Actualizado a: 15 de abril de 2024
Los programas de diseño asistido por ordenador, o CAD, han revolucionado la forma en que los profesionales de la ingeniería, la arquitectura y el diseño conceptualizan, desarrollan y diseñan sus proyectos. Estas herramientas de software permiten crear modelos tridimensionales, planos detallados y prototipos virtuales con una precisión y eficiencia inigualables, incluso permitiendo simular fuerzas, materiales, o movimientos como en la realidad, e incluso pasar estos diseños a CAM para su manufactura. Pero…¿sabías cómo funciona este software?
¿Qué es CAD?
CAD (Computer-Aided Design), diseño asistido por ordenador en español, es un conjunto de tecnologías y software que se utilizan para crear, modificar, analizar y optimizar diseños, planos y modelos en un entorno digital. CAD se aplica en una variedad de campos, como la arquitectura, la ingeniería, la industria manufacturera, la construcción, la electrónica, la industria automotriz y muchos otros sectores. Y puede combinarse con técnicas CAM para la fabricación de los diseños, como dije anteriormente.
Un sistema CAD entender como una serie de datos de geometría NURBS o representación de fronteras (B-rep) a través de un núcleo de modelado geométrico. También se puede emplear un motor de restricciones geométricas para gestionar las relaciones asociativas entre geometría o ensamblado.
Las principales características y funciones del CAD incluyen desde un editor con múltiples herramientas para poder crear diseños y modificarlos, herramientas de cálculo y análisis para probar resistencia, flujo, estrés, etc., además de visualizadores para mostrar lo diseñado en 2D o 3D, dependiendo del diseño y el software empleado. Todo esto debe ser bastante preciso en cuanto a las medidas, escalas, detalles y calidad de los análisis, ya que de ello dependerán edificios, estructuras, piezas mecánicas, etc.
Hay que decir que los primeros programas CAD se desarrollaron en lenguajes de programación como ALGOL o Fortran, pero con el avance de este software, se empezaron a crear usando lenguajes orientados a objetos, además de crear APIs propias para que se pudieran crear módulos que extendiesen las capacidades del programa.
En el mundo del software CAD existen muchos programas, uno de los más conocidos es AutoCAD de Autodesk, aunque también existen otros como SolidWorks, CATIA, Autodesk Inventor, Solid Edge, Tinkercad, Sketchup, FreeCAD, LibreCAD, etc. Aunque existen algunos gratuitos, por lo general, las licencias de este software profesional suelen ser bastante caras, dada la complejidad de estas herramientas.
¿Cómo funciona CAD paso a paso?
El software CAD funciona de una forma determinada para permitir realizar los diseños en el entorno virtual. Por ejemplo, algunos conceptos interesantes para comprender su funcionamiento son:
- Modelado: el programa aporta una serie de herramientas (línea recta, arco, ) para crear los objetos que se modelan como planos, polígonos, o sólidos tridimensionales compuestos por caras, aristas y vértices. Estos sólidos pueden ser primitivos (como cubos o cilindros) o complejos (como piezas mecánicas). Las herramientas permiten usar sistemas de geometría paramétrica, En CAD, se utiliza la geometría paramétrica para definir relaciones y restricciones entre elementos del diseño. Por ejemplo, puedes especificar que dos líneas deben ser perpendiculares o que un objeto debe mantener una distancia constante de otro. Esto garantiza que los cambios se propaguen automáticamente a través del diseño. Las herramientas más populares suelen ser:
- Línea, para dibujar líneas separadas.
- Polilínea, para trazar líneas sucesivas.
- Rectángulo, para dibujar cuadrados o rectángulos como un solo objeto.
- Arco, para trazar arcos, curvas y proyecciones.
- Círculo, es similar al rectángulo, pero permite dibujar círculos como un solo objeto.
- Elipse, similar al anterior, pero para dibujar elipses.
- Texto, para introducir comandos para operar en CAD.
- Borrar, para eliminar objetos.
- Copiar, con la que puedes copiar varios elementos seleccionados previamente.
- Acotar, para acotar los diferentes objetos, como líneas, curvas, ángulos, etc.
- Sistemas de coordenadas: el editor de CAD, además de tener las herramientas citadas anteriormente, también posee los ejes, que son fundamentales en CAD para definir la posición y orientación de objetos en el espacio tridimensional. Suelen ser el eje X e Y para los sistemas 2D o X, Y, Z, para los diseños 3D. Permitiendo navegar en las diferentes direcciones para conseguir distintas perspectivas del diseño.
- Layering (Capas): es el uso de capas como técnica organizativa que permite a los usuarios agrupar objetos relacionados en capas separadas. Cada capa puede tener propiedades y atributos específicos, como color, grosor de línea o visibilidad, lo que facilita la gestión y edición de componentes individuales.
- Renderizado: es el proceso de generar una imagen visualmente realista a partir del modelo tridimensional. Involucra la iluminación, los materiales, las texturas y otros efectos visuales que hacen que el diseño se vea como un objeto real.
- Análisis y simulación: algunos sistemas CAD permiten realizar análisis y simulaciones, como análisis de tensión, resistencia de estructuras, dinámica de fluidos, análisis térmico y más. Esto es crucial en campos como la ingeniería y la arquitectura para evaluar el rendimiento y la viabilidad de un diseño.
- Documentación y planos: este software también puede crear documentación detallada, como planos, listas de materiales y especificaciones. Estos documentos son esenciales para la fabricación, la construcción y la presentación de proyectos a clientes y autoridades reguladoras.
- Almacenamiento del archivo: los archivos CAD pueden tener una gran variedad de formatos, dependiendo del software empleado, con formatos generalmente binarios y con texto plano. Por ejemplo, tenemos extensiones como DWG de AutoCAD, así como DXF, STL para impresión 3D, IGES, STEP, etc., e incluso se pueden convertir a formato imagen o PDF para su impresión. En cuanto a cómo se almacenan los datos en estos archivos, depende de la complejidad y el propósito del diseño. Los archivos CAD almacenan información sobre la geometría (puntos, líneas, curvas, superficies, sólidos), propiedades de objetos (como color, grosor de línea), capas, restricciones y relaciones paramétricas, anotaciones y metadatos (como nombres de objetos, fechas de creación y modificación). Lo que contiene este archivo es una base de datos de entidades dibujadas en el diseño. Por cada entidad que existe tendrá una serie de datos asociados en la bbdd. Por ejemplo, imagina que has dibujado una línea, esto implicará almacenar en la base de datos un identificador del tipo de entidad, en este caso una línea, las coordenadas X, Y y Z para posicionarla en el espacio en el lugar adecuado, con el punto de origen y de fin, así como atributos adicionales como el color, el tipo, etc. De esta forma, se puede plasmar todo el diseño en el editor o visor CAD. Incluso en la actualidad, la tecnología permite hacer los modelos realidad con las impresoras 3D, e incluso visualizar los diseños de una forma más inmersiva usando realidad virtual o realidad aumentada…
