Repositorio Institucional de Documentos

(1 1 (2 2 ÍNDICE 1. OBJETIVOS DEL PROYECTO ······························································· 4 1.1 ORIGEN DEL PROYECTO ···················································································· 4 1.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO ················································································ 5 1.3 ESTRUCTURA DE LA MEMORIA ·········································································· 5 2. INTRODUCCIÓN AL PRODUCTO ························································ 7 2.1 DEFINICIONES GENERALES ····································································································· 7 3. PROCESO DE TRABAJO ···································································· 18 3.1 FASE INICIAL······························································································································19 3.1.1 FASES DE DISEÑO········································································································· 19 3.1.1.1 Documentación·····································································································19 3.1.1.2 Fase creativa y desarrollo de producto·································································22 3.1.2 REALIZACIÓN DE LA MAQUETA······················································································26 3.2 TRABAJO CON SCANSTUDIO······································································································30 3.2.1 PREPARACIÓN DEL ESPACIO DE TRABAJO······································································30 3.2.1.1 Instalación·············································································································28 3.2.1.2 Entorno·················································································································30 3.2.1.3 Esquema···············································································································30 3.2.2 PREPARACIÓN DE LA MAQUETA···················································································33 3.2.3 HERRAMIENTAS DE SCANSTUDIO·················································································37 3.2.3.1 Escanear···············································································································38 3.2.3.2 Alinear··················································································································42 3.2.3.3 Recortar················································································································46 3.2.3.4 Tratamiento·······································································································48 (3 3 3.2.3.5 Exportación·········································································································62 3.3 TRABAJO CON RHINOCEROS·····································································································64 3.3.1 INTRODUCCIÓN ················································································································· 64 3.3.2 PREPARACIÓN DEL SOFTWARE. ························································································ 65 3.3.3 ABRIR EL ARCHIVO ············································································································ 68 3.3.4 ANALIZAR Y REPARAR LA MALLA ······················································································ 69 3.3.5 REMODELACIÓN MEDIANTE SUSTITUCIÓN DE SUPERFICIES ············································ 85 3.3.6 DESARROLLO Y MODELADO DE LAS PIEZAS ······································································ 98 5. BIBLIOGRAFIA ··············································································· 104 (4 4 1. OBJETIVOS DEL PROYECTO 1.1 ORIGEN DEL PROYECTO La realización de este proyecto parte por mi propio interés en conocer el funcionamiento de nuevas tecnologías como son los escáneres 3D ya que nunca había trabajado con ellos y creo que puede ser muy útil el conocimiento de ello a lo largo de mi carrera profesional como diseñadora industrial. Pero no solo saber cómo realizar capturas de superficies 3D de objetos sino también el posterior tratamiento de esos modelos virtuales tanto con el software del propio escáner como con otros externos con herramientas específicas según su finalidad. En este caso, se trabajará con el escáner 3D Next Engine y con los programas ScanStudio (escaneado y tratamiento de las superficies) y Rhinoceros V4 (reparación y remodelación de las mallas). Pero además de ser proyecto de investigación y aprendizaje de lo comentado anteriormente, lo he orientado hacia el mundo de la enseñanza, realizando una aplicación didáctica y muy visual con información tanto teórica como práctica de cada una de las fases de este trabajo de escaneo, reparación y remodelación. Va dirigido a todas aquellas personas principiantes en esta tecnología pero con un nivel avanzado en programas de modelado 3D, en concreto, Rhinoceros. Hasta ahora, lo existente en internet y en el propio manual del escáner nos muestra un ejemplo de un objeto muy sencillo para explicar cómo se utiliza el escáner y los diferentes parámetros de los que depende el escaneo según lo que se quiera conseguir. Pero no hay ningún manual ni ningún ejemplo práctico de cómo se puede modificar, mejorar, añadir elementos,... a ese objeto virtual previamente escaneado, para posteriormente poder realizar un desarrollo del producto y rediseñar partir de él, es decir, realizando un trabajo de ingeniería inversa que es principalmente el uso de estos de escáneres. También decir que este proyecto ha conllevado una gran fase de búsqueda de información, de aprendizaje de los diferentes software utilizados, el diseño gráfico tanto de la aplicación, como de todo lo presentado y un amplísimo aprendizaje de vocabulario y expresiones técnicas en inglés debido a que todos los tutoriales, ayudas, software están en este idioma. En definitiva, se trata de aprender tanto yo misma mediante la investigación y el trabajo personal, como otros usuarios a partir de la aplicación didáctica elaborada, del manejo del escáner y posterior trabajo según las diferentes finalidades relacionadas con el diseño industrial del objeto en 3D. (5 5 1.