L6: Diseño 3D. FreeCAD
- Tiempo: 2h
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Objetivos de la sesión:
- Introducción al diseño 3D
- Introducción al programa FreeCAD
- Primeros diseños con FreeCAD y Geometría constructiva
- ¡Practicar!
- Introducción
- Introducción a FreeCAD
- Geometría Constructiva
- ¡A practicar!
- Resumen de tareas a realizar
- Conclusiones
- Autores
- Licencia
- Enlaces
Para hacer los diseños en 3D hay muchas técnicas. Empezaremos con la técnica más sencilla: la geometría constructiva, que nos permitirá aprender y hacer nuestros primeros objetos. Utilizaremos la herramienta Freecad, que es libre y multiplataforma, y que pertenece al patrimonio tecnológico de la humanidad
- FreeCAD es un programa de diseño 3D Libre y multiplataforma
- La versión que usaremos en este curso es la: 1.0RC2
Note
La versión instalada en los laboratorios es la última estable: 0.21. Pero nosotros usaremos la que será la próxima estable
Las fuentes de FreeCAD están en el repositorio en Github. Echemos un vistazo, a ver qué se cuece
Puedes aprender sobre FreeCAD con estos Videotutoriales. Son un poco antiguos, y se basan en la versión 0.13 de FreeCAD, que está obsoleta. Pero te pueden ayudar a comenzar y a familiarizarte con el diseño 3D
La primera vez que ejecutamos FreeCAD, recién instalado, nos aparecerá una pantalla como esta
Los ficheros de configuración se encuentran en el directorio: .config/FreeCAD en el directorio home. Basta con Borrar esta carpeta para volver al estado inicial
Seleccionamos el idioma. Yo normalmente lo dejo en Inglés. Elegimos el sistema de navegación. Yo suelo usar el de blender. También escogemos el tema. En mi caso prefiero los temas oscuros (Dark). Por último pinchamos en done
Nos aparece la pantalla de inicio de FreeCAD. Pinchamos en Crear un fichero nuevo
Note
Si se ha cambiado el tema, puede que esta pantalla salga con colores diferentes. Para que se cargue correctamente el tema cierra Freecad y vuelve a arrancarlo. Aparecerá esta pantalla con los colores correctos
Nos aparece esta pantalla. Aquí ya podríamos empezar a diseñar
Vamos a configurar los paneles de diseño para organizarlos de una manera que sea más cómoda. Esto depende de cada diseñar. Yo lo voy a configurar como yo creo que resulta más sencillo
Por defecto Nos aparece un panel en la izquierda, que tiene dos pestañas en la parte superior: Model y Tasks. Pinchamos en la pestaña Model para verla
El panel Model está dividio en dos partes: la superior y la inferior. En la superior pone Unnamed: Esto es el nombre del documento actual. Aquí es donde se irá creando el árbol de operaciones. Es el equivalente a las Fuentes de nuestro diseño: Se indica qué operaciones se han hecho para crear el diseño final
En la parte inferior se muestran las Propiedades de los objetos. Tiene dos pestañas Data y View, que nos sirven para mostrar las propiedades de los objetos (Data) y sus atributos de visualización (View)
Resulta más cómodo si estas dos partes las tenemos por separado: Un panel independiente para el árbol y otro para sus propiedades. Para configurarlo así nos vamos al menú Edit/Preferences
Se nos abre la pantalla de configuración. Hay muchísimas cosas que se pueden configurar. Nosotros lo dejaremos todo con sus opciones por defecto, salvo la separación de los paneles de árbol y propiedades. Esto lo hacemos marchando la opción Independent en la propiedad Tree view and Property view mode, dentro de la configuración general
Pinchamos en OK. Nos pedirá que reiniciemos Freecad. Pulsamos en Restart Now:
Esta es la nueva pantalla que nos aparece al arrancar:
Volvemos a pinchar en Crear un documento nuevo
Tenemos 3 paneles: Task, Property y Tree view. En la izquierda colocamos el Tree View y en la derecha Task y Property. Pero los dos paneles de la derecha los apilaremos para que ocupen el mismo espacio. Cambiaremos de uno a otro mediante sus pestañas correspondientes
Así es como nos debe quedar:
El proceso lo realizamos arastrando primero la ventana de Tree View a la izquierda (y poniéndolo apilado con la ventana de Task), y luego moviendo el panel Tasks a la derecha, apilándolo con el del Property
Los paneles los estamos viendo en el modo clásico. Sin embargo es posible activa el modo overlay para que los paneles no tengan bordes. Para ello primero pinchamos en el el botón de Toggle overlay del panel Tree View
Al hacerlo los bordes desaparecen:
Si pasamos con el ratón por encima vemos que cambia a un color más oscuro. En la parte superior pinchamos en el icono para activar el modo transparente
Así es como nos queda. La ventana es transparente, pero queda visible la barra superior
¡Ya tenemos el entorno listo!
