CURSO IMPRESIÓN 3D (V)

Actividades Enseñanza Secundaria
III Taller Impresoras 3D

Electrónica de ComunicacionesDiseño para Impresión 3D
3
Etapas del Proceso
CAD
Tinkercad
SketchUp
3d Builder
Openscad
Blender
Fusion 360
· · ·
Export as
Laminadores
Cura
Slic3r
· · ·
Marlin
Editores Mallas
NetFabb
MeshMixer
MeshLab
Blender
· · ·
Editores
texto

4
Modelos 3D
Archivos nativos
• formatos específicos de programas CAD
• fácilmente editables
• no preparados para impresión 3D directamente
• diversos formatos, a veces incompatibles
• numerosos programas de conversión
export as ...
Archivos tipo malla (mesh)
• precisión determinada por la impresora
• preferencias
• formatos basados en geometría muy simple
• dificilmente editables
• adecuados para impresión 3D
• necesario “cortarlos” en capas (laminadores)

5
Ficheros STL ...
Surface Tessellation Language (1987)
• formato estándar de descripción de objetos para impresoras 3D
Mosaico: una técnica antigua
• encajar y pegar “piezas pequeñas planas” formando dibujos
• pueden “envolver” objetos tridimensionales
Formato STL
• red de triángulos que recubre la superficie de un objeto (“caras”)
• define aproximadamente su forma
• mejor precisión cuanto más pequeños sean los triángulos
• mayor tamaño del archivo y mayor tiempo de fabricación

6
Red de triángulos : Malla
solid name
• relación de triángulos
• coordenadas (X,Y,Z) de los tres vértices
• vector normal para orientación
• superficie exterior o interior
facet normal Nx Ny Nz
outer loop
vertex V1x V1y V1z
vertex V2x V2y V2z
vertex V3x V3y V3z
endloop
endfacet
endsolid name
• formato ASCII (texto) / codificado en binario
Ficheros STL
Formato

7
Ficheros STL
Ejemplos ...
solid OpenSCAD_Model
facet normal -0.840168 0.485071 0.242536
outer loop
vertex -8.66025 -5 0
vertex 0 0 20
vertex 2.22045e-015 10 0
endloop
endfacet
facet normal -5.47227e-016 -0.970143 0.242536
outer loop
vertex 8.66025 -5 0
vertex 0 0 20
vertex -8.66025 -5 0
endloop
endfacet
facet normal 0.840168 0.485071 0.242536
outer loop
vertex 2.22045e-015 10 0
vertex 0 0 20
vertex 8.66025 -5 0
endloop
endfacet
facet normal 0 0 -1
outer loop
vertex 8.66025 -5 0
vertex -8.66025 -5 0
vertex 2.22045e-015 10 0
endloop
endfacet
endsolid OpenSCAD_Model
cylinder (r1=10,r2=0,h=20,$fn=3);
(0,10,0)
(8.66,-5,0)
(-8.66,-5,0)
(0,0,20)
Export as STL

8
facet normal 0 -1 0
outer loop
vertex 0 0 0
vertex 10 0 10
vertex 0 0 10
endloop
endfacet
facet normal 0 -1 -0
outer loop
vertex 10 0 10
vertex 0 0 0
vertex 10 0 0
endloop
endfacet
facet normal 1 0 0
outer loop
vertex 10 0 10
vertex 10 10 0
vertex 10 10 10
endloop
endfacet
facet normal 1 0 0
outer loop
vertex 10 10 0
vertex 10 0 10
vertex 10 0 0
endloop
endfacet
Ficheros STL
Ejemplos
solid OpenSCAD_Model
facet normal 0 0 1
outer loop
vertex 0 10 10
vertex 10 0 10
vertex 10 10 10
endloop
endfacet
facet normal 0 0 1
outer loop
vertex 10 0 10
vertex 0 10 10
vertex 0 0 10
endloop
endfacet
facet normal 0 0 -1
outer loop
vertex 0 0 0
vertex 10 10 0
vertex 10 0 0
endloop
endfacet
facet normal 0 0 -1
outer loop
vertex 10 10 0
vertex 0 0 0
vertex 0 10 0
endloop
endfacet
facet normal 0 1 0
outer loop
vertex 10 10 0
vertex 0 10 10
vertex 10 10 10
endloop
endfacet
facet normal 0 1 0
outer loop
vertex 0 10 10
vertex 10 10 0
vertex 0 10 0
endloop
endfacet
facet normal -1 0 0
outer loop
vertex 0 0 0
vertex 0 10 10
vertex 0 10 0
endloop
endfacet
facet normal -1 0 0
outer loop
vertex 0 10 10
vertex 0 0 0
vertex 0 0 10
endloop
endfacet
endsolid OpenSCAD_Model
(10,10,0)
(10,10,10)
(10,0,10)
(1,0,0)
Cube([10,10,10]);
Export as STL

9
Precisión : mide la separación de la malla de la superficie del objeto
• error cuadrático medio
• configurable en el programa de CAD (preferencias)
Esfera de diámetro 10 cm
• precisión : 10 m 1 mm
• triángulos : 50000 500
• líneas : 350000 3500
• tamaño : 2.4 Mb 24 Kb
Ficheros STL
Precisión ...