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO El objetivo principal del proyecto fin de carrera es el aprendizaje de forma personal del manejo del escáner 3D y de los software, realizando un caso práctico de todo el proceso a partir de una maqueta fabricada manualmente con el fin de proponer y enseñar una innovadora forma de trabajo en el campo del diseño. Para ello se llevará a cabo:  Realización y seguimiento de una planificación de todo el proyecto.  Rediseño del mango un bastón de senderismo realizando las diferentes fases del proceso de diseño.  Fabricación de la maqueta del nuevo diseño.  Escaneo de la maqueta del producto atendiendo a todos los parámetros de los que dispone el escáner para conseguir un modelo de buena calidad y posterior tratamiento.  Trabajar con el modelo 3D digital en el programa Rhinoceros para reparar las mallas de superficies, añadir elementos que no se han podido escanear,...  Realizar un desarrollo del producto a partir del modelo 3D escaneado para conseguir un aspecto más innovador y ergonómico.  Mientras se van realizando todas las etapas del proyecto, plasmar por escrito todas las acciones que se van haciendo mediante explicaciones, imágenes, gráficos, ... para realizar una aplicación didáctica en la cual se explique de forma muy visual todo el proceso de trabajo.  Aplicación del mayor número de conocimientos posibles adquiridos a lo largo de la carrera mediante la utilización de técnicas aprendidas.  Con todo lo anterior adquirir yo misma un amplio conocimiento sobre esta técnica. 1.3 ESTRUCTURA DE LA MEMORIA La memoria está dividida en tres partes principales: INTRODUCCIÓN: recoge información general lo que se quiere conseguir con este proyecto, las metodologías seguidas a lo largo del proceso de trabajo y los programas utilizados. • Contenido: explicación del contenido del documento (6 6 • Fases del diseño: se realiza una breve explicación de cada una de las fases del proceso de diseño de un nuevo producto. • Ingeniería inversa: explicación de este método de trabajo y las finalidades • Software: breve explicación sobre cada uno de los programas utilizados a lo largo del proceso de trabajo. FASES DE TRABAJO: es la parte más importante y amplia del proyecto y por tanto de la memoria. A su vez se subdivide en tres fases: • Fase creativa: se rediseña el producto elegido: el bastón de senderismo. • Trabajo con ScanStudio: recoge todo el trabajo de escaneado de la maqueta y el posterior tratamiento de las exploraciones obtenidas hasta conseguir el objeto completo en formato digital con las mejores propiedades de mallas posibles. • Trabajo con Rhino: Se realizan dos trabajos diferentes según la finalidad del modelado conseguido con el escáner. • Reparación de la malla para el prototipado rápido • Sustitución de superficies para la realización de un modelo de superficie Rhino y para el desarrollo de producto. ANEXOS: recoge todo tipo de información adicional que resulta útil para la realización del trabajo, como por ejemplo: • Manuales de los programas utilizados. • Ejemplo adicional de un bote de desodorante: Reparación de malla escaneada y sustitución de superficies. • Glosario de términos Rhinoceros V4 Inglés  Español El hecho de dividir de esta forma la memoria tiene por objetivo permitir un seguimiento claro, específico y cronológico de la metodología de trabajo planteada en este proyecto. A la hora de escribir la memoria se ha encontrado dificultad por la gran cantidad de términos en inglés utilizados en los programas y que no se han podido traducir. (7 7 2. INTRODUCCIÓN AL PRODUCTO 2.1 DEFINICIONES GENERALES ESCANER 3D Un escáner 3D es un artefacto que analiza un objeto o el ambiente físico para reunir los datos en su forma y posiblemente el color. Los datos completos se pueden usar para construir modelos digitales tri-dimensionales que se usan en una amplia variedad de aplicaciones (ya enumeradas anteriormente). Estos artefactos son usados extensamente por la industria en la producción de películas y videojuegos. Otras aplicaciones incluyen el diseño y prototipos industriales, análisis por estructural por computadora y la documentación de artefactos culturales Funcionalidad El propósito de un escáner 3D es, generalmente, el de crear una nube de puntos a partir de muestras geométricas en la superficie del objeto. Estos puntos se pueden usar entonces para extrapolar la forma del objeto (un proceso llamado re-edificación o reconstrucción). Si la información de color se reúne en cada uno de los puntos, entonces los colores en la superficie del objeto se pueden determinar también. Los escáneres 3D son distintos a las cámaras. Al igual que estas, tienen un campo de visión en forma de cono, pero pueden reunir información acerca de superficies sin iluminación. Mientras una cámara reúne información de color acerca de las superficies dentro de su campo de visión, los escáneres 3D reúnen información acerca de superficies. El retrato producido por un escáner 3D describe la distancia a una superficie en cada uno de los puntos en el retrato. Para la mayoría de las situaciones, un solo escaneo