En esta animación se muestra el proceso:
¡Empezamos con FreeCAD! Vamos a navegar por algunos proyectos ya hechos, para familiarizarnos con la interfaz gráfica y la navegación en 3D
Vamos a ver el modelo 3D de la impresora 3D Prusa i3. Descarga este fichero: 01-prusa-hephestos-assembly.fcstd. Lo abrimos con FreeCAD (File/Open)
El fichero pesa bastante, por lo que FreeCAD tardará unos minutos en abrirlo. Este modelo contiene sólo el ensamblaje de la Impresora. Para ver cómo están modelados los diferentes elementos consultar:
- Pieza de la impresora Prusa Hephestos en Github
- Vitaminas y electrónica: En la biblioteca de piezas de FreeCAD
Las piezas se muestra en varios estilos de dibujo. Para ver la impresora mejor cambiamos al modo Sombreado. Aquí los objetos se muestran con sus respectivos materiales, y sin líneas que recorran sus contornos
- Enseñar a cambiar el estilo de la navegación
- Configurar para navegación Blender
- Zoom in/out: Con rueda del ratón
- Rotación de la cámara: Apretar botón central + mover ratón
- Desplazamiento de la cámara: Apretar botón central + mover ratón + shift
- Ajustar el modelo 3D a la pantalla
- Ajustar el modelo 3D seleccionado a la pantalla
- Vista ortográfica / perspectiva (teclas p, o)
- Botón de vistas: axonometrica, frontal, lateral, superior
- Botón de estilo
- crear una vista nueva
- Organizar las ventanas en mosaico
- Acoplar/desacoplar ventanas (teclas d, u)
- Quitar y poner panel (vista combinada)
- Desacoplar panel
- Ocultar/ver piezas (espacio)
- Arbol de piezas
- Vistas: Congelacion y almacenamiento
En este ejemplo vemos una cúpula geodésica, formada por varillas de madera y piezas impresas, de 4m de diámetro y 2m de alto
- Descarga y abre este fichero: 02-domo-3D.fcstd
- Ver las diferentes carpetas del domo
- Ver las piezas impresas de cerca
- Ver la lista de materiales
Hay una biblioteca de objetos de FreeCAD, donde la comunidad va subiendo sus modelos: FreeCAD Library
En la carpeta de Objetos genéricos hay objetos familiares, como una moneda de un euro, una botella, una lata de coca-cola... Vamos a trabajar con ellos
- Abre el fichero 03-bottle-can-euro.fcstd, que contiene una copia simple de la botella, lata y moneda de 1€
Estos objetos están a escala real, y nos servirán como referencia, para saber de un golpe de vista las dimensiones aproximadas de nuestros diseños
Hay varias técnicas de modelado en 3D. Una muy sencilla es la Geometría constructiva. Los objetos primitivos, como cubos, esferas, cilindros, etc se combinan entre sí aplicando las operaciones booleanas: uniones, diferencias e intersecciones. Primero se colocan los objetos primitivos (traslaciones, rotaciones) y luego se aplican estas operaciones
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Abrimos el fichero con los objetos de referencia: 03-bottle-can-euro.fcstd
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Selecciona el Escenario de trabajo Parts
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Ejemplo: Mover y rotar la moneda de Euro
En realidad, para colocar los objetos se usan las herramientas disponibles en el escenario Draft, que nos permiten colocar objetos exactamente donde queremos: en el extremo de una línea, en su punto medio, en el centro de una circunferencia, etc.
