Introducción

Como ocurre con el mecanizado, el forjado, la fundición y la estampación, la impresión 3D comienza en el mismo punto: el diseño de la pieza final. Al igual que en la fabricación tradicional, la fabricación aditiva se basa en modelos de diseño asistido por ordenador (CAD) como componente principal de la producción de la pieza.

Requisitos de un paquete de software CAD

Aunque la mayoría de los paquetes de software CAD permiten crear modelos para usar en la fabricación aditiva, hay algunas características y funciones clave que deben confirmarse antes de seguir adelante con cualquiera de ellos.

El primer aspecto, y el más importante, es la capacidad de generar modelos 3D. Algunos programas están diseñados específicamente para impresiones, dibujos u otros diseños 2D y carecen de la capacidad de generar modelos completos. Un paquete de software CAD adecuado le permitirá modelar de forma paramétrica o directa superficies 3D, lo que facilitará su exportación al archivo de impresión 3D más utilizado habitualmente, el STL.

Casi todas las impresoras 3D requieren la capacidad de exportar diseños CAD nativos a un archivo STL. Los archivos STL (abreviatura de "estereolitografía") son traducciones/exportaciones de modelos CAD a planos y superficies triangulares, que suelen interpretarse en código G, el lenguaje de fabricación asistida por ordenador (CAM) que se utiliza con mayor frecuencia entre las máquinas herramienta automatizadas. Generar un STL que coincida con el diseño es vital para que la impresión 3D sea correcta, aspecto que abordaremos con más detalle a continuación.

Aparte de los dos requisitos de modelado 3D y generación de archivos STL, existen muchas otras funciones prácticas incluidas en algunos paquetes de software CAD que facilitan la preparación para la fabricación aditiva y aportan valor añadido. Ejemplos como 3DXpert for SolidWorks, Netfabb for Fusion 360 o 3YOURMIND for Siemens NX son complementos y extensiones que eliminan algunos de los pasos de traducción, o incluso facilitan la impresión directa a las impresoras desde las propias aplicaciones nativas.

¿Qué es un archivo STL?

El formato de archivo STL («estereolitografía»), a veces denominado «lenguaje estándar de triángulos» o «lenguaje de teselación estándar», fue creado por 3D Systems en 1987 y se ha adoptado ampliamente como formato de archivo estándar para los modelos de las impresoras 3D de todo el sector. Estos archivos son exportaciones de archivos CAD nativos y describen «una superficie como un conjunto de triángulos, cada uno de los cuales se define por el vector normal y los vértices (ordenados por la regla de la mano derecha) de los triángulos mediante un sistema tridimensional de coordenadas cartesianas» (traducción de la definición de la entrada en inglés «STL (file format)», Wikipedia, 2019). En resumen, los STL son una aproximación de los modelos CAD a un conjunto de triángulos, convirtiendo elementos como curvas, polilíneas, arcos, extrusiones y barridos, en triángulos simples y compuestos.

Conversión de un STL

Aunque cada software CAD tiene diferentes funciones y opciones de configuración para exportar archivos STL, otros elementos son comunes a todas las soluciones y es importante prestarles atención:

• Binario / ASCII: aunque hay una gran diferencia entre la codificación de ambos formatos, en esencia los formatos binario y ASCII son similares desde el punto de vista funcional, con la salvedad de que los archivos binarios tienden a ser mucho más pequeños y se manejan con menos capacidad de procesamiento que la mayoría de los programas de laminado. A menos que se indique específicamente, se suele preferir el formato binario debido a que los archivos tienen un menor tamaño.
• Unidades: la definición del archivo STL no incluye unidades de medida. Al exportar el modelo, preste atención tanto a las unidades del archivo CAD nativo como a las unidades previstas en el software de impresión/laminado. La mayoría de los programas de laminado tienen una configuración para las unidades, pero lo más habitual es que por defecto se utilicen milímetros (mm).
• Resolución: este es el atributo que mas varía entre diferentes paquetes de software CAD, pero en general el objetivo es asegurar que las tolerancias/desviaciones mínimas sean menores que la característica más fina que pueda producir la impresora 3D. Por ejemplo, si la resolución más fina que puede producir la impresora 3D es de 100 micras, entonces el STL debe tener tolerancias inferiores a 100 micras para diámetros, ángulos, secciones de teselado, etc.