no producirá un modelo completo del objeto. Generalmente se requieren múltiples escaneos, incluso centenares, desde muchas direcciones diferentes para obtener información de todos los lados del objeto. Estos escaneos tienen que ser introducidos a un sistema común de referencia, un proceso que se llama generalmente alineación, y entonces son unidos para crear un modelo completo. Este proceso entero, yendo del mapeo de la distancia al modelo entero, se conoce generalmente como el escaneo 3D pipeline Tipos Los dos tipos de escáneres 3D son el de contacto y sin contacto. Los escáneres si contacto 3D se pueden dividir además en dos categorías principales, escáneres activos y (8 8 escáneres pasivos. Hay una variedad de tecnologías que caen bajo cada una de estas categorías:  Contacto: Los escáneres 3D examinan el objeto por medio del toque físico. Un CMM (Maquina de medición por coordenadas) es un ejemplo de un escáner del contacto 3D. Se usa en su mayoría en la fabricación y puede ser muy preciso. La desventaja de los CMM, es que requiere el contacto con el objeto para que se pueda escanear. Así, el acto de escanear el objeto quizás lo modifique o lo quizás lo dañe por este contacto que se realiza. Este hecho es muy significativo cuándo se escanean objetos delicados o valiosos artefactos tales como los artefactos históricos. La otra desventaja de CMM es que son relativamente lentos comparado con los otros métodos que se pueden utilizar para escanear. El movimiento físico del brazo donde se monta el escáner puede ser muy lento y el CMM más rápido puede sólo operar en unos pocos cientos de hertz. Por contraste, un sistema óptico semejante al de un sistema de escáner de láser puede operar de 10 a de 500 khz. Otros ejemplos son los escáneres que se usan para digitalizar los modelos (objetos y personas) en la industria de la animación de la computadora  Sin contacto: Estos escáneres realizan las mediciones sin contacto directo. o Activos: Escáneres activos emiten alguna clase de la radiación y disciernen su reflejo para tentar un objeto o el ambiente. Los tipos posibles de la radiación usada incluyen la luz, ultrasonido o radiografía. El escáner del láser del tiempo del vuelo 3D es un escáner activo que usa la luz del láser para examinar el objeto. En el corazón de este tipo de escáner existe un examinador de distancias del láser de tiempo de vuelo. El examinador de la distancia del láser encuentra la distancia de una superficie cronometrando el tiempo del viaje redondo de un pulso de la luz. Un laser se usa para emitir un pulso de la luz y la cantidad de tiempo antes la luz reflejada es vista por un detector es cronometrado. El examinador de la distancia del láser sólo discierne la distancia de un punto en su dirección del panorama. Así, el escáner escanea su campo entero del panorama un punto a la vez cambiando la dirección del examinador de distancia para escanear puntos diferentes. La dirección del panorama del examinador de la distancia del láser puede ser cambiada al girar al examinador de la distancia mismo, o usando un sistema de giratorio de espejos. El método de espejos giratorios se usa comúnmente porque estos son mucho más ligeros y así pueden ser (9 9 girados mucho más rápido y con una precisión más grande. Escáneres típicos de láser de tiempo de vuelo 3D pueden medir la distancia en puntos de 10,000 ~ 100,000 cada segundo. o Pasivos: Escáneres pasivos no emiten ninguna clase de la radiación por sí mismos, pero en lugar se fía de detectar la radiación reflejada del ambiente. La mayoría de los escáneres de este tipo detectan la luz visible porque es una radiación ya disponible del ambiente. Otros tipos de la radiación, tal como el infrarrojo podrían ser utilizado también. Los métodos pasivos pueden ser muy baratos, porque en la mayoría de los casos estos no necesitan hardware particular. Los sistemas Estereoscopios emplean generalmente dos cámaras de video, levemente aparte, mirando la misma escena. Analizando las diferencias leves entre las imágenes vistas por cada cámara, es posible determinar la distancia en cada punto en las imágenes. Este método se basa en la visión humana de estereoscopio. Estos tipos de escáneres 3D usan bosquejos creados de una sucesión de fotografías alrededor de un objeto tridimensional contra un fondo muy bien contrastado. Estas siluetas se estiran y son cruzadas para formar la aproximación visual de casco del objeto. Con esta clase de técnicas alguna clase de concavidades de un objeto (como el interior de un tazón) no son detectadas. (16 16 FASES DEL DISEÑO INDUSTRIAL A la hora de diseñar un nuevo producto es necesario seguir una serie de pautas para ir evolucionando adecuadamente y tener en cuenta todos aspectos importantes con relación al producto, a la empresa, las necesidades del usuario, aspectos técnicos,... A. FASE PREVIA La realización de un nuevo producto surge como consecuencia de una necesidad existente en el mercado. En esta primera fase se redacta el pliego de condiciones donde se especifica: 1. definición del proyecto 2. objetivos del proyecto 3. información y antecedentes 4. mercado y usuarios 5. especificaciones 6. fases del proyecto 7. presupuesto y tabla de tiempos Normalmente el pliego de condiciones lo proporciona la empresa para la cual se va a diseñar. B. FASE DE INFORMACIÓN Para conocer el producto sobre el cual se va a diseñar hay que realizar una búsqueda de documentación /información sobre: - el producto - su mercado - la empresa - los usuarios Y una búsqueda de ideas por medio de análisis: - estructura de producto - funcional y formal - ergonómico - análisis de uso - análisis de valor - del ciclo de vida Con ellos se encuentran puntos débiles y fuertes en la competencia, posibilidades de innovación o intuir posibles soluciones