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Traditional 2D drafting

Preparing models for 3D printing

Manual start

El PartDesign Workbench de FreeCAD es una herramienta versátil para crear modelos 3D paramétricos, especialmente útil para diseños de cuerpos sólidos. Permite comenzar con bocetos 2D, que luego se pueden transformar en objetos 3D mediante operaciones como padding, revolving y pocketing. Este entorno de trabajo es esencial para diseñar piezas que requieren precisión y control paramétrico, ya que los cambios en los bocetos o las operaciones aplicadas sobre este actualizan automáticamente todo el modelo.

Una de las principales ventajas de PartDesign Workbench es su idoneidad para crear piezas para impresión 3D. Dado que las impresoras 3D requieren modelos sólidos y estancos, PartDesign Workbench garantiza que todas las características permanezcan dentro de un único cuerpo coherente. Esto elimina problemas comunes como huecos o caras superpuestas, que pueden causar problemas durante el proceso de laminado para impresión 3D. Una vez finalizado el diseño, puede exportar fácilmente el modelo como un archivo STL, un formato ampliamente compatible con impresoras 3D. Esto convierte a PartDesign Workbench en la opción ideal para crear objetos imprimibles de alta calidad, ya sea para prototipado, diseño de piezas funcionales o creación de modelos complejos para impresión 3D.

Para ilustrar cómo funciona PartDesign Workbench, vamos a describir cómo modelar esta conocida pieza de Lego. También puedes consultar el Tutorial básico de Diseño de Piezas 019 si deseas probar con un objeto diferente.

Ahora utilizaremos exclusivamente las herramientas Bocetador y Diseño de Piezas. Dado que todas las herramientas del Sketcher Workbench también están incluidas en el Part Design Workbench, podemos permanecer en Part Design y no será necesario alternar entre ambos.

En el entorno de Diseño de Piezas de FreeCAD, los objetos se construyen principalmente a partir de bocetos, también llamados croquis, que son perfiles trazados en 2D formados por trazos como segmentos rectos, arcos, elipses, polígonos, polilíneas, curvas de Bézier, etc, delimitadas por una serie de restricciones. Estas restricciones definen reglas geométricas específicas para el boceto y se pueden aplicar tanto a los segmentos como a sus puntos clave, como los extremos o los centros. Por ejemplo, se puede usar una restricción vertical en una línea para mantenerla perfectamente vertical, o una restricción de posición (bloqueo) para fijar un extremo e impedir su movimiento.

Un boceto se considera completamente restringido cuando cada punto está fijado en su posición mediante el número adecuado de restricciones, lo que significa que ninguna parte del boceto puede moverse libremente. Lograr un boceto completamente restringido es el objetivo ideal puesto que garantiza que el diseño esté bien definido y sea estable, lo que permite realizar cambios predecibles posteriormente en el proceso de diseño. Por otro lado, si se añaden más restricciones de las necesarias (lo que se conoce como un boceto con exceso de restricciones), se pueden producir conflictos en la geometría. FreeCAD le avisará de cualquier restricción redundante o conflictiva, ya que un exceso de restricciones puede causar problemas en operaciones posteriores como extrusiones o cortes.

Agregar las restricciones adecuadas es clave para crear un modelo paramétrico estable. Al equilibrar cuidadosamente las restricciones, puede modificar o ajustar los bocetos fácilmente sin alterar la geometría. Este control convierte al Diseñador de Piezas (Part Design Workbench) en una potente herramienta para el modelado paramétrico preciso, especialmente para tareas como la impresión 3D, donde mantener las relaciones geométricas correctas es fundamental para producir piezas funcionales y precisas.

Los bocetos tienen un modo de edición que permite modificar su geometría y restricciones. Una vez finalizada la edición y tras salir de este modo, los bocetos se comportan como cualquier otro objeto de FreeCAD y pueden utilizarse como bloques de construcción para todas las herramientas de diseño de piezas, así como en otros entornos de trabajo, como Part o Arch. El entorno de trabajo Draft workbench también incluye una herramienta que convierte objetos Draft en bocetos y viceversa.

• Cambie al PartDesign Workbench.

• Haga clic en el botón New Sketch y seleccione el plano XY, que es el plano del suelo. El boceto se creará automáticamente y pasará inmediatamente al modo de edición; la vista se rotará para mostrar el boceto ortogonalmente mostrando los ejes coordenados resaltados y la cuadrícula, caso que esta última esté activada por defecto.

• Dibuje un rectángulo seleccionando la herramienta Rectangle y haciendo clic en los vértices. Puede colocar los dos puntos en cualquier lugar, pero no haga clic en ninguno de los ejes. La ubicación correcta de los puntos se definirá en uno de los siguientes pasos.