Habrá otros atributos (por ejemplo, el color puede incluirse en los STL), pero es fundamental prestar atención a los puntos anteriores para generar un STL que sea representativo del archivo CAD nativo.

Soluciones CAD habituales en el sector

En los sectores de la fabricación, la ingeniería y el diseño, existen numerosos paquetes de software CAD que se utilizan habitualmente. Algunos son específicos de determinados sectores y proyectos, pero en otros casos se utilizan de forma general en sectores verticales y aplicaciones. A continuación se enumeran algunas de las muchas aplicaciones CAD de uso habitual que suelen emplear las empresas y las operaciones de fabricación:

SolidWorks

SolidWorks, que se lanzó en 1995 y fue adquirido por Dassault en 1997, es uno de los paquetes CAD más usados en ingeniería, fabricación y diseño. Considerado como uno de los paquetes de CAD paramétrico más fáciles de aprender, según la empresa, «más de dos millones de ingenieros y diseñadores de más de 165 000 empresas utilizaban SolidWorks en 2013». Además del paquete básico de CAD, SolidWorks ofrece numerosos productos y módulos adicionales para simulación, sectores específicos y renderizado/diseño gráfico.

Dassault Systèmes CATIA

CATIA, solución creada originalmente en 1977 como plataforma de diseño propia de Dassault Aviation para aplicaciones aeroespaciales y de defensa, es un software empresarial muy utilizado en el diseño de equipos aeroespaciales, de automoción e industriales. Con más de 40 años de experiencia, CATIA es una solución PLM avanzada que ofrece una plétora de funciones, con soporte integrado desde CAD hasta CAM.

Autodesk Fusion 360

Fusion 360, lanzado inicialmente en 2013 por Autodesk, es un producto CAD orientado al 3D (en contraste con el clásico AutoCAD de Autodesk), que ofrece tanto una versión nativa para Mac OSX y Windows 7/8/10 como versiones gratuitas para aficionados, estudiantes e instructores. Al igual que ocurre con la solución de Dassault, Fusion 360 proporciona acceso a la gama de soluciones y complementos de Autodesk.

Creo

Creo, antes conocida como Wildfire y Pro/E, se lanzó en 1987 y es una de las primeras soluciones CAD 3D del mercado. Publicada por PTC, la solución Creo se basa en el primer sistema de modelado 3D basado en reglas (paramétrico). En la actualidad, Creo forma parte de un conjunto de diez aplicaciones de PTC que ofrecen funciones de modelado de conjuntos, análisis de elementos finitos, modelado directo/superficial y diseño de herramientas.

Siemens NX

Siemens NX, originalmente Unigraphics NX y adquirida por Siemens en 2007, es una solución empresarial que no solo proporciona modelado directo y paramétrico, sino también análisis de ingeniería y la funcionalidad CAM directamente dentro de la solución. Además de las funciones de CAD/CAE/CAM/simulación, NX cuenta con numerosos paquetes para diferentes sectores y materiales que permiten ampliar el conjunto de funciones específicas de determinadas aplicaciones.

Onshape

Onshape, lanzada en 2015, es una de las pocas soluciones CAD que se basa completamente en SaaS (software como servicio), lo que supone un elemento diferenciador clave en un panorama de soluciones principalmente locales y con un uso intensivo de hardware. Onshape facilita el acceso a través de un navegador y Android/iOS, y permite la colaboración en tiempo real de varios usuarios en un mismo diseño a través de cualquier plataforma compatible.

Conclusión

Para terminar, hay muchas opciones de software CAD en el mercado en función del sector, el tamaño de la empresa y las funciones necesarias, pero casi todas ellas permiten partir de un modelo y hacerlo realidad mediante la fabricación aditiva y la impresión 3D. Cualquier perfil de usuario, desde aficionados y estudiantes hasta ingenieros mecánicos y de diseño de grandes empresas, puede aprovechar las ventajas de la fabricación aditiva para producir piezas y conjuntos reales de forma más rápida y sencilla que nunca.