de mejora. (17 17 C. FASE DE DESARROLLO En esta tercera fase se realizan la mayoría de las actividades de diseño de detalle y de desarrollo del producto, así como de los procesos productivos necesarios para la fabricación y posterior lanzamiento al mercado. En muchas ocasiones, de forma paralela o simultánea, comienza la cuarta fase (Pruebas y evaluación), en la que se realizan las pruebas y evaluación correspondiente a los diseños resultantes, para lo cual se procede a la fabricación de prototipos y a la simulación del proceso de fabricación, tratando de detectar posibles deficiencias tanto del nuevo producto como de su proceso de fabricación. Posteriormente se procede a la realización de pruebas de mercado que permiten simular las condiciones reales de mercado, bien sea en un laboratorio (pretest de mercado) o bien en una pequeña zona del mercado al que se va a dirigir el producto (pruebas alfa de mercado), con objeto de seleccionar la estrategia de lanzamiento más adecuada y realizar una previsión de la cifra de ventas. Generación de conceptos Análisis de ideas Documento de trabajo Creatividad aplicada generación de bocetos Análisis de esos bocetos Elección del concepto más apropiado según las necesidades. D. FASE DE APLICACIÓN Si la evaluación realizada en la fase anterior es favorable, el producto pasa a la quinta fase en la que se inicia la fabricación a gran escala; se produce el lanzamiento al mercado del nuevo producto, su distribución inicial y las operaciones de apoyo al mismo. El proceso de desarrollo descrito se realiza de forma iterativa hasta alcanzar el diseño más adecuado a las exigencias de los consumidores. En cada iteración se aprende sobre el problema a resolver y las alternativas existentes hasta que se converge al diseño final y se completan las especificaciones detalladas inicialmente. A este proceso iterativo se le conoce como Ciclo de diseño-fabricación-prueba o design-build-test cycle Gestión de la ejecución Por último es necesario el seguimiento del trabajo terminado. (18 18 3. PROCESO DE TRABAJO Es necesario establecer un esquema de trabajo para obtener un rendimiento óptimo y para entender perfectamente cuál es el procedimiento seguido desde el principio hasta el final. A continuación, se explican los pasos principales a seguir cronológicamente: 1. Realización de la maqueta de trabajo del producto tras la fase creativa y de diseño ya que la primera actividad se va a basar en la captura de superficies de ese objeto. 2. Reconstrucción del modelo de 3D con la mayor calidad posible con ScanStudio 3. Exportación del archivo .OBJ a Rhinoceros. 4. Trabajar con Rhinoceros para reparar las mallas del modelo 3D y remodelar mediantes sustitución de superficies. Gráficamente: (19 19 3.1 FASE INICIAL 3.1.1 FASES DE DISEÑO 3.1.1.1 FASE DE DOCUMENTACIÓN Definiciones: LOS BASTONES DE SENDERISMO son un instrumento en forma que nos ayuden a vencer la resistencia del terreno. El bastón no solamente es un punto de apoyo y sujeción para ascender y desplazarnos más rápidamente, sino que aumentará la quema de calorías maximizando la incidencia del ejercicio. El uso de bastones esconde aún muchas bondades para la mejora del rendimiento y seguridad del deportista de montaña. Veamos algunas de ellas: 1.- Mejora del equilibrio. Mediante la manipulación coordinada de los bastones con cada paso del excursionista se consigue un mejor balance al desplazarse sobre cuatro puntos de apoyo. 2.- Evitar lesiones en rodillas y tobillos. Al transferir parte de la carga que recibe el tren inferior (piernas) a el tren superior (brazos) la presión ejercida sobre las cápsulas articulares en rodillas y tobillos se reduce sensiblemente, esta transferencia se hace más importante cuando se carga una mochila y se magnifica el esfuerzo a las rodillas y tobillos por efecto de gravedad durante un prolongado descenso. El uso de bastones minimiza también la posibilidad de tener un esguince en tobillos o disminuir la gravedad del mismo en caso de que llegue a ocurrir. 3.- Seguridad en la Montaña El uso de bastones pueden ayudar a evitar alguna lesión por fatiga o accidente, en caso de tener ya una lesión también pueden ayudar a salir de la montaña usando los bastones como medio de apoyo 4.- Mejora del rendimiento, En ascensos prolongados y exigentes se distribuye la carga de trabajo de los cuádriceps y gemelos de las piernas hacia los músculos pectorales y de los brazos, por lo que la carga de trabajo y el gasto energético se traduce en una mejor administración por mayor número de grupos musculares, de esta forma prácticamente vamos caminando sobre cuatro extremidades. Un PODÓMETRO (también conocido como pedómetro) es un aparato empleado para medir el número de pasos, y que indirectamente puede servir para medir distancia, velocidad y cadencia del caminar de una persona. La utilización del podómetro contribuye a mejorar la actividad física y por consiguiente el estado físico (20 20 INFORMACIÓN GENERAL Y ASPECTOS A TENER EN CUENTA: Tipos, características, elementos y uso En la actualidad, la mayoría de bastones disponibles en las tiendas especializadas son telescópicos, compuestos por dos o tres tramos o piezas que nos permiten recogerlos completamente en una sola, para ser transportados cómodamente en la mochila, y también graduar la altura del bastón para permitir acoplar correctamente la postura al tipo de terreno por el que transitamos (se puede recoger algo si se asciende y alargar cuando si se desciende). Normalmente, se interactúa con el bastón, para su bloqueo y desbloqueo, haciendo girar los diferentes tramos de los que consta. Se debe estar bien seguro de aplicar la suficiente fuerza en los diferentes tramos a la hora de ajustar y bloquear la longitud deseada, sin pasarse tampoco, para evitar que