• Observará que se han añadido automáticamente un par de restricciones a nuestro rectángulo: los segmentos verticales tienen una restricción vertical, los horizontales una horizontal, y cada esquina una restricción de punto a punto que une los segmentos. Puede experimentar moviendo el rectángulo arrastrando sus líneas con el ratón; toda la geometría seguirá respetando las restricciones.

• En este momento, nuestro boceto está incompleto, ya que le faltan cuatro restricciones: su longitud, anchura y su posición en los ejes X e Y. Esta falta de restricciones permite mover libremente el boceto a lo largo de los ejes X e Y. Hasta que se definan estas restricciones, la geometría no está completamente fija, lo que significa que tanto el tamaño como la posición del boceto siguen siendo ajustables. Para definir completamente el boceto, debemos aplicar restricciones que especifiquen estos valores y lo fijen en su posición.

• Ahora, agreguemos tres restricciones más:
  • Active la herramienta acotación automática, seleccione uno de los segmentos verticales y establezca su longitud en 23,7 mm.

• • Con la herramienta aún activa, selecciona uno de los segmentos horizontales y establece su longitud en 47,7 mm.

• • Activa la herramienta restricción de simetría, selecciona el punto de la esquina superior izquierda del rectángulo, luego el punto de la esquina inferior derecha y, finalmente, el punto de origen (el punto donde se cruzan los ejes rojo y verde). Esto asegura que el rectángulo permanezca centrado en el origen, limitando su rango de movimiento y proporcionando simetría entre los dos ejes.

• Ahora comprobará que el rectángulo se ha vuelto verde, lo que indica que está completamente restringido. Esto significa que cada aspecto del boceto, incluyendo su posición, tamaño y forma, está ahora completamente definido y fijo. Generalmente, es recomendable asegurarse de que los bocetos estén completamente restringidos, ya que esto ayuda a mantener el control sobre el diseño y evita cambios no deseados durante las operaciones posteriores.

Nuestro boceto base ya está listo para la siguiente fase de diseño. Podemos salir del modo de edición pulsando el botón "Cerrar" en la parte superior del panel de tareas o simplemente pulsando la tecla "Escape". Si fuera necesario, podemos volver a entrar en el modo de edición en cualquier momento haciendo doble clic en el boceto en la vista de árbol o haciendo clic con el botón derecho y seleccionando la opción "Editar boceto".

Vamos a extruirlo usando la herramienta Pad y asignándole una distancia de 14,4 mm para el grosor. Las demás opciones pueden dejarse con sus valores predeterminados.

• La herramienta Pad es similar a la Part Extrude del Part Workbench, pero con una diferencia clave: una extrusión siempre está vinculada a su boceto y no se puede mover de forma independiente. Para recolocar la extrusión, debe mover el boceto base, asegurándose de que la extrusión permanezca firmemente unida. La extrusión siempre permanecerá como parte del mismo cuerpo, manteniendo la continuidad de su diseño, lo cual es especialmente útil para piezas complejas donde las características deben construirse progresivamente y alineadas entre sí. Esto agrega estabilidad a su diseño, especialmente cuando desea asegurarse de que todo permanezca correctamente alineado y fijo en su lugar.

• Vamos a crear los ocho cilindros en la cara superior del bloque. Primero, seleccione la cara superior del bloque y luego haga clic en la opción Alinear a la selección para alinear la vista a esta cara. Esto proporcionará una vista clara y directa, facilitando la colocación precisa de los cilindros.

• Haga clic en el botón Nuevo boceto. El nuevo boceto se creará directamente en la cara superior.

• Cree dos círculos círculos donde quiera.

• Elija el centro de ambos círculos y el eje x (línea roja). A continuación, pulse la opción restricción de simetría.

• Seleccione el borde de cada círculo y aplique una restricción de igualdad.

• Con la herramienta acotación automática, establezca el diámetro de un círculo en 7,2 mm. Como ya hemos restringido ambos círculos para que tengan el mismo diámetro, no es necesario establecer el diámetro del segundo círculo; se ajustará automáticamente para coincidir con el primero.

• Ahora debemos ubicar los círculos con respecto a los bordes de la cara. Sin embargo, puede que observe que no podemos seleccionar ningún punto ni borde directamente. Para resolver este inconveniente, podemos usar la herramienta Geometría externa para referenciar los bordes de la cara, lo que nos permite restringir con precisión los círculos en relación con la cara. Presione el botón y seleccione el borde izquierdo de la cara. Este borde se resaltará en rojo y podrá crear puntos de referencia a partir de él, lo que le permitirá aplicar restricciones para situar con precisión los círculos en relación con los límites de la cara.

• Ahora puede establecer las distancias centrales X e Y de uno de los círculos en 6 mm. Dado que los círculos están restringidos entre sí, el segundo círculo se ajustará en consecuencia.

• Observe cómo, una vez más, al bloquear la posición y las dimensiones de todo en su boceto, este queda completamente restringido. Esta manera de trabajar le mantiene a salvo. Podría modificar el primer boceto ahora y todo lo que se haga después se mantendrá sin cambios.