10
Ficheros STL
Precisión

11
Ficheros STL
¿ Futuro ?
Resulta ya claramente insuficiente
• desarrollo tecnológico de las impresoras va “por delante”
• resolución creciente ( m)
• nº de triangulos y tamaño de los ficheros inmanejables
• nuevas características como materiales o colores
• no incluidas en formato estandar
• dificultad de uso en impresoras con doble extrusor
• se mantiene todavía
• facilidad de elaborar algoritmos de “rebanado”
• dificil encontrar un nuevo estandar universal
Alternativas
• compatibles con STL
• deben contener el “ADN” del diseño : geometría, colores, textura ...
• operativas sobre distintas plataformas y aplicaciones

12
Ficheros AMF
Additive Manufacturing Format
• American Society for Testing and Materials (2013)
• arquitectura XML para proceso de datos
Información organizada en 5 niveles
• forma, composición, color, materiales y geometría
• “constelación de objetos”
• conjunto de múltiples objetos : se posicionan e imprimen juntos
Ficheros AMF
• incluye unidades, volumen, tolerancias ...
• triangulos esféricos con lados curvos
• describen con mayor precisión las superficies
• colores mediante componentes RGB
• graduación, textura y transparencia
• materiales compactos, porosos ...

13
Ficheros STL
Edición de Mallas
Los ficheros STL no resultan fáciles de editar
• ¡ sólo si es imprescindible !
• volver al programa CAD, modificar y generar nuevo STL
Errores de diversos tipos con relativa frecuencia
• faltan triángulos para cerrar la malla : “gaps” (huecos)
• normales invertidas (cara interna hacia afuera)
• triángulos que cortan a otros
• lados que no conectan bien : “bad edges”
• otros ...
Programas para reparación de mallas
• verificación de errores y posibles correcciones
• “laminadores” (Cura, Slic3r ... ) realizan una corrección básica
• corrección manual y automática
• cambios en la precisión de la malla poligonal

14
Ficheros STL
Simplificación Mallas
Modelos muy complejos
• miles/millones de triángulos
• falta de resolución de la impresora
• dificultad para procesar los archivos
• ¿ varios Gb de RAM ?
• ¿ horas laminando ?
Alternativas
• exportar malla con menor precisión desde el programa CAD
• simplificar malla posteriormente (Meshlab)
• seleccionar menor precisión en el programa laminador (0)

15
Ficheros STL
Algunos Errores ...
Cuerpos sólidos, no superficies
Normales orientadas correctamente

16
Ficheros STL
Algunos Errores
Superficies abiertas
• faltan triángulos para cerrar el volumen del objeto
Mind the gap !!!
• espacios entre partes móviles : al menos 0.5 mm

17
Ficheros STL
Meshlab ...
Herramienta avanzada de proceso de mallas 3D
• orientada a la gestión de grandes mallas
• edición, limpieza, reparación, inspección, representación y conversión
• software libre y de código abierto (GNU)
Filtros para “limpieza” automática
• eliminan vértices sin referencias, aristas no múltiples, caras/vértices nulos ...
• herramienta de remallado basada en la medida del error cuadrático medio
Permite cambiar interactivamente el color de una malla para definir selecciones
y suavizar características provocadas por el “ruido”
Procesado de nubes de puntos procedentes de escaneos
• seleccionar, eliminar y añadir puntos
• reconstruye la nube de puntos modificada
• genera triángulos y normales de una nueva malla

18
Ficheros STL
Meshlab

19
Ficheros STL
Autodesk Netfabb 2017
Incluye las herramientas necesarias para preparar archivos para impresión 3D
• un único entorno que utiliza tambien herramientas externas
• gratis con registro en la web: autodesk.com/education/free-software/netfabb
• servicio on-line para enviar y recibir ficheros: service.netfabb.com
Reparación automática de fallos
• realiza un análisis buscando defectos
• indica gráficamente la presencia de problemas
• módulo para reparación de errores
• Automatic repair > Default Repair suele solucionar los fallos
Se pueden realizar cortes y revisar secciones del modelo
• dividirlo en varias partes para imprimirlas por separado
• mover, rotar y escalar los componentes
Un mundo de opciones y posibilidades para el diseño e impresión 3D

20
Ficheros STL
Netfabb

21
Ficheros STL
Netfabb

22
Ficheros STL
Netfabb

23
Modelos CAD diseñados en ordenador
• respetar reglas de impresión 3D
• exportar como .STL
• software libre : suficiente
• profesionales : caros y complejos
Nube de puntos obtenida en un escaner 3D
• aplicaciones gestión de puntos
• suavizar, ajustar precisión ...
• rellenar huecos
Numerosas páginas web disponibles
• generales y específicas
• libres y profesionales previo pago
• cooperativas
• thingiverse.com
Ficheros STL
¿ De dónde vienen ?