cuando se realice un fuerte apoyo sobre el bastón éste no se afloje y se recoja produciéndonos de inmediato una caída o pérdida del equilibrio. Habrá que probar su fiabilidad siempre antes de iniciar la marcha. A simple vista, un bastón telescópico parece muy frágil, y en cierta medida es así. Si se realiza de forma correcta los apoyos, por fuertes que éstos sean o por peso que ellos impliquen, será prácticamente imposible que se partan o se doblen. En cambio, si se realiza mal algún apoyo, se da un golpe, se pisa, se cuela en un agujero entre dos piedras y se hace palanca sin querer, las probabilidades de que sufra algún daño serán muy altas. Dos elementos muy importantes de un bastón, que se debe tener muy presentes a la hora de la elección, son la punta final y la empuñadura. De la punta final dependerá en gran medida la vida de un bastón. Esta es la que apoya en el terreno y es la que sufre un mayor trabajo. Para evitar que sufra un prematuro desgaste o que se rompa a las primeras de cambio se debe elegir aquellos bastones que incorporen una punta de un material altamente resistente, como widia o tungsteno/carbono. Se debe también prestar atención a la prestación de una cierta flexibilidad. Algunas puntas no se partirán hasta que no se supere un cierto grado de flexibilidad. Esto es muy útil en montaña puesto que muchas veces se quedará atascado el bastón en una pedrera con el consiguiente efecto palanca que se produce al intentar seguir progresando con él. Como ya se ha indicado, se también prestar especial atención a la empuñadura del bastón. Puesto que es el elemento que estará en contacto con las manos durante varias horas es fundamental que sea cómodo y no provoque sudoración. Se deberá huir de aquellas empuñaduras que presenten diseños muy agresivos. Lo mejor es tender a la simplicidad tanto en la forma de los agarres como en el diseño. Ha que tener en cuenta también el material del que esté hecha, evitando aquellas realizadas de goma y sin ningún tipo de sistema que permita la ventilación de las manos (sistemas formados por agujeros o grietas practicadas en el propio material de la empuñadura). El mejor material para la empuñadura es el corcho puesto que éste evita la producción de (21 21 sudoración en las manos. Algunas empuñaduras vendrán además recubiertas de espuma. Un bastón se usa para todo tipo de terreno (exceptuando terreno de trepada), incluida la nieve (solo hasta una cierta inclinación de la pendiente y si la nieve no está muy dura o es hielo). Incluyen cerca de la punta una roseta, que se enrosca o introduce a presión, cuya función principal es evitar que el bastón se hunda más de lo necesario en terrenos blandos como los formados por arenas, barro y nieve. Es muy recomendable llevar siempre la roseta puesta en el bastón para no llevarse un susto cuando no se espere y se hunda el bastón más de lo normal haciendo perder el equilibrio. Sí se podrá quitarla cuando la ruta transite durante un largo trecho por pedreras y taludes formados por rocas de pequeño y mediano tamaño, puesto que aquí puede molestar al quedarse atascada entre las mismas. En terrenos sin nieve y no muy mojados son más efectivas las rosetas de menor diámetro mientras que en nieve a partir de un cierto espesor habrá que decantarse por un mayor diámetro ganando así mayor superficie de apoyo para evitar el hundimiento. Partes de un bastón: Roscas de fijación: • Ensambladas a los distintos tramos del palo telescópicos • Fijan las diferentes longitudes de los tramos según las necesidades del usuario. • Se aprieta y se aflojan para realizar cambios de longitud mediante rosca. Rosetas: • para evitar que el bastón se sumerja en superficies nevadas o fangosas • según su diametro tienen diferentes usos:  las rosetas de diametro peque se utilizan para caminar en terrenos secos ya que permiten un mayor ángulo de ataque Mango Palo telescópico de 3 tramos Roscas de fijación Punta Roseta Dragonera Regatón (22 22  las rosetas de diámetro grande para suelos húmedos. Regatón: • disipa los esfuerzos de palanca generados cuando las puntas se atascan ligeramente en el terreno. • Ensamblada al tubo de aluminio mediante presión • Son intercambiables. Dragonera: Según las necesidades y gustos del usuario para conseguir un mejor agarre de la empuñadura. Punta: Hay regatones de punta moleteada, punta redonda y cóncava. Estos últimos son de mayor eficacia a la tracción sobre pequeñas rugosidades en la roca, es decir, no se resbalan al apoyarlos en la mayor parte de las superficies 3.1.1.2 FASE CREATIVA Y DE DESARROLLO Tras haber realizado la fase búsqueda de información se comienza el proceso de diseño buscando nuevas ideas creativas para obtener un nuevo producto que cumpla con esas necesidades para las cuales se está diseñando. En este paso plasmamos estas primeras ideas que se nos ocurren en papel mediante bocetos aproximados sobre: - la forma que va a tener - el número de piezas del que se va a componer - apariencia estética - disposición de los diferentes elementos - ensamblaje de las piezas - funcionamiento del producto Esta primera fase de bocetación se realiza en todos los proyectos de diseño o rediseño de un producto ya que ayudan a orientar hacia dónde va ir dirigido más o menos y continuar el trabajo sobre esa línea. (23 23 DEFINICIÓN DE LA IDEA DEL NUEVO PRODUCTO Se trata de un rediseño de un bastón de senderismo que incorpora nuevas funciones gracias a un aparato electrónico que informa al usuario sobre la hora, fecha, cronómetro, cuenta kilómetros, cuenta kilocalorías consumidas, temperatura y altitud. Este nuevo diseño presenta una gran ventaja muy interesante respecto a los bastones convencionales: Permite unificar dos productos en uno, lo cual le permite una mayor comodidad y facilidad de manejo al