sábado, 16 de junio de 2012

SISTEMAS CAD CAM -- DISEÑO ASISTIDO Parte 2






HARDWARE

 DIGITALIZADORES & SCANNER 3D

Dentro de la tecnología para la captura de puntos tenemos, Coordinate Measuring Machines - CMM

Estos periféricos, a los que podemos denominar de manera genérica como un “digitalizador” continua siendo aun hoy una manera de capturar los puntos de un objeto de manera discreta ya que es una tecnología muy probada.  
Los hay de distintos tamaños, portables e incluso adaptables con un cabezal que los transforma en láser.

 



Un CMM funciona mediante “contacto” con el objeto. Cuenta con una brazo con punta que se comporta como si fuera un dedo y conforme el operador lo posa sobre el objeto, el software traduce este punto en coordenadas espaciales cartesianas (x,y,z). Entre los varios puntos que se ingresan se va trazando una curva spline que define el objeto.

Si bien entre sus ventajas podemos mencionar la  discreción de los datos, lo cual simplifica el manejo de la información en el ordenador, también tiene como desventaja la falta de precisión y el tedioso trabajo en el caso de superficies complejas.



Scanner






El aumento de velocidad de los procesadores y la reducción de costos de los ordenadores han facilitado el procesamiento de grandes cantidades de datos en simultáneo, lo cual a su vez ha permitido el desarrollo y uso de la tecnología de los scanner que NO requieren el contacto con el objeto y recogen una nube de puntos.






Los programas controladores del scanner generan archivos de salida en formato STL, el cual puede
ser incorporado directamente en un sistema CAD o bien impreso en 3D.





Scanner láser

Estos scanner utilizan un láser de baja intensidad para capturar los puntos. Los hay de distintos tamaños según la aplicación y también portables. También es fabrican “cabezas” de scanner láser que reemplazan la punta de un CMM.





Entre sus ámbitos de aplicación se encuentran: medicina,
arqueología, ingeniería, calzado, entretenimiento, etc.


Sistemas para Joyería - Nub3D

Nub3D es una empresa ubicada en Barcelona, fabricantes de tecnología y de producto. El objetivo final de los instrumentos desarrollados por Nub3d es medir la realidad física tridimensional para poderla introducir y manipular en un sistema informático.


TECNOLOGÍA:


El proceso de digitalización 3D se basa en el uso de Luz Blanca que permite obtener nubes de puntos tridimensionales de gran densidad y elevada exactitud en pocos segundos. A partir de ella, se genera una malla de triángulos de alta densidad que define la superficie del objeto medido.

La técnica del proceso de adquisición de la información tridimensional se denomina triangulación por luz blanca estructurada.







SOLUCIÓN DE HARDWARE & SOFTWARE: 

SISTEMA DE DIGITALIZACIÓN TRIPLE ADVANCE



El cabezal, denominado SIDIO, consiste básicamente en una fuente emisora de luz y una cámara. Su sistema de proyección de luz garantiza la inmunidad de la medida frente a las variaciones lumínicas del entorno.

De diseño robusto, compacto y ligero facilita l transporte y manejo durante los procesos de medición.


 



Triple, el software que opera el sistema, permite el control del cabezal SIDIO y la gestión de la nube de puntos.

Para la obtención de la geometría completa de una pieza, es necesario normalmente, medir desde diferentes puntos de vista. Todas las mediciones han de estar referenciadas a un sistema de coordenadas global. 

A este proceso se le denomina registro, que se puede realizar con las técnicas tradicionales como el uso de marcas fijas (“topos adhesivos”) sobre la pieza o bien
mediante el exclusivo sistema de referenciado  automático sin contacto (modulo MML).

 



Triple, posee las herramientas necesarias para la visualización 3D en tiempo real de los resultados del digitalizado y facilita en gran medida el registro.

Los resultados se pueden exportar en formato ASCII y STL, y son totalmente compatibles con diferentes sistemas de tratamiento de nubes de puntos como PolyWorks y RapidForm.


 



MÓDULO MML

El sistema Triple tiene la posibilidad de gestionar un sistema de registro automático SIN contacto alguno, puesto que no requiere del uso habitual de marcas. 
Es una técnica que se basa en la proyección de
marcas ópticas sobre el objeto. Para ello se utilizan 1 o 2 proyectores como sistema automático de marcaje. 
Es decir, la luz procedente de dichos elementos crea miles de marcas virtuales sobre la superficie a medir que le permiten unir o registrar automáticamente diferentes vistas del objeto.


PLATAFORMA GIRATORIA


El sistema de automatización de la medida permitirá que el proceso de medición de la pieza sea totalmente automático sin necesidad de intervención alguna por parte de un técnico.


 



CASO PRÁCTICO: EXPERIENCIA PERSONAL EN NUB3D

En las instalaciones de Nub3D se realizó una prueba de escaneo de un anillo con una piedra brillosa. 
Se comenzó por preparar esta superficie con un polvo blanco para evitar los posibles errores de lectura debido al brillo. Cabe mencionar que una vez finalizada la experiencia, este polvo fue removido sin ocasionar daño alguno al objeto.

