Cuarta sesión del curso Breakers de la Fundación Orange, impartido en el Tecnolab de La Rueca Asociación

En esta sesión empezamos a diseñar en 3D, usando el programa libre FreeCAD. Es un programa de diseño muy técnico, por lo que requiere práctica. Tiene muchísimas operaciones, pero sólo enseñaremos las básicas para tener una noción y poder hacer objetos sencillos. Empezaremos por la navegación básica, colocación de objetos primitivos (cubos, cilindros y esferas) y las operaciones de fusión y vaciado. Terminamos la sesión dejando tiempo para que practiquen y hagan un diseño libre

• Actividad 1: Aprendiendo Freecad (1h)
• Actividad 2: Fusionando y vaciando objetos (1h)
• Descanso (30min)
• Actividad 3: Diseño libre (1h30min)

• Album con todas las fotos de la Sesión 4

En la sesión 1 ya tuvimos un primer contacto con Freecad, donde lo usamos para personalizar nuestro bolígrafo. También lo usamos en la sesión 3 para pasar de 2D al 3D. En esta sesión empezaremos con FreeCAD desde el principio. Usaremos la versión estable 0.16 (rev6707)

Arrancamos FreeCAD pinchando en este icono:

en la barra de la izquierda de la pantalla. Nos aparecerá una pantalla como la siguiente

Es la pantalla de bienvenida. Cerramos la pestaña pinchando en la X de la parte inferior:

Y esto es lo que veremos:

Lo primero es crear un documento nuevo, pinchando en este icono:

Nos aparecerá una nueva pestaña, etiquetada como "Sin nombre":

FreeCAD tiene todas sus herramientas divididas en escenarios. Empezaremos por colocar piezas básicas, que se encuentran en el escenario Part. Pinchamos el desplegable superior para seleccionarlo:

Observamos que nos aparecen nuevos iconos en la barra superior.

Antes de empezar a colocar objetos vamos a visualizar el origen y los ejes de coordenadas x,y,z. Nos vamos a la opción Ver/Activar o desactivar cruz de los ejes

La seleccionamos y nos aparece la vista superior del sistema de referencia, donde podemos ver el eje x, pintado en rojo y en posición horizontal, y el eje y, de color verde y vertical. El tercer eje, z, es azul y en la vista actual es un punto

Vamos a poner nuestro primer objeto en 3D. Las formas básicas se encuentran accesibles en la parte superior izquierda. Son los iconos amarillos. Pinchamos en el que tiene un cilindro

Nos aparece un círculo. Es el cilindro visto desde la parte superior

Para verlo en 3D le damos a este icono (vista axonométrica):

y ya podemos ver el cilindro completo en 3D

Es muy importante que aprendamos a navegar por el entorno 3D, para poder ver nuestros objetos desde todas las perspectivas, desplazarnos, acercarnos y alejarnos

En los ordenadores del Tecnolab, por defecto FreeCAD está configurado para el modo de navegación tipo Blender. Asegurarse que se está en ese modo antes de continuar. Para ello pinchamos en el botón derecho y nos vamos a Estilos de navegación/Blender

Primero aprenderemos a alejarnos del objeto. Para ello le damos hacia abajo en la rueda del ratón.

Al ver el objeto más pequeño, podemos ver los tres ejes: x, y, z. Para acercarnos al objeto movemos la rueda del ratón hacia arriba. Vamos a practicar este movimiento: acercarnos / alejarnos

El siguiente movimiento que aprenderemos será a rotar alrededor del objeto, para cambiar la perspectiva y ver los detalles que nos interesen. Nos acercamos o alejamos del objeto hasta que el cilindro se vea como en el pantallazo (queremos que se vean los ejes x,y)

Colocamos el cursor en la derecha del cilindro, como se muestra en el pantallazo, dejamos apretado el botón central y arrastramos el ratón hacia la izquierda. Vemos cómo el objeto rota hacia la izquierda

Sin soltar el botón central, arrastramos el ratón hacia la derecha, para dejar el cilindro en la posición de partida

Practicar este movimiento de derecha a izquierda e izquierda a derecha

Soltamos el botón central y colocamos el cursor en la posición indicada en el pantallazo. Dejamos apretado el botón central nuevamente y arrastramos el ratón verticalmente, de forma que vemos la tapa inferior del cilindro

Arrastramos el ratón hacia abajo con el botón central apretado para colocar el cilindro en la posición inicial

Repetimos estos movimientos, horizontales y verticales para practicar, como se muestra en esta animación:

El último movimiento de navegación es el desplazamiento. Se hace pulsando el botón central a la vez que la tecla Mayúsculas (shift). Al hacerlo el cursor se convierte en cuatro flechas

