sistemas de referencia para captar y mantener el propósito. Las relaciones geométricas y las dependencias establecidas por las operaciones con los sistemas de referencia también son captadas en el historial paramétrico del modelo. Normalmente, se relaciona un sistema de referencia a geometría existente y después se añade nueva geometría desde ese sistema de referencia. Así, se establece una relación entre el sistema de referencia, la geometría existente con la que se relaciona y la geometría añadida con ese sistema de referencia.