Entendiendo el CAD: ventajas clave y aplicaciones en prototipado rápido

CAD es un término que significa Diseño Asistido por Computadora (Computer-Aided Design). Es el proceso de usar software informático para crear modelos tridimensionales de productos propuestos. Este tipo de software es usado por muchas industrias para crear borradores y modelos. Puede usarse para diseñar tanto dibujos bidimensionales como modelos tridimensionales con mediciones precisas.

Si está leyendo este artículo, probablemente busca conocer los beneficios del CAD sobre el dibujo manual y/o su importancia en prototipado rápido y fabricación asistida por computadora. Es importante darse cuenta del papel crucial del CAD en el diseño y cómo simplifica el flujo de trabajo de desarrollo de productos, especialmente en esta era en que el trabajo remoto se vuelve la nueva normalidad.

¿Qué es el Diseño Asistido por Computadora (CAD)?

El origen del software de diseño asistido por computadora se remonta a 1963, cuando Ivan Sutherland desarrolló Sketchpad y el Dr. Patrick J. Hanratty introdujo el Diseño y Mecanizado Automatizado (ADAM) en 1971.

Desde entonces, el software de ingeniería y diseño asistido por computadora ha avanzado mucho y se ha vuelto más avanzado a medida que los sistemas informáticos mejoran al introducir un conjunto automatizado de características y herramientas de diseño que hacen el flujo de trabajo fácil y agradable. Antes del desarrollo del CAD, los diseñadores usaban lápices, reglas, compases, tableros de dibujo, escuadras, etc. para crear dibujos 2D.

CAD es una abreviatura que significa Diseño Asistido por Computadora, que es el uso de software informático para modelado 2D y 3D de productos y estructuras en ingeniería, arquitectura y diseño industrial de productos. Es más que un reemplazo del boceto con papel y lápiz, ya que ha traído un nivel completamente nuevo de posibilidades para ingenieros, diseñadores, técnicos y arquitectos.

¿Qué ventajas tiene el CAD sobre el dibujo manual?

El CAD proporciona una serie de ventajas sobre los dibujos manuales que lo convierten en una herramienta esencial en el mercado del diseño actual. Estas ventajas ayudan al ingeniero o diseñador de productos contemporáneo de varias maneras.

1. Productividad

Los programas CAD evolucionan continuamente añadiendo diversas herramientas y funciones que aumentan la productividad del proceso de diseño. Estas herramientas ayudan a reducir el tiempo de desarrollo del producto, lo que a su vez reduce costes de producción y errores al dejar menos margen para equivocaciones, mejorando también la calidad del producto.

Con el dibujo manual, si se requerían cambios, los bocetos debían desecharse y comenzar desde cero. Los dibujos digitales pueden editarse mucho más fácilmente usando un programa de diseño CAD y se pueden hacer infinitas variaciones modificadas sin tener que redibujar desde el principio. Diferentes partes de un mismo modelo pueden dibujarse por separado por diferentes diseñadores y ensamblarse en CAD.

Además, casi todos los sistemas CAD tienen un conjunto de componentes estándar (por ejemplo, sujetadores como tornillos, tuercas, etc.) de los cuales los diseñadores pueden elegir su tamaño adecuado y ensamblarlo. Vistas 2D, seccionales, detalladas y auxiliares pueden generarse desde modelos 3D en la convención estándar preferida.

2. Precisión

El dibujo manual no compite con el dibujo CAD en la creación de dibujos técnicos precisos. Los programas CAD tienen características y herramientas desarrolladas según convenciones y estándares de diseño y dibujo que ayudan a reducir porcentajes de error. Y características complejas de diseño que serían extremadamente difíciles con dibujo manual se hacen mucho más fáciles en CAD.

3. Legibilidad

Los dibujos manuales pueden volverse confusos a veces, lo que no ocurre en dibujos CAD. Incluso si el modelo es altamente complejo, con muchas piezas y características, los programas CAD tienen herramientas de ocultar y mostrar para eliminar temporalmente partes no importantes y enfocarse en el detalle específico del resto, lo que no es totalmente posible con papel y lápiz.

Además, la disponibilidad de vistas isométricas 3D y de sección en diseños CAD mejora la visibilidad y comprensión al hacer posible girar y seccionar, lo que nuevamente es un trabajo muy laborioso en diseño manual.

4. Presentación

Es fácil influir a su cliente y compañeros presentando su diseño con modelos virtuales sin tener que fabricar un prototipo, ya que puede simular movimientos, mostrar partes internas por seccionado y mostrarlo desde diferentes lados. Incluso puede comunicar la función y estética de su diseño a un profano sin formación en ingeniería fácilmente con un modelo 3D renderizado en el que diferentes piezas tienen diferentes colores.

5. Operaciones posteriores

Además de crear dibujos, el software CAD tiene capacidad de cómputo y análisis de ingeniería con ecuaciones matemáticas. Por ejemplo, el diseñador de productos puede calcular propiedades geométricas (área, volumen, centro de gravedad, etc.) y propiedades de masa (masa, densidad) del modelo usualmente con un solo clic en programas CAD.

Además, muchos programas CAD soportan estudio de movimiento y simulación, modelado paramétrico, análisis de elementos finitos estructural, térmico, fluido, etc., que ayudan a los diseñadores a analizar y mejorar la resistencia, funcionalidad y otras propiedades de su modelo antes de la fabricación.

6. Compartir y colaborar

Otra gran ventaja del dibujo CAD sobre el manual es que un diseñador puede hacer un modelo y enviarlo a otro incluso si están en lados opuestos del mundo. El receptor puede ver el historial del modelo, ver exactamente cómo fue diseñado y editarlo. Esto es demasiado difícil con dibujo manual.