Sin embargo, para aprender a modelar con la técnica de geometría descriptiva empezaremos haciendo traslaciones simples
- Activar el sistema de referencia origen (cruz de los ejes)
- Colocar un cubo
Vemos que el cubo que sale por defecto es muy pequeño. Lo sabemos porque tenemos los otros objetos de referencia para comparar
- Ver las propiedades del Cubo
- Cambiar sus dimensiones
- Ejemplo: Dejar las dimensiones 10x10x3mm
- Colocamos un cilindro
- Lo seleccionamos y lo visualizamos para que ocupe toda la pantalla (u ocultamos los objetos de referencia)
- Vemos sus propiedades
- Cambiamos el radio a 1.6mm
- Ejemplo: Lo situamos en el centro de la caja, en la posicion x=5, y=5, z=0
Realizaremos un taladro en la caja. Usaremos el cilindro como broca de la taladradora y la operación de diferencia para restárselo a la caja
- Desplazamos el cilindro en el eje z para que atraviese la caja por completo
- Relizamos la diferencia
Al hacer la operación de diferencia, aparece un nuevo objeto resultado de la restar al primer objeto el segundo. En total tendremos 3 objetos. Los objetos originales están ocultos
Esto nos permite poder modificar la pieza sin tener que volver a hacer la operación. Si modificamos el radio del cilindro, automáticamente se recalculará la pieza. Lo mismo con las dimensiones de la caja
Al ir creando el árbol de operaciones, es imporante nombrar los diferentes objetos (documentar) para poder encontrarlos más fácilmente cuando el diseño crezca
Para eliminar el corte, simplemente borramos el nuevo objeto creado. Los objetos originales no se borrarán
Usaremos la operacion de unión para fusionar dos cubos por sus esquinas
Cada vez que se hace una operación, queremos que automáticamente se refine el nuevo objeto creado, para eliminar las aristas sobrantes. Esto hay que configurarlos en Preferencias/Diseño de Piezas en la pestaña de General hay que activar las tres primeras opciones que aparecen
La operación de unión se puede usar también con objetos que no se tocan. Esto nos resultará muy útil para agrupar objetos, y poder restarlos todos de una vez
- Situar un cube
- Cambiar sus dimensiones para alargarlo y aplanarlo
- Situar un cilindro
- Copy & paste del cilindro
- Situar segundo cilindro
- Agrupar cilindros
- Taladrar restando!!
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En la pieza de anterior los dos taladros son iguales. ¿Qué ocurre si queremos aumentar el tamaño de los taladros? Tal y como la hemos diseñado, habría que ir uno a uno cambiándolo manualmente
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La solución es usar la operación de enlazado (link): Uno de los cilindros será el "máster" y los otros los clones. Al cambiar un parámetro en el master, automáticamente se cambiará en los clones
Con esto se podría rehacer la pieza de mecano de manera que al cambiar los parámetros del taladro máster, se cambien todos los demás
Utilizamos la pieza del reto 3: Una pieza de mecano como ejemplo para imprimir en una impresora 3D. Sigue los siguientes pasos:
- Paso 1: Exportar el objeto a formato STL
Seleccionar el objeto a imprimir y darle a la opción Archivo/Exportar. Sleccionar el formato STL mesh
- Paso 2: Abrir el fichero STL en con el laminador
Se puede usar cualquier laminador, por ejemplo Cura
- Paso 3: Imprimir
El laminador genera el fichero .gcode, que es el que entiende la impresora 3D. Este es el resultado:
Para practicar las diferentes técnicas de dibujo te propongo estos retos. Aprovecha además, para subirlos al repositorio Mecatrónica-2021-2022, e incluirlos en tu bitácora (en la wiki)
Abre el ejemplo del domo y configura la pantalla de FreeCAD para mostrar 3 vistas: plata (superior), alzado (frontal) y axonométrica
Abre el ejemplo de los objetos de referencia. Coloca los objetos como se muestra en esta imagen:
Diseñar una pieza de mecano con 5 taladros. Usar copy&paste para duplicar los cilindros de los taladros
Haz este Portapendrives, usando geometría constructiva
- Instala Freecad
- Haz los ejemplos mostrados en esta sesión, para practicar
- ¡Haz todos los retos que puedas!
La Geometría constructiva es muy fácil de entender y de aplicar y nos permite construir gran cantidad de objetos de una forma fácil e intutitiva
- Juan González-Gómez (Obijuan)
