Exercicis: Disseny assistit per ordinador

Explica amb les teves paraules què és el disseny assistit per ordinador (CAD) i anomena dues coses que pots fer amb un model virtual abans de fabricar-lo (girar-lo per veure'l per tots costats, mesurar-lo, canviar-lo). Per què creus que gairebé cap objecte modern ja no es dissenya només sobre paper?

A l'aula es fan servir tres programes: Tinkercad (peces en 3D unint formes, molt senzill i al navegador), SketchUp (modelatge 3D d'objectes i espais) i LibreCAD (plans en 2D). Tria quin faries servir per a cada tasca i justifica-ho: (a) el pla en dues dimensions de la classe amb les seves mides, (b) un clauer en 3D per imprimir i (c) el model 3D de la biblioteca de l'institut.

Les peces de CAD es construeixen a partir de primitives: formes bàsiques ja fetes com el cub, el cilindre, l'esfera o el con. Indica quina primitiva triaries com a punt de partida per modelar cada objecte i per què: (a) una tassa, (b) un dau, (c) un gelat de cucurutxo i (d) una pilota.

La figura mostra, a dalt, tres primitives de CAD i, a baix, dues operacions que combinen formes, però sense posar-los nom.

1. a) Anomena les tres primitives de dalt (primitiva 1, 2 i 3).
2. b) Dedueix quina operació és cadascuna de les de baix (operació a i operació b) —la unió de dues formes o la resta d'una menys una altra—, raonant què els ha passat a les formes originals en cada resultat.

L'extrusió converteix una figura plana en un sòlid donant-li gruix, com si estiressis la figura cap amunt. Explica la idea amb un exemple quotidià (una xurrera que dona forma a la massa, una galeta tallada amb un motlle i aixecada) i indica quin sòlid s'obté d'extrusionar: (a) un cercle, (b) un quadrat i (c) un estel.

Enumera tres avantatges de dissenyar una peça a l'ordinador en lloc de construir directament el prototip en fusta o cartó, pensant en: el material que es gasta quan t'equivoques, com és de fàcil canviar una mesura i la possibilitat d'ensenyar el disseny a algú que és lluny.

En obrir un programa de CAD 3D veus l'àrea de treball amb una graella, un cub de vistes en una cantonada i una barra amb les formes disponibles. Explica per a què serveix cadascun d'aquests tres elements i per què la graella ajuda a col·locar les peces amb precisió.

Un got es pot modelar restant un cilindre petit a un cilindre gran: el petit buida l'interior. Raona quines dues operacions (unió o resta) faries servir per modelar aquests objectes i amb quines primitives: (a) un anell, (b) un tinter amb el seu forat i (c) un martell senzill (mànec i cap).

Escriu la recepta de modelatge d'un got a Tinkercad, pas a pas: quin cilindre crees primer i amb quines mesures, com converteixes el segon cilindre en «forat», què fa l'operació d'agrupar i com comproves que la paret ha quedat amb el gruix que volies.

La figura mostra la pantalla d'un programa de CAD amb un model acabat i les tres vistes que el programa genera a partir d'ell, retolades com a vista a, vista b i vista c.

Identifica quina vista (a, b o c) és l'alçat, quina la planta i quina el perfil del model, i explica quin avantatge té que el programa les generi automàticament en lloc de dibuixar-les a mà, sobretot quan es canvia el model.

Vols modelar un clauer amb forma d'os per al gos d'una amiga: un cilindre gruixut a cada extrem i una barra al mig, més un forat per a l'anella. Descriu la seqüència d'operacions en el programa (primitives, unions i restes, en ordre) i estima les mesures en mil·límetres que li donaries perquè càpiga en una butxaca.

Un company vol fer el pla de la seva habitació a Tinkercad i triga el doble que amb un programa de plànols 2D com LibreCAD. Explica quin tipus de tasca és pròpia d'un CAD 2D i quina d'un CAD 3D, i raona per què fer servir el programa equivocat fa la feina més lenta encara que tots dos «dibuixin peces».

En CAD cada forma es col·loca amb mesures exactes: amplada, llargada i alçària en mil·límetres. Compara aquesta manera de treballar amb el dibuix a mà alçada: què es guanya en precisió, què es perd en rapidesa per a una primera idea i en quin moment del disseny convé cadascuna.

Quan el model està acabat s'exporta a un fitxer per compartir-lo o imprimir-lo. Explica quina informació creus que guarda aquest fitxer de la peça (la seva forma, no els colors bonics) i per què per a la impressió 3D es fa servir un format concret anomenat STL, que descriu la superfície de la peça amb petits triangles.

En el programa ja tens modelada una pota d'un taburet. Explica quines operacions faries servir per acabar el taburet sense remodelar la pota tres vegades més (copiar, girar i moure la pota existent) i quina precaució has de tenir en col·locar les còpies perquè el taburet no surti tort.

En imprimir en 3D un model surten dues peces soltes que haurien de ser una de sola: en el programa estaven «juntes» però sense agrupar, només tocant-se. Explica la diferència entre agrupar dues formes (que es converteixen en una peça única) i deixar-les simplement recolzades, i com ho comprovaries en el programa abans d'imprimir.

Planifica el modelatge complet d'un suport de mòbil per a la taula: una base, un respatller inclinat i un topall davanter. Detalla les primitives que faries servir per a cada part, les operacions d'unió o resta en ordre, les mesures aproximades en mil·límetres i una comprovació final abans de donar el model per bo.

A partir de les vistes dièdriques d'una peça tècnica s'observa:

• Alçat: silueta en forma de «T» simètrica de $60\ \text{mm}$ d'amplada total, $40\ \text{mm}$ d'alçària, un travesser superior de $20\ \text{mm}$ d'alçària i un pilar central de $20\ \text{mm}$ de gruix.