• Salga del modo de edición, seleccione este nuevo boceto y cree una extrusión de 2,7 mm:

• Dado que utilizamos la cara superior de nuestro bloque base como fundamento para este nuevo boceto, cualquier operación de Diseño de Pieza que se le aplique se construirá correctamente sobre la forma base. Los dos círculos no son objetos independientes; se extruirán directamente del bloque existente. Esta es la principal ventaja de trabajar en el Entorno de Diseño de Pieza: siempre que se asegure de que cada paso se construya sobre el anterior, se estará construyendo un único objeto sólido y coherente.

• Ahora podemos duplicar nuestros dos puntos cuatro veces. Seleccione la última extrusión que se acaba de crear.

• Pulse el botón patrón lineal.

• Establezca una longitud de 36 mm (que es la "envergadura" total en la que queremos que quepan nuestras copias), en la dirección del "eje horizontal del boceto", y añada 4 repeticiones.

• Ahora tallaremos el interior del bloque usando la herramienta Vaciado, que es la versión de PartDesign de Part Cut. Para crear una cavidad, dibujaremos un boceto en la cara inferior del bloque, que se utilizará para eliminar una parte del bloque original.

• Con la cara inferior seleccionada, pulse el botón New Sketch.

• Dibuje un Rectangle en la cara.

• Aplique una restricción de simetría seleccionando el punto de la esquina superior izquierda del rectángulo, luego el punto de la esquina inferior derecha y, finalmente, el punto de origen (el punto donde se cruzan los ejes rojo y verde).

• Utilizando la herramienta Geometría externa, seleccione el borde izquierdo de la cara inferior. Observe que se resaltará en rojo.

• Seleccione el extremo superior del borde izquierdo de la cara inferior y la esquina superior izquierda del rectángulo. Establezca las distancias horizontales y verticales entre estos puntos en 1,8 mm utilizando la restricción de dimensión automática.

• Cree un círculo haciendo clic en el eje X (línea roja) y luego en otro punto alejado del eje X. Esto restringirá automáticamente el centro del círculo al eje X. Repita este paso para crear dos círculos más con el centro en el eje X.

• Seleccione los bordes de los tres círculos y aplique una restricción de igualdad.

• Establezca el diámetro de un círculo en 9,765 mm.

• Ajuste la distancia entre el centro del círculo izquierdo y el borde izquierdo del rectángulo creado anteriormente en 10,2 mm.

• Establezca la distancia entre el círculo izquierdo y el del medio en 12 mm. Repita este paso para establecer la misma distancia de 12 mm entre el círculo del medio y el de la derecha.

• Ya casi hemos terminado.

• Cree tres círculos adicionales, asegurándose de que cada uno sea concéntrico con uno de los círculos dibujados previamente. También puede colocar los círculos en cualquier parte del boceto y usar la herramienta de restricción de coincidencia para alinear sus centros con los de los círculos existentes.

• Al seleccionar los tres círculos, aplique una restricción de igualdad.

• Establezca el diámetro de un círculo en 7,2 mm.

• Ahora puede salir del boceto.

• Seleccione el boceto completado y utilice la herramienta Vaciado con una longitud de 12 mm.

• Eso es todo. Nuestro ladrillo está preparado. Si desea cambiar su color, puede hacerlo accediendo a la pestaña Ver.

Es posible que observe que el historial de modelado en la vista de árbol se ha vuelto bastante extenso. Esto es sumamente valioso, ya que nos permite revisar y modificar cualquier paso del proceso de diseño en cualquier momento. Por ejemplo, adaptar este modelo para crear un ladrillo de 2x2 en lugar de uno de 2x4 sería muy sencillo: bastarían unos pocos ajustes en las dimensiones y la frecuencia de aparición de los patrones. Esta misma flexibilidad nos permite diseñar piezas personalizadas de mayor tamaño que no forman parte del set original de Lego. La naturaleza paramétrica de FreeCAD facilita la modificación de los modelos existentes, lo que nos brinda un control total para adaptar o ampliar el diseño según sea necesario.

Pero también podríamos querer eliminar el historial, por ejemplo, si vamos a modelar un castillo con este ladrillo y no queremos que todo este historial se repita 500 veces en nuestro archivo.

Hay dos maneras sencillas de eliminar el historial: una es usar la herramienta Crear copia simple del Part Workbench, que creará una copia de nuestra pieza que ya no depende del historial (puede eliminar todo el historial después); la otra es exportar la pieza como un archivo STEP y volver a importarlo.

Descargas

• El modelo generado durante este ejercicio: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/lego.FCStd

Leer más:

• El Sketcher
• El entorno de trabajo de diseño de piezas
• El entorno de trabajo Assembly2

Dibujo_tradicional_2D

Preparación de modelos para impresión 3D

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