Posteriormente, se depositó la pieza sobre una  plataforma y dado el reducido tamaño del anillo se distribuyeron los topos de registro en torno a éste.

El operador inicio el sistema en su ordenador y comenzó la lectura del objeto posicionando el scanner en distintos ángulos alrededor de la mesa de pruebas. 
En cada disparo podía verse claramente la emisión de luz blanca y la lectura de la superficie  reflejada en la pantalla de la computadora.

 


Al cabo de unos pocos minutos, todas las tomas habían finalizado y el anillo se veía totalmente “reconstruido” en la pantalla del ordenador mediante una “nube de puntos”, inclusive en sus recovecos.

 



El archivo obtenido fue post-procesado por el sistema a fin de comprobar la integridad de su superficie (que no haya fallas-agujeros en la malla) para luego obtener un archivo en formato STL el cual puede ser editado en un sistema CAD o bien impreso en 3D.


 




SISTEMAS CAD/CAM


Introducción



Como ya sabemos, la incorporación de computadoras en la producción es, sin lugar a dudas, uno de los elementos fundamentales en la automatización integral de los procesos industriales.

La aparición de la microelectrónica y de los  microprocesadores ha facilitado el desarrollo de técnicas de control complejas, la robotización, la implementación de sistemas de control y planificación.

El diseño y fabricación con ayuda de la computadora,  comúnmente llamado CAD/CAM (Computer Aided Design & Computer Aided Manufacturing), es una tecnología que podría descomponerse básicamente en el diseño, el manejo de bases de datos para el diseño y la fabricación, el control numérico de máquinas-herramientas, robótica y visión computarizada.

Todo el proceso desde la concepción del diseño hasta la distribución final puede ser realizado con ayuda tecnológica CAD-CAM.


Sistemas CAD


 



Son las siglas de Computer Aided Design (Diseño Asistido por Ordenador) y se aplican a todos aquellos sistemas que permiten la realización de diseños con la ayuda de un ordenador.

CAD en la actualidad, es una de las herramientas más utilizadas por profesionales de todas las ramas de la arquitectura, ingeniería y ciencias para el diseño de objetos, dibujos y planos.

 


Las principales ventajas que ofrecen los sistemas CAD son la rapidez y mejor presentación con respecto a los bocetos hechos a mano. Permite a su vez, visualizar detalles del modelo, comprobar colisiones entre piezas, medir distancias, conocer pesos, inercias y finalmente
estandarizar todos los diseños con la misma omenclatura en el mundo.

La tecnología CAD se dirige a los centros técnicos y de diseño de una amplia gama de empresas: 





sector metalmecánico, ingeniería electrónica, diseño industrial, sector textil y sin dudas a lo que nos concierne la orfebreria.

El uso de la tecnología CAD supone para el diseñador un cambio en el medio de plasmar los diseños industriales: antes se utilizaba un lápiz, un papel y un tablero de dibujo. 
Con el CAD, dispone de un ratón, un teclado y una pantalla de monitor donde observar el diseño. 

Así, una computadora a la que se le incorpora un programa de CAD, le permite crear, manipular y representar productos en dos y tres dimensiones.


 


Las mejoras que se alcanzan son:

1 - Mejora en la representación gráfica del objeto diseñado: con el CAD el modelo puede aparecer en la pantalla como una imagen realista, en movimiento, y observable desde
distintos puntos de vista. 
Cuando se desee, un dispositivo de impresión (plotter e
impresoras) proporciona una copia en papel u otro material de una vista del modelo geométrico.

2 - Mejora en el proceso de diseño: se pueden visualizar detalles del modelo, comprobar colisiones entre piezas, consultar distancias, pesos, inercias, etc. 

En conclusión, se optimiza el proceso de creación de un nuevo producto reduciendo costes, ganando calidad y disminuyendo el tiempo de diseño.

 



En resumen, se consigue una mayor flexibilidad en el dibujo, mayor facilidad de modificación del diseño, ayuda a la estandarización, disminución de revisiones, mayor control del proceso, integración con otras etapas del diseño.

Un buen programa CAD no sólo dispone de herramientas de creación de superficies, sino también de posibilidades de análisis y verificación de las mismas, entendiendo por superficies correctas aquéllas cuyos enlaces entre ellas son continuos en cuanto a tangencia y curvatura, y sin contener zonas donde se ha perdido continuidad de curvatura.

 



No obstante, de no ser posible detectar todos los defectos, en muchos casos es aconsejable fabricar un modelo real de la pieza a fin de poder analizar mejor el resultado obtenido, sobre todo en aquellos casos en que a partir de las superficies creadas en el CAD se diseña el molde.

Para fabricar dichos modelos se utilizan tecnologías de fabricación rápida de prototipos (RP).






Sistemas CAM


Sigla cuyo significado es Computer Aided Manufacturing (Fabricación Asistida por Ordenador).