La mayoría de sistemas CAD hacen la colaboración fácil para trabajo remoto adoptando compartición en la nube y herramientas automatizadas de gestión de datos que permiten a ingenieros editar el mismo diseño simultáneamente en tiempo real desde cualquier lugar y dispositivo.

7. Documentación

Después del modelado, dimensiones lineales y angulares y mediciones de piezas, ensamblajes y sub-ensamblajes, y listas de materiales se registran y guardan digitalmente para referencia y uso futuro. En el caso de dibujo manual tradicional, el papel del boceto debe archivarse, lo que es propenso a daños y deterioro.

Aplicaciones industriales del CAD

Hoy en día, los paquetes de software CAD comerciales son una herramienta de diseño imprescindible en fábricas, oficinas de diseño y academia, ya que ahorra tiempo, asegura buena colaboración e integración sin fisuras con otros sistemas de producción asistida por computadora como CAM.

Muchas industrias, incluyendo fábricas, arquitectura, oficinas de diseño de productos, etc., utilizan CAD ya que optimiza el flujo de trabajo de diseño y entrega del producto final. El CAD mejora la colaboración dentro de la empresa e entre industrias y trabajos de ingeniería concurrente.

CAD y CAM (Fabricación Asistida por Computadora)

Además de crear modelos tal como se imaginan, el CAD se usa en tándem con la fabricación digitalizada en un proceso llamado CAD/CAM. Cuando se combina con CAM, el CAD asiste en todas las fases de producción de un producto, incluyendo planificación de proceso y producción, programación, gestión de producción y control de calidad.

En CAD/CAM, los procesos de diseño y producción se fusionan ya que el archivo de salida electrónico del software CAD se usa en procesos de producción de piezas. Esto permite hacer cambios en cualquier parte del flujo de trabajo y reduce el tiempo para pasar de materias primas a productos terminados.

El software CAD hace posible realizar simulaciones estructurales, térmicas, de vibración, estado estacionario y transitorias para investigar y diagnosticar problemas. Esto ayuda a hacer pequeños cambios iterando parámetros de diseño y viendo mejoras.

CAD en prototipado rápido y fabricación

En prototipado rápido, los diseñadores pueden llevar su imaginación e ideas innovadoras a la vida física a la primera sin tener que hacer múltiples iteraciones. Esto da una oportunidad increíble para comunicar sus ideas con colegas, clientes o incluso usuarios finales visualmente y con experiencia práctica, obteniendo retroalimentación y prueba de concepto de diseño.

El prototipado rápido minimiza tiempo y desperdicio, y promueve el proceso de diseño creativo, especialmente para empresas que ofrecen productos personalizados y complejos. Casi todos los métodos de prototipado rápido dependen del Diseño Asistido por Computadora para crear prototipos, por lo que podemos decir que el CAD es el corazón del prototipado rápido. Veamos brevemente cómo el CAD automatiza tanto el mecanizado como las técnicas de prototipado rápido de fabricación aditiva.

1. CAD con mecanizado CNC

El prototipado CNC que comprende fresado multi-eje de precisión, torneado, EDM, EDM por hilo y rectificado es un proceso sustractivo en el que el prototipo se hace eliminando una gran cantidad de material. La amplia gama de materiales de ingeniería difíciles de moldear con otros métodos de prototipado pueden hacerse con mecanizado CNC. La mayoría de máquinas CNC trabajan con G-códigos que dictan dirección de herramienta, velocidad de corte, avance y profundidad. Y los G-códigos pueden obtenerse del formato DXF de archivos CAD.

2. CAD con impresión 3D

El software CAD proporciona a los usuarios las herramientas para crear un modelo 3D desde cero. Este modelo puede luego procesarse, rebanarse y enviarse a una impresora 3D para imprimir. Crear un modelo 3D es el primer paso para hacer una réplica física real de un objeto o concepto.

Con software CAD, puede exportar su modelo a un formato de archivo compatible con software de rebanado. Este software traduce el modelo a instrucciones G-code que una impresora 3D puede interpretar. Una vez que la impresora tiene estas instrucciones, puede crear una réplica física del modelo digital original.

3. CAD con vaciado al vacío (Vacuum Casting)

El vaciado al vacío usa moldes de silicona para hacer componentes de plástico y goma de alta calidad bajo vacío. El patrón maestro usado para hacer el molde se hace con un modelo 3D CAD y se fabrica con una técnica de prototipado.

Conclusión

Hay varias ventajas de usar CAD en prototipado rápido también. El software CAD evoluciona constantemente y se vuelve más amigable, facilitando a quienes tienen poca experiencia crear modelos complejos. Además, los prototipos creados con CAD pueden modificarse y probarse fácilmente, permitiendo un proceso de diseño más eficiente.

¿Ya tiene un archivo CAD y se preocupa de cómo dar vida a sus ideas? WayKen siempre está aquí para ayudarle.

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Preguntas frecuentes

¿Qué software se usa para CAD?

Los software CAD populares son AutoCAD, CATIA, Fusion 360, Inventor, SolidWorks, Onshape y Solid Edge.

¿Cuáles son las ventajas del 3D sobre el dibujo CAD 2D?

El modelo 3D tiene mejor visualización para una persona sin conocimiento de dibujo de ingeniería. Tiene más satisfacción que el 2D cuando el diseñador lo mira. Por supuesto, podemos generar vistas 2D desde modelos 3D.

¿Cuál es la limitación del CAD?

A veces un diseñador puede tener una imaginación fantasiosa que puede modelarse en CAD pero es costosa para realización física. Un usuario de CAD necesita formación para usar cada programa CAD comercial.