En este modo, arrastramos el ratón hacia la derecha, con lo que el cilindro también se desplazará hacia la derecha, pero sin rotación

Repetimos pero haciendo movimientos circulares, para practicar, como se muestra en esta animación

En ocasiones, al navegar podemos perder la figura (porque se haya hecho muy pequeña o porque la cámara esté apuntando hacia el otro lado). O simplemente queremos volver a la vista original. Como ejemplo partimos de este cilindro:

Primero le damos al icono con la lupa: "Ajustar el contenido completo a la pantalla"

Nuestro mundo 3D se ajustará y centrará en la pantalla. Ahora veremos el cilindro con su misma orientación pero en grande:

Después le damos al icono de la vista axonométrica:

Y tendremos el cilindro en su estado original

Partir del cilindro en su estado inicial, y conseguir verlo como se muestra estas imágenes:

• Cilindro 1:

• Cilindro 2:

• Cilindro 3:

Por defecto, los objetos se visualizan como sólidos. Pinchando en este icono:

se cambia el estilo de dibujo. Utilizaremos dos, el sólido (Como es) y el modelo de alambres. Seleccionamos este último

Apareceran sólo las líneas del cilindro: circunferencia de la tapa superior, de la tapa inferior y la recta generatriz

En esta animación se resume todo el proceso:

Las piezas las podemos ver desde distintos puntos de vista. Lo podemos hacer manualmente, como ya hemos visto o bien usando iconos prefijados para las vistas estándares: frontal, superior y lateral:

Pinchamos en el primero, para obtener la vista frontal:

Luego en el de la vista superior:

y finalmente en el de la vista lateral:

En esta animación se pueden ver las tres vistas:

Los objetos que colocamos en el mundo 3D de freecad los podemos seleccionar de dos maneras distintas. Por un lado lo podemos hacer gráficamente, desde la ventana 3D. Al pasar el cursor por encima de un objeto, la superficie sobre la que estamos se pone en color amarillo

Si ahora hacemos click con el botón izquierdo del ratón, la superficie pasa a color verde y el objeto completo queda seleccionado (aunque no se pongan en verde todas sus caras). Podemos ver que está seleccionado porque aparece información en la ventana inferior de la izquierda

Para que el objeto quede sin seleccionar, pinchamos con el botón izquierdo sobre el fondo azul de la pantalla 3D, en algún punto donde no haya objetos

Otra forma de seleccionar el objeto es hacerlo en la ventana de la izquierda, donde aparece el nombre de los objetos que introducimos. Si hacemos click con el botón izquiero sobre el objeto "Cilindro", queda seleccionado:

En esta animación se selecciona el cilindro de diferentes maneras:

Al utilizar esta forma de seleccionar, a veces puede ocurrir que sin querer hagamos doble click. En ese caso el objeto además de seleccionarse se pone en modo edición, apareciendo una esfera con flechas sobre él

Si esto ocurre, no hay más que pinchar con el botón derecho sobre el nombre del objeto (Cilindro) y activar la opción de Finalizar la edición

Todos los objetos en Freecad tiene propiedades, que podemos modificar. Para acceder a ellas hay que seleccionar primero el objeto. En la ventana inferior de la izquierda podemos ver la información. Hay dos pestañas, Vista y Datos. En esta imagen vemos la de la Vista:

Desde ella podemos cambiar la información de visualización: colores del objeto, de las líneas, estilo de visualización, etc. Desde la pestaña de Datos tenemos acceso a las dimensiones del cilindro: Radio, altura y ángulo

Modificamos primero la altura, para probar. Hacemos click en la propiedad que pone Height y con la rueda del ratón podemos incrementar o decrementar la altura. También tenemos la posibilidad de poner el valor numérico

Para modificar el radio pinchamos en la propiedad Radius, y procedemos de la misma manera

Por último modificamos el ángulo de las tapas con la propiedad Angle. Por defecto es un cilindro cerrado, de 360 grados. Si ponemos un ángulo menor, obtenemos un sector

En esta animación se muestra todo el proceso:

Todos los objetos tienen una propiedad llamada emplazamiento (Placement) que determina su posición en el espacio y su orientación. Para desplazar un objeto tenemos que modificarla. Para ello seleccionamos el objeto y pinchamos en propiedad Placement:

Ahora pinchamos en el icono con los tres puntitos que aparece a la derecha de Placement

Se nos abre un diálogo nuevo, donde tenemos acceso a las coordenadas x,y,z del objeto:

Pinchamos en la que queramos cambiar, por ejemplo la y. Usamos la rueda del ratón para incrementarla o decrementarla. Veremos cómo el cylindro se desplaza a lo largo del eje y

Una vez que lo tenemos en la nueva posición, es muy importante apretar el botón de ACEPTAR

