Ejercicios: Diseño asistido por ordenador

Explica con tus palabras qué es el diseño asistido por computadora (CAD) y nombra dos cosas que puedes hacer con un modelo virtual antes de fabricarlo (girarlo para verlo por todos lados, medirlo, cambiarlo). ¿Por qué crees que casi ningún objeto moderno se diseña ya solo en papel?

En el salón se usan tres programas: Tinkercad (piezas en 3D uniendo formas, muy sencillo y en el navegador), SketchUp (modelado 3D de objetos y espacios) y LibreCAD (planos en 2D). Elige cuál usarías para cada tarea y justifícalo: (a) el plano en dos dimensiones del salón con sus medidas, (b) un llavero en 3D para imprimir y (c) el modelo 3D de la biblioteca de la escuela.

Las piezas de CAD se construyen a partir de primitivas: formas básicas ya hechas como el cubo, el cilindro, la esfera o el cono. Indica qué primitiva elegirías como punto de partida para modelar cada objeto y por qué: (a) una taza, (b) un dado, (c) un helado de cucurucho y (d) un balón.

La figura muestra, arriba, tres primitivas de CAD y, abajo, dos operaciones que combinan formas, pero sin ponerles nombre.

1. a) Nombra las tres primitivas de arriba (primitiva 1, 2 y 3).
2. b) Deduce qué operación es cada una de las de abajo (operación a y operación b) —la unión de dos formas o la resta de una menos otra—, razonando qué le ha pasado a las formas originales en cada resultado.

La extrusión convierte una figura plana en un sólido dándole grosor, como si estiraras la figura hacia arriba. Explica la idea con un ejemplo cotidiano (una churrera que da forma a la masa, una galleta cortada con un molde y levantada) e indica qué sólido sale de extrusionar: (a) un círculo, (b) un cuadrado y (c) una estrella.

Enumera tres ventajas de diseñar una pieza en la computadora en lugar de construir directamente el prototipo en madera o cartón, pensando en: el material que se gasta al equivocarse, lo fácil que es cambiar una medida y la posibilidad de mostrar el diseño a alguien que está lejos.

Al abrir un programa de CAD 3D ves el área de trabajo con una rejilla, un cubo de vistas en una esquina y una barra con las formas disponibles. Explica para qué sirve cada uno de esos tres elementos y por qué la rejilla ayuda a colocar las piezas con precisión.

Un vaso se puede modelar restando un cilindro pequeño a un cilindro grande: el pequeño vacía el interior. Razona qué dos operaciones (unión o resta) usarías para modelar estos objetos y con qué primitivas: (a) un anillo, (b) un tintero con su agujero y (c) un martillo sencillo (mango y cabeza).

Escribe la receta de modelado de un vaso en Tinkercad, paso a paso: qué cilindro creas primero y con qué medidas, cómo conviertes el segundo cilindro en «agujero», qué hace la operación de agrupar y cómo compruebas que la pared ha quedado con el grosor que querías.

La figura muestra la pantalla de un programa de CAD con un modelo terminado y las tres vistas que el programa genera a partir de él, rotuladas como vista a, vista b y vista c.

Identifica qué vista (a, b o c) es el alzado, cuál la planta y cuál el perfil del modelo, y explica qué ventaja tiene que el programa las genere automáticamente en lugar de dibujarlas a mano, sobre todo cuando se cambia el modelo.

Quieres modelar un llavero con forma de hueso para el perro de una amiga: un cilindro grueso en cada extremo y una barra en medio, más un agujero para la anilla. Describe la secuencia de operaciones en el programa (primitivas, uniones y restas, en orden) y estima las medidas en milímetros que le darías para que quepa en un bolsillo.

Un compañero quiere hacer el plano de su habitación en Tinkercad y tarda el doble que con un programa de planos 2D como LibreCAD. Explica qué tipo de tarea es propia de un CAD 2D y cuál de un CAD 3D, y razona por qué usar el programa equivocado hace el trabajo más lento aunque los dos «dibujen piezas».

En CAD cada forma se coloca con medidas exactas: ancho, largo y alto en milímetros. Compara esa forma de trabajar con el dibujo a mano alzada: qué se gana en precisión, qué se pierde en rapidez para una primera idea y en qué momento del diseño conviene cada una.

Cuando el modelo está terminado se exporta a un archivo para compartirlo o imprimirlo. Explica qué información crees que guarda ese archivo de la pieza (su forma, no los colores bonitos) y por qué para la impresión 3D se usa un formato concreto llamado STL, que describe la superficie de la pieza con pequeños triángulos.

En el programa tienes ya modelada una pata de un taburete. Explica qué operaciones usarías para terminar el taburete sin remodelar la pata tres veces más (copiar, girar y mover la pata existente) y qué precaución debes tener al colocar las copias para que el taburete no salga torcido.

Al imprimir en 3D un modelo salen dos piezas sueltas que deberían ser una sola: en el programa estaban «juntas» pero sin agrupar, solo tocándose. Explica la diferencia entre agrupar dos formas (que se convierten en una pieza única) y dejarlas simplemente apoyadas, y cómo lo comprobarías en el programa antes de imprimir.

Planifica el modelado completo de un soporte de celular para la mesa: una base, un respaldo inclinado y un tope delantero. Detalla las primitivas que usarías para cada parte, las operaciones de unión o resta en orden, las medidas aproximadas en milímetros y una comprobación final antes de dar el modelo por bueno.