usuario durante esta actividad de ocio, ya que el podómetro, un dispositivo muy utilizado en el senderismo, ya no lo tendrá que llevar en los bolsillos o colgado del cinturón,… Siempre lo va a tener disponible con solo mover un dedo, en vez de tener que dejar otros utensilios para buscarlo y además permite una visualización de la información con tan solo una mirada hacia abajo a la vez que va caminando. BOCETOS Y DESARROLLO (24 24 (25 25 El primer planteamiento al tener la idea de este producto fue dónde colocar el dispositivo de manera que el usuario pudiera utilizarlo de forma sencilla y cómoda y que a su vez pudiera visualizar la pantalla a la vez que caminaba por lo que el sitio más idóneo era la parte superior del mando ya que es la única zona que el senderista ve completamente con solo girar un poco la cabeza hacia abajo. El segundo problema fue como colocar el dispositivo de manera que todo el mango quedara bien ensamblado y que fuera lo más estanco posible quedando la forma de la siguiente manera: Para la fabricación del mango es necesario dividir esta pieza en dos y la mejor manera es transversalmente 1.¿cómo ensamblar las dos carcasas? - La primera idea fue colocar un tornillo debajo del dispositivo en centro de manera que la mitad de cada rosca estaba cada una de las carcasas y a la vez roscarlo al palo para fijarlo todo. Problemas de esta solución: - El conjunto no quedaba bien ensamblado - el palo tendería a moverse ya el apoyo y el agarre eran insuficientes. 1.1 Solución: - Hacer pasar dos tornillos en la dirección de las fechas usando unos tetones aunque la cabeza de estos fueran visibles al exterior, pero así se conseguía una mejor fijación. 2. El palo seguía siendo un poco inestable, y con el esfuerzo y los movimientos al ser usando éste se iba a desplazar haciendo que el producto fuese inseguro y que la vida útil se redujese. 2.2 Solución: Colocar varios nervios en la dirección de desmoldeo de las carcasas donde se apoyase el tubo de aluminio de manera que no tuviese ninguna dirección libre hacia donde desplazarse. Al tener el producto un dispositivo electrónico es necesaria una fuente de alimentación, en este caso una pila. El mejor lugar compartimento de ésta es en la carcasa superior para facilitar su intercambio cuando se agote sin necesidad de desmontar todo el conjunto. En un principio diseñe una tapa deslizante pero podría abrirse fácilmente con algún roce o movimiento brusco ya que este producto está expuesto a ello. Por esta razón ya tener una pila redonda lo mejor es una tapa roscada. (32 32 3.2.1.2 ENTORNO Lo primero que hay que tener en cuenta que se necesita un amplia zona de trabajo ya que el equipo con el que se va a trabajar consta de varios elementos y necesita un espacio determinado. Una vez realizado los pasos anteriores queda únicamente montar el posicionador y conectarlo al escáner. 3.2.1.3 ESQUEMA DE TRABAJO (33 33 3.2.2 PREPARACIÓN DE LA MAQUETA La maqueta realizada anteriormente ha servido para representar el nuevo diseño del bastón de senderismo. Cuanto más aproximada sea la maqueta al producto real y menos defectos de superficies tenga, menos trabajo informático va a conllevar. Además es necesario tratarlas antes de iniciar el proceso de escaneado ya que la calidad de éste dependerá de muchos factores que seguidamente se explicará. REQUISITOS  Aproximación de la maqueta al producto real  Evitar defectos superficiales.  Hay que realizar un tratamiento antes de iniciar el proceso de escaneado MAYOR CALIDAD DEL OBJETO O MAQUETA MENOR TRABAJO INFORMÁTICO PASOS A REALIZAR 1. Aproximar la forma de la maqueta si hay alguna superficie que no está conseguida completamente. El objeto que realmente interesa escanear es el mango ya que es la forma principal. Los elementos como la zona de agarre, la pantalla, los botones, … se modelaran posteriormente con un software de diseño 3D. Por lo tanto en primer lugar, se quitaran todos estos los elementos adicionales para obtener el macizo de madera. (34 34 • La forma de la parte superior es demasiado brusca: colocar plastilina para dar una forma más continua al mango ya que al realizar la maqueta no se ha conseguido perfectamente. 2. Eliminar defectos de la superficie. Defectos: Restos de pegamento en la superficie: al despegar los botones y las zonas de agarre parte del pegamento queda adherido a la madera. Por tanto es necesario eliminarlo antes de escanear para evitar defectos en el mallado. Para ello con un cúter se eliminan las zonas donde haya mucha cantidad de cianocrilato con cuidado de no levantar la madera para evitar hendiduras. Posteriormente, se lijan las zonas donde se haya pasado el cúter para dejar la superficie lisa y eliminar los posibles restos que hayan quedado. (35 35 3. Aplicar tratamiento para eliminar brillantez o transparencias. Los brillos de las superficies de la maqueta es un factor muy importante a tratar a la hora de escanear ya que los láser reflejan en esas zonas y objeto no se escanea correctamente quedando grandes zonas vacías que dificultan gran cantidad su posterior tratamiento. Al estar pintada con espray negro tienen zonas de brillo, por lo que una manera de conseguir una superficie mas mate disminuyendo los reflejos es: • Lijar toda la superficie para quitar la pintura y disminuir el brillo. • Aplicar polvos de talco sobre ella con un pulverizador para tapar los posibles brillos que queden 4. Estimar en cuantas posiciones y orientaciones vamos a tener que escanear nuestra maqueta. Tras haber hecho una primera valoración, se puede estimar que para escanear el objeto son necesarias dos posiciones y como mínimo 5 orientaciones aunque se realizan algunas mas para evitar que alguna zona curvilínea se quede sin escanear. • Posiciones: Recto y tumbado sobre una caja para que las superficies estén en posición perpendicular al láser de captura. (36 36 Recto Tumbado sobre objetos Orientaciones: 8 en cada posición para obtener información de todos los puntos del objeto correctamente. Nota: cuanto más complejas son las superficies del objeto a escanear, serán necesarias mas posiciones y orientaciones para obtener un modelo 3D completo con todo tipo de detalles que sean relevantes en el objeto. 5. Marcar los puntos de referencia con los rotuladores, para el posterior alineamiento en ScanStudio. Por último es necesario marcar los puntos de referencia para hacer el alineamiento en el software del escáner y obtener el modelo completo uniendo cada una de las exploraciones realizadas en cada orientación. Para ello se ha utilizado los rotuladores poster-paint en blanco y rojo. En cada cara se ha marcado cuatro puntos y en las zonas relevantes con una totalidad de 22 (puede que todos ellos no sean necesarios). El objeto ya está listo para el escaneado. (37 37 3.2.3 HERRAMIENTAS DE SCANSTUDIO ScanStudio es el programa que se va a utilizar para la obtención 3D del objeto con escáner NextEngine. La versión Standard de cual se dispone para la realización de este proyecto, ofrece principalmente cinco funciones básicas, que son:  Escanear  Alinear  Recortar  Tratamiento  Exportación para seguir trabajando con otro software de modelado 3D. A continuación se van a explicar detalladamente cada una de ellas. 3.2.2.1 ESCANEAR Es el proceso mediante el cual el escáner analiza un objeto físico para reunir los datos de su forma y posiblemente color. Estos datos son visualizados en la pantalla del ordenador gracias al propio software del escáner y la calidad y características del modelo 3D va a depender principalmente de los ajustes de una serie de parámetros. Estos son: • Tipo de exploración • Precisión • Velocidad • Acabado • Procesamiento • Autoalineamiento (38 38 1. TIPO DE EXPLORACIÓN Nº de escaneos en los 360º: SCAN: seleccionar el tipo de escaneo que se quiere realizar entre las tres opciones que se ofrecen: • 360º: autoposicionador gira los grados necesarios para realizar el número de exploraciones que se establezcan mientras que da la vuelta completa. • Bracket: se realizan varias exploraciones seguidas según el ángulo que el usuario establezca. • Single: se realiza una sola exploración en una posición concreta. Ésta se utiliza principalmente para detalles. Elegimos escanear en los 360º 8 divisiones, es decir, cada 45º una exploración. Con 5 podría ser suficiente pero de esta manera evitamos dejarnos cualquier detalle. 2. PRECISIÓN Es la distancia y la resolución a utilizar. Hay dos posibilidades: Macro (o,oo5´´):para capturar objetos hasta el mínimo detalle. Hablaríamos de un tamaño ydetalle aproximado al de un teléfono móvil.  Distancia ideal de Macro: 165 mm (6,5”)  Rango de distancia del Macro: 130-230 mm (5-9”) Wide (0,016´´): es un formato destinado a la colocación de objetos más grandes deltamaño de una caja de zapatos.  Distancia ideal de Wide: 460 mm (17”)  Rango de distancia de Macro:380-560 mm (15-22” (39 39 En nuestro caso elegiremos Wide ya que el mango tiene unas dimensiones más o menos grandes en relación a las medidas que se pueden escanear. Si eligiéramos Macro debería escanearse desde muy cerca y aunque el nivel de precesión es mayor serían necesarios muchos escaneados para conseguir el objeto por completo. Si se tratara de un producto muy complejo sí que sería necesario realizarlo de esta manera. 3. VELOCIDAD Es la velocidad expresada en segundos que se emplea para realizan una exploración. El software ofrece tres velocidades diferentes:  Estándar: para objetos que tienen con una complejidad media o para conseguir detalles.  Quick: para realizar escaneos rápidos para pruebas superficies sencillas,…  Fine: para objetos de gran complejidad y para conseguir todo tipo de detalles. Se va a utlizar Standar ya que la forma no es demasiado compleja ni tampoco tiene gran cantidad de detalle. Además este modelo a ser tratado posteriormente y por tanto el modelado obtenido únicamente se va a servir como referencia. (Si el fin del modelado escaneado fuera para un posterior prototipado rápido podría utilizarse Fine ya que las mallas de las superficies presentan mayor calidad) 4. ACABADO  Surface: Dependiendo del tipo de material escaneado elegiremos un valor mas oscuro o mas claro.  Finish: Además también ofrece la posibilidad de dar un acabado brillante o mate. (40 40 En este caso 50% con relación al color ya que la mayor parte es negro pero la parte tratada con plastilina y es naranja y las zonas lijadas para quitar el brillo de la pintura. En el acabado marcaremos Shiny por si hay algún reflejo. 5. PROCESAMIENTO  Triangle Size (tamaño del triángulo): se refiere al tamaño del triángulo de la malla, cuanto más pequeño sea mas precisión tendrá el mallado y por consiguiente el tamaño del fichero también será mayor.  Smoothing (alisado): es el nivel de alisado de la superficie que se quiere conseguir. En nuestro caso elegiremos el menor tamaño de triangulo de mallado para un mejor tratamiento posterior y el nivel 3 de alisado ya que es el que sale por defecto. 