El diálogo se cerrará y la nueva posición del cilindro quedará fijada

En esta animación se puede ver cómo se mueve en el eje x, y, z

Para borrar un objeto primero lo seleccionamos:

A continuación le damos al botón derecho, bien en la ventana 3D o en el nombre del objeto en la izquierda:

Seleccionamos la opción de borrar, o bien pulsamos la tecla Supr. El objeto desaparece

Utilizando los iconos amarillos de la parte superior, podemos colocar más objetos: cubos, cilindros, esferas, conos y toros

Vamos a añadir primero un cubo:

Y a continuación un cilindro:

Vemos que se superponen, porque ambos están en el origen, pero en la parte de la izquierda podemos ver que en la lista de objetos hay 2: cubo y cilindro. Si ahora colocamos otro cubo más:

no lo veremos en el 3D, porque está justo superpuesto con el anterior. Sin embargo, en la ventana de la izquierda sí aparece su nombre: cubo001

Para verlo tenemos que desplazarlo, como ya sabemos. Editamos su propiedad Placement y lo situamos en las coordenadas x = 9, y = 13, por ejemplo:

Hacemos lo mismo con el resto de objetos: los colocamos y los deplazamos a diferentes posiciones para poderlos ver todos juntos, sin que se superpongan

Hay muchas técnicas para diseñar en 3D. Una de ellas es conocida como Geometría constructiva, que se basa en utilizar cuepos simples, como cubos, cilindros, esferas, toros... para construir otros más complejos mediante operaciones de unión y diferencia (también denominadas fusiones y vaciados)

En esta actividad modelaremos en 3D un pacman y un fantasma

Partimos de un documento nuevo en Freecad, con el escenario Part seleccionado. Colocamos un cilindro y cambiamos sus propiedades: radio de 20mm y altura de 4mm. Será el cuerpo del pacman

Cambiamos la propiedad angle para que el cilindro se abra. Ponemos por ejemplo un valor de 315 grados. Será la boca del pacman

Para hacer el ojo colocamos otro cilindro

Y lo desplazamos hacia la posición donde queremos que esté el ojo. En este ejemplo se ha puesto en las coordenadas x=-4, y=11, z=-2

Asegurarse que el cilindro atraviesa completamente la cabeza del pacman. Es una buena práctica hacerlo

Ahora realizaremos la operación de resta. A la cabeza del pacman le quitamos el cilindro, generando un *vaciado que será el ojo. Primero seleccionamos la cabeza del paman y luego, manteniendo la tecla control pulsada, el cilindro, de forma que queden los dos elementos seleccionados. ¡Es muy importante el orden!! ¡¡Primero se selecciona la cabeza del pacman y luego el cilindro!!

Pinchamos en el icono de realizar el corte:

y nos aparece nuestro ojo

Cambiamos el color a amarillo para que quede más realista

La siguiente figura que haremos será el fantasma. Para crear su cuerpo utiliaremos la operación de unión entre un cilindro y una caja

Partimos de un documento nuevo, con los ejes de referencia colocados y el escenario part seleccionado

Colocamos una caja y cambiamos sus dimensiones a 40mm, 40mm, 4mm

A continuación colocamos un cilindro, de 20mm de radio y 4mm de altura

Lo desplazamos a la posición x=20mm, y=40mm

Seleccionamos los dos objetos:

y hacemos una unión, pinchando en este icono:

Obtenemos el cuerpo del fantasma:

Ahora hacemos la parte inferior. Colocamos un cubo y cambiamos su dimensión en x (length) a 8mm:

Lo desplazamos a la posición x = 2mm, y = -1mm, z = -1mm

Colocamos otra caja igual que la anterior, con las mismas dimensiones, y lo movemos a x = 15, y = -1, z = -1

Y una tercera también igual, pero en x = 29mm:

Seleccionamos los 3 cubos, en la ventana de la izquierda, con la tecla Control apretada

Y aplicamos otra unión

Seleccionamos ahora el cuerpo del fantasma primero, luego las 3 cajas anteriores:

y aplicamos una diferencia

Colocamos 2 cilindros que usaremos para los ojos. Desplazamos uno a la posición x = 13mm, y = 41mm, z = -2mm

El otro en las mismas coordenadas pero cambiando x por x = 39mm

Hacemos la unión de los dos cilindros

Y por último hacemos la diferencia entre el cuerpo del fantasma y los cilindros, para vaciar los ojos:

Le damos un color al fantasma, por ejemplo rojo:

En esta actividad se les deja que practiquen realizando un proyecto libre

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• Daniel Cañaveral - Tecnolab - La Rueca Asociación
• Juan González (Obijuan) - Tecnolab - La Rueca Asociación

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• Los gif animados se han creado usando la aplicación Silentcast