A partir de las vistas diédricas de una pieza técnica se observa:

• Alzado: silueta en forma de «T» simétrica de $60\ \text{mm}$ de anchura total, $40\ \text{mm}$ de altura, un travesaño superior de $20\ \text{mm}$ de altura y un pilar central de $20\ \text{mm}$ de grosor.

• Planta: rectángulo de $60 \times 25\ \text{mm}$ con las aristas ocultas del pilar central.

• Perfil izquierdo: rectángulo de $25 \times 40\ \text{mm}$ con una arista vista horizontal que separa el travesaño del pilar.

1. a) Deduce la forma 3D de la pieza y detalla dos estrategias distintas para modelarla en CAD: una mediante unión de primitivas y otra mediante un bloque grande al que se le restan partes huecas. Especifica las medidas de cada prisma en ambos métodos.
2. b) Un compañero afirma que para comprobar si el modelo CAD coincide con el plano basta con girar la vista libre con el ratón. Justifica por qué este método induce a errores y explica cómo debes usar el cubo de vistas y la proyección ortogonal del programa para verificar cada vista normalizada.

Una pieza debe tener: un bloque base, dos agujeros pasantes laterales y un rebaje en la parte superior. Razona si importa el orden de las operaciones de resta, qué puede pasar si haces el rebaje antes que los agujeros (o al revés) y escribe la secuencia que tú seguirías, justificando cada paso.

En el equipo de diseño de un proyecto surgen dos posturas enfrentadas sobre qué herramienta emplear en cada fase:

1. Sofía defiende que hay que encender el ordenador y modelar directamente en CAD desde el primer minuto, sin hacer ningún boceto previo a lápiz.

2. Marcos sostiene que es una pérdida de tiempo pasar el soporte de una polea a CAD si ya tienen un plano acotado perfecto dibujado a mano con escuadra y cartabón, listo para fabricar en el taller.

Rebate razonadamente ambas posturas:

1. a) Justifica dos desventajas de empezar a diseñar directamente en CAD en la fase de tormenta de ideas (considera la rapidez para explorar alternativas y el riesgo de bloquear la creatividad fijándose en medidas prematuras).
2. b) Justifica dos ventajas técnicas decisivas que aporta modelar la pieza en CAD antes de fabricarla (por ejemplo, respecto a la simulación del ensamblaje con otras piezas, la detección de interferencias o la exportación a fabricación digital) frente a disponer únicamente del plano en papel.

Para reorganizar el aula-taller de Tecnología ($12 \times 8\ \text{m}$) y comprobar que se respetan los pasillos de seguridad de $1.2\ \text{m}$ entre máquinas, el equipo debe modelar el espacio y su mobiliario. Un alumno insiste en usar Tinkercad, mientras que otra propone usar un software como SketchUp.

1. a) Analiza dos dificultades técnicas graves que encontraréis si intentáis modelar el aula completa en Tinkercad (considera los límites y la escala habitual del plano de trabajo, y cómo afectará al rendimiento del navegador acumular decenas de bancos y herramientas complejas mediante unión de primitivas).
2. b) Justifica cuál de los dos programas es más adecuado para este proyecto específico, explicando qué ventajas ofrece (como el trabajo a escala real con cotas arquitectónicas o la inserción de componentes prediseñados) frente al modelado por sólidos básicos.

Tu modelo tiene detalles muy finos: letras en relieve de medio milímetro y unas patitas de $1\ \text{mm}$ de grosor. Anticipa qué problemas tendrá al imprimirse en 3D una pieza así y rediseña sobre el papel esos detalles para que sobrevivan a la impresora, explicando qué criterio has seguido (grosores mínimos, detalles que sobran).

Tres estudiantes trabajan a la vez en Tinkercad en el diseño colaborativo de un puente mediante un enlace compartido. Al finalizar la sesión descubren tres fallos:

1. Un compañero borró sin querer la estructura de vigas que otro había terminado porque la seleccionó al hacer un recuadro de arrastre para mover su propia pieza.

2. Dos módulos diseñados por separado no encajan en el ensamblaje final porque uno se diseñó con rejilla de $1\ \text{mm}$ y otro con rejilla de $0.1\ \text{mm}$ sin acordar cotas ni puntos de unión, quedando desalineados.

3. Se perdió el trabajo de los últimos $20$ minutos de uno de ellos porque la conexión wifi del taller tuvo microcortes y el navegador no sincronizó los cambios.

1. a) Explica qué característica técnica o limitación del trabajo en la nube provocó o agravó cada uno de estos tres incidentes.
2. b) Diseña un protocolo de trabajo en equipo (con tres normas operativas concretas) para evitar que estos problemas se repitan al modelar de forma colaborativa.

En un taller de fabricación, un estudiante en prácticas afirma: «El dibujo técnico tradicional y las vistas normalizadas están muertos; con diseñar la pieza en 3D en el ordenador y enviarle el archivo a la máquina es suficiente».

Sin embargo, el responsable de taller rechaza la pieza y exige el plano técnico acotado en 2D antes de empezar a mecanizar.

1. a) Rebate la afirmación del estudiante explicando por qué un modelo 3D por sí solo no basta para fabricar una pieza real con precisión (menciona al menos dos datos críticos que un modelo 3D sin anotaciones no especifica y que sí recoge el plano técnico, como tolerancias de ajuste, acabados superficiales o cotas de verificación en control de calidad).
2. b) Imagina que la pieza se fabrica directamente desde el archivo 3D sin un plano de control previo. Predice qué ocurrirá cuando haya que ensamblar ese componente con otras piezas y cómo el conocimiento de las vistas diédricas (alzado, planta y perfil) permite detectar errores de forma antes de fabricar.