• Planta: rectangle de $60 \times 25\ \text{mm}$ amb les arestes ocultes del pilar central.

• Perfil esquerre: rectangle de $25 \times 40\ \text{mm}$ amb una aresta vista horitzontal que separa el travesser del pilar.

1. a) Dedueix la forma 3D de la peça i detalla dues estratègies diferents per modelar-la en CAD: una mitjançant unió de primitives i una altra mitjançant un bloc gran al qual se li resten parts buides. Especifica les mesures de cada prisma en tots dos mètodes.
2. b) Un company afirma que per comprovar si el model CAD coincideix amb el plànol n'hi ha prou de girar la vista lliure amb el ratolí. Justifica per què aquest mètode indueix a errors i explica com has d'utilitzar el cub de vistes i la projecció ortogonal del programa per verificar cada vista normalitzada.

Una peça ha de tenir: un bloc base, dos forats passants laterals i un rebaix a la part superior. Raona si importa l'ordre de les operacions de resta, què pot passar si fas el rebaix abans que els forats (o a l'inrevés) i escriu la seqüència que tu seguiries, justificant cada pas.

En l'equip de disseny d'un projecte sorgeixen dues postures enfrontades sobre quina eina emprar en cada fase:

1. La Sofia defensa que cal encendre l'ordinador i modelar directament en CAD des del primer minut, sense fer cap esbós previ a llapis.

2. En Marcos sosté que és una pèrdua de temps passar el suport d'una politja a CAD si ja tenen un plànol acotat perfecte dibuixat a mà amb escaire i cartabó, a punt per fabricar al taller.

Rebat raonadament totes dues postures:

1. a) Justifica dos desavantatges de començar a dissenyar directament en CAD en la fase de pluja d'idees (considera la rapidesa per explorar alternatives i el risc de bloquejar la creativitat fixant-se en mesures prematures).
2. b) Justifica dos avantatges tècnics decisius que aporta modelar la peça en CAD abans de fabricar-la (per exemple, respecte a la simulació de l'acoblament amb altres peces, la detecció d'interferències o l'exportació a fabricació digital) enfront de disposar únicament del plànol en paper.

Per reorganitzar l'aula taller de Tecnologia ($12 \times 8\ \text{m}$) i comprovar que es respecten els passadissos de seguretat d'$1,2\ \text{m}$ entre màquines, l'equip ha de modelar l'espai i el seu mobiliari. Un alumne insisteix a utilitzar Tinkercad, mentre que una altra proposa utilitzar un programari com SketchUp.

1. a) Analitza dues dificultats tècniques greus que trobareu si intenteu modelar l'aula completa a Tinkercad (considera els límits i l'escala habitual del pla de treball, i com afectarà el rendiment del navegador acumular desenes de bancs i eines complexes mitjançant unió de primitives).
2. b) Justifica quin dels dos programes és més adequat per a aquest projecte específic, explicant quins avantatges ofereix (com el treball a escala real amb cotes arquitectòniques o la inserció de components predissenyats) enfront del modelatge per sòlids bàsics.

El teu model té detalls molt fins: lletres en relleu de mig mil·límetre i unes potetes de $1\ \text{mm}$ de gruix. Anticipa quins problemes tindrà en imprimir-se en 3D una peça així i redissenya sobre el paper aquests detalls perquè sobrevisquin a la impressora, explicant quin criteri has seguit (gruixos mínims, detalls que sobren).

Tres estudiants treballen alhora a Tinkercad en el disseny col·laboratiu d'un pont mitjançant un enllaç compartit. En acabar la sessió descobreixen tres errades:

1. Un company va esborrar sense voler l'estructura de bigues que un altre havia acabat perquè la va seleccionar en fer un requadre d'arrossegament per moure la seva pròpia peça.

2. Dos mòduls dissenyats per separat no encaixen en l'acoblament final perquè un es va dissenyar amb una graella d'$1\ \text{mm}$ i l'altre amb una graella de $0,1\ \text{mm}$ sense acordar cotes ni punts d'unió, i van quedar desalineats.

3. Es va perdre la feina dels últims $20$ minuts d'un d'ells perquè la connexió wifi del taller va tenir microtalls i el navegador no va sincronitzar els canvis.

1. a) Explica quina característica tècnica o limitació del treball al núvol va provocar o agreujar cadascun d'aquests tres incidents.
2. b) Dissenya un protocol de treball en equip (amb tres normes operatives concretes) per evitar que aquests problemes es repeteixin en modelar de manera col·laborativa.

En un taller de fabricació, un estudiant en pràctiques afirma: «El dibuix tècnic tradicional i les vistes normalitzades estan morts; amb dissenyar la peça en 3D a l'ordinador i enviar el fitxer a la màquina n'hi ha prou».

Tot i això, el responsable de taller rebutja la peça i exigeix el plànol tècnic acotat en 2D abans de començar a mecanitzar.

1. a) Rebat l'afirmació de l'estudiant explicant per què un model 3D per si sol no és suficient per fabricar una peça real amb precisió (esmenta almenys dues dades crítiques que un model 3D sense anotacions no especifica i que sí que recull el plànol tècnic, com toleràncies d'ajust, acabats superficials o cotes de verificació en control de qualitat).
2. b) Imagina que la peça es fabrica directament des del fitxer 3D sense un plànol de control previ. Prediu què passarà quan calgui acoblar aquest component amb altres peces i com el coneixement de les vistes dièdriques (alçat, planta i perfil) permet detectar errors de forma abans de fabricar.