24
Aplicaciones para Diseño 3D
¡ Si hay que aprender a diseñar en 3D mejor programas gratuitos !
Un programa adecuado es esencial para lograr un modelo 3D perfecto
• con fines artísticos o de animación
• modelos útiles para ingeniería y arquitectura
Métodos para definir la geometría 3D
• paramétrico (vectorial)
• contiene dimensiones y relaciones
• “construye” los objetos cada vez
• utilizado por ingenieros y arquitectos
• explícito (pixelado)
• diseño artístico e industrial
• “nube” de puntos definidos por su posición espacial
• se pueden realizar modificaciones que no afectan a otros puntos
• ficheros muy grandes (matrices de datos)

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Básico
Autodesk Tinkercad ...
¿ Mejor opción para principiantes ?
Uno de los programas más simples y asequibles
• para empezar a comprender el mundo 3D
Interface gráfico interactivo
• sencillo, intuitivo, muy claro y fácil de usar
Tal vez demasiado sencillo, lo justo para dibujar
Bien utilizado puede dar mucho juego
Operativo on-line : registrarse (Autodesk)
https://www.tinkercad.com

26
Básico
Autodesk Tinkercad

27
Básico
Microsoft 3D Builder ...
Integrado en Windows 10
Interface intuitiva y básica
• incluye una librería de objetos listos para imprimir
• un “juego de niños” para aprender impresión 3D
Agrega texto o imágenes en relieve
Combina, forma intersecciones, extrae y corta objetos
Puede importar figuras creadas en aplicaciones más avanzadas
Repara modelos automáticamente
• suaviza imperfecciones y simplifica descripción
Demasiado sencillo para construir objetos complejos
Aplicación 3D Scan para digitalizar elementos en color
Pasa a 3D archivos BMP, JPG, PNG y TGA

28
Básico
Microsoft 3D Builder

29
Avanzado
Trimble SketchUp ...
Potente herramienta de dibujo, casi profesional
• orientado preferentemente a arquitectura
Google lo creó para modelar edificios en Google Earth
• versiones : Make libre  Pro de pago
Interface gráfica sencilla e intuitiva
Permite conceptualizar y modelar imágenes en 3D
• edificios, coches, personas y cualquier otro objeto
Gran soporte con varios tutoriales y una comunidad muy activa
Incluye una galería de objetos, texturas e imágenes
Numerosos “Plugins” para mejorar la funcionalidad
• dibujo automatizado de tejados, piezas de acero, cornisas ...
https://www.sketchup.com

30
Avanzado
Trimble SketchUp ...

31
Avanzado
Trimble SketchUp

32
Técnico
Openscad
“Lenguaje” de diseño orientado a comandos (compilador)
• crea objetos a partir de una secuencia de instrucciones
• cada diseño se describe como un fichero de texto
• no posee un interface gráfico interactivo
Formas geométricas primitivas
• cubos, esferas, cilindros, conos ...
• rotaciones y translaciones para formar figuras más complejas
• bucles condicionales para repetir comandos múltiples veces
Constructive Solid Geometry (CSG)
• combinar sólidos : “sumar”, “restar” ...
• arandela = “resta” de cilindros concéntricos
“Extrusión” de figuras 2D
• “eleva” una superficie plana para crear un objeto 3D
• puede incluir giros y deformaciones

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Técnico
Openscad

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Técnico
Openscad

35
Técnico
Openscad

36
Profesional
Autodesk Fusion 360 ...
Profesional, gratuito para particulares y pequeñas empresas
• registrarse para una licencia
Muchas herramientas de creación y edición
Multitud de formatos para importar y exportar
Diseño en ingeniería y modelado de formas
Sustituye al 123Design
Tal vez deje de ser gratuito !!!
http://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview

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Profesional

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Profesional

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Profesional
Autodesk Fusion 360

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Profesional
Blender ...
• Modelado 3D Técnico y Artístico
• Uno de los mejores programas gratuitos
• Enorme capacidad de diseño
• puede resultar muy dificil de aprender
• Herramientas para “cualquier cosa”
• diseñar,deformar, crear texturas, editar mallas
• Muy práctico para modificar los archivos STL
• Más orientado a la realización 3D, animación,
• efectos visuales, artísticos
• aplicaciones interactivas, juegos de video …

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Profesional
Blender ...

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Profesional
Blender ...

43
Profesional
Blender

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