CAM es un sistema por la cual, a través del diseño obtenido por los sistemas CAD, se generan programas de Control numérico para fabricar piezas. 
Los programas de control numérico son aquellos programas que dirigen el posicionamiento de la maquinaria que empleamos. 




A partir de la información de la geometría de la pieza, del tipo de operación deseada, de la herramienta escogida y de las condiciones de corte definidas, el sistema calcula las trayectorias de la herramienta para conseguir el mecanizado correcto, y a través de un post-procesado genera los correspondientes programas de CN con la codificación especifica del CNC donde se ejecutarán. 






Es decir un sistema CAM será capaz de calcular la  trayectoria correcta de las piezas, como también la orientación a partir del modelo obtenido por los sistemas CAD.

Las ventajas de los sistemas CAM son:


 



1 - Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones.

2 - Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo con productos peligrosos.

3 - Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la herramienta de control numérico respecto de las clásicas.

 



4 - Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la rapidez de los posicionamientos que suministran los sistemas  electrónicos de control.

5 - Reducción de controles y desechos. La gran fiabilidad y repetividad de una máquina herramienta con control numérico permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y tiempos de fabricación.


 



Algunos sistemas CAM permiten introducir la información geométrica de la pieza partiendo de una nube de puntos correspondientes a la superficie de la pieza, obtenida mediante un proceso de digitalizado previo. La calidad de las superficies mecanizadas depende de la densidad de puntos digitalizados. 
Si bien este método acorta el tiempo necesario para fabricar el prototipo, en principio no permite el rediseño de la pieza inicial.

La utilización más inmediata del CAM en un proceso de ingeniería inversa es para obtener prototipos, los cuales se utilizan básicamente para verificar la bondad de las superficies creadas cuando éstas son críticas.


 




Ámbitos de aplicación CAD/CAM


Las principales aplicaciones del CAD/CAM se daban hasta hace unos años, básicamente en dos campos: el mecánico y el electrónico.

Aparte del diseño mecánico de piezas y/o máquinas donde el peso de la industria del automóvil y bienes de equipo es notable, otros sectores industriales  comenzaron a utilizar la tecnología CAD/CAM en 2D y 3D: diseño electrónico de circuitos, arquitectura e ingeniería civil, diseño industrial, patronaje en la industria textil, indumentaria, calzado, joyería y otros como artes
gráficas y entretenimiento.






1. Elaboración de prototipos y modelos digitales fotorrealísticos y funcionales.

2. Determinar la viabilidad mecánica de los diseños y/o cumplimiento de norma.

3. Reducir el ciclo de desarrollo, mejorar la calidad y las propiedades deseadas.

4. Optimizar los diseños desde el punto de vista estructural.

5. Análisis utilizando tecnologías de elementos finitos (Esfuerzos, Deformaciones, Pandeo, Dilataciones Térmicas, Transferencia de Calor).





6. Simulación cinemática y dinámica de mecanismos.

7. Ingeniería inversa: modelización en CAD de un objeto real, a partir de la digitalización tridimensional.

8. Impresión 3D - Rapid Prototyping, previa a la fabricación del objeto, inclusive utilizando tecnología CAM.






Perspectivas de futuro

La utilidad de las tecnologías CAD/CAM es ya indiscutible y han abierto posibilidades para el rediseño y fabricación impensables sin estas herramientas. 

Los fabricantes de ordenadores capaces de soportar programas CAD/CAM proporcionan equipamiento cada vez más veloces, con más memoria y mayor potencia gráfica, plotters e impresoras cada vez más rápidas y de mejor
resolución, ayudando a la desaparición de la frontera  entre el mundo de los PC's y el de las Estaciones de Trabajo CAD dedicadas.

 



En un estudio realizado en Estados Unidos en 2008 por la MJSA Journal, se obtuvieron algunos resultados de interés para el sector de la Joyería: de los usuarios de CAD, el 88% lo utiliza para "crear diseños personalizados para los clientes", el 62% para "diseño de joyas para producción de alto volumen", y el 53% lo utiliza como una “herramienta de ventas” para poner de relieve una
gran experiencia técnica.

Otra tendencia en el campo de los periféricos es la popularización de los dispositivos de impresión 3D. 
Hasta hace unos años, las tecnologías de Rapid Prototyping, aunque consolidadas, no se utilizaban intensivamente dado su coste, pero en el presente los periféricos de reproducción tridimensional ocupan ya un lugar en la oficina.


 



Todo esto contribuye a una mayor integración de las tecnologías. 
Lo que comenzó como una yuxtaposición de módulos, está comenzando a ser una unidad total: en etapas tempranas del diseño se puede verificar su funcionalidad y fabricabilidad, contando además con tecnologías de
Rapid Prototyping.


 



La competencia es cada día mayor y el tiempo de  lanzamiento del producto es primordial a la hora de conseguir mayores beneficios. Los sistemas CAD/CAM son tecnologías fundamentales debido a la mejora de la calidad: 

los productos salen de su proceso de fabricación casi perfectos, disminuyen al mínimo los posibles errores de fabricación; la disminución de costes, tiempos de diseño y producción.




Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay 











No hay comentarios.:

Publicar un comentario