6. ALINEAMIENTO AUTOMÁTICO Una vez realizado el escaneado hay que alinear y juntar las partes captadas y para hacer esta tarea más fácilmente marcaremos AutoAlign. La autoalineación usa la información del plato giratorio para colocar las exploraciones relativamente cerca. Se realizaran alineaciones exactas y precisas teniendo en cuenta la posición relativa de la última alineación. Por último, hay que pulsar el botón SCAN para comenzar el escaneo según los parámetros elegidos. Para detenerlo STOP (41 41 3.2.2.2 ALINEAR Con el escaneo se consigue un número determinado de exploraciones planas según se ha establecido en los ajustes del apartado anterior en cada posición. Estas exploraciones realizadas en los 360º hay que unirlas para así conseguir el modelo 3D. Y posteriormente unir todas las familias en el caso que sea necesario. Por lo tanto, esta herramienta permite unificar tanto las exploraciones individuales dentro de una familia, como varias familias ya alineadas para conseguir el objeto completo. Para facilitar esta función se han hecho los puntos con el rotulador en la maqueta. En nuestro caso tendremos dos familias A y B, dos exploraciones con 8 orientaciones cada una (es decir, las 8 divisiones en los 360º que hemos establecido en la pantalla de ajustes de SCAN). Las familias escaneadas salen representadas en la barra de herramientas de la parte inferior. Al hacer doble click sobre cada una de ellas se abre y salen representados cada uno de las 8 exploraciones. (48 48 En esta imagen se puede apreciar dos agujeros en la superficie lateral. Probablemente sean consecuencia de algún brillo que ha impedido que el laser haya tomado la información de esos puntos. Todos estos errores pueden ser corregidos en gran parte gracias a una serie de herramientas del propio software del escaner: La primera de ellas permite unificar las mallas del los escaneaos alineados y eliminar las zonas superpuestas creando así un mallado único y continuo. Y la segunda consta de tres funciones principalmente: • Rellenar (fill) • Pulir (Buff) • Simplificar (simplify A continuación, se detallan y se ponen en práctica cada una de ellas. (49 49 FUSE: Esta herramienta permite unificar las mallas del los escaneaos alineados y eliminar las zonas superpuestas creando así un mallado único y continuo. Además permite elegir una tolerancia de fusión entre 0´´ y 0,20´´ para simplificar la malla reduciendo el número de triángulos en las zonas lisas, mientras que en las zonas donde hay complejidad y gran cantidad de contornos no. Como consecuencia de esta simplificación de la malla también s e reduce el tamaño del archivo. Se dice que es por tanto una herramienta de simplificado inteligente. En los ajustes de esta opción permite modificar una serie de parámetros para conseguir los resultados deseados para rellenar agujeros creado una malla hermética. Estos son: Barra de tolerancia Elegir una tolerancia de fusión entre 0’’ y 20’’: Valores --> simplifición del nº de triángulos y por tanto tamaño del archivo Es recomendable colocar lo barra de tolerancias en valores muy pequeños no superando el 0.003 para conseguir resultados óptimos. En cuanto al cuadro de ajustes: Hole filling slider controla el tamaño de la circunferencia máximo de los agujeros a rellenar. Toma valores entre 0 y 1,050 inch. Control de la mezcla de texturas (texture blending) para explicar las variaciones de brillo. Resolution ratio determina el nuevo promedio de vértice de longitud en la relación corriente. Valores menores que 1 disminuirán el tamaño del triángulo. Los valores mayores que 1 aumentarán el triángulo. La mejor opción es 0,9. (50 50 Como no se sabía los efectos exactamente se iban a producir en el modelo según los ajustes establecidos, se han realizado tres pruebas con diferentes valores para continuar el trabajo con la más favorable: --> PRUEBA 1 Tolerance: 0.0025´´ para conseguir buenos resultados en cuanto a la calidad de la malla y a su vez reducirla un poco ya que trabajar constantemente con gran cantidad de información puede ralentizar consideradamente los procesos. Hole Filling: Elegimos un tamaño elevado como es 1 pulgada ya que hay una gran cantidad de agujeros de tamaño considerable. Texture Blending: 25 Resolution ratio: Como la forma no es demasiado compleja elegimos valor 1,2. Como se puede observar en las imágenes anteriores, el modelo continua teniendo todos defectos, por lo que es necesario modificar los ajustes para conseguir mejores acabados. (51 51 -->PRUEBA 2 Los nuevos valores elegidos son: Tolerancia= 0.0001’’ Hole Filling= 1 inches Texture Blending= 10 Resolution radio=1.2 Un gran agujero en la parte trasera del mango y grandes rugosidades Los laterales del mango no tienen ningún error. Los bordes de la parte superior no tienen la forma deseada ya que no están redondeados sino que se han achaflanado. Gran cantidad de arrugas y orificios debido las diferentes mallas de las que está formado el modelo. (52 52 Los laterales tienen ahora la forma y la textura deseada pero las demás zonas siguen teniendo numerosos errores de importancia. Por ello se va a seguir probando para intentar mantener esa parte que está bien y a su vez corregir las que no lo están. --> PRUEBA 3 Los nuevos valores elegidos son: Tolerancia= 0.0001’’ Hole Filling= 1 inches Texture Blending= 30 Resolution radio=1.2 Los resultados obtenidos son los siguientes: La parte trasera presenta una serie de rugosidades ya no tan marcadas como en las pruebas anteriores. Además al fusionar, tampoco ha aparecido ningún agujero en la superficie. Las partes laterales del mango continúan sin ningún error de importancia. Los borde de la parte superior no tienen la forma redondeada suave que tiene el modelo real. La parte inferior tiene una gran cantidad de arrugas notándose las diferentes mallas de las que está formado el modelo. (53 53 CONCLUSIONES Viendo los resultados de las diferentes pruebas realizadas, los mejores y los más adecuados han sido los de la tercera prueba, por ello se va a continuar haciendo el trabajo a partir de ese modelo ya que es difícil conseguir uno de mejor calidad. A diferencia de las pruebas 1 y 2, la 3 no presenta ningún agujero en su superficie. A parte de poder modificar los ajustes para conseguir diferentes efectos, el apartado Fuse en la barra de herramientas ofrece otras posibilidades de fusión:  Fusión de Volumen (Volume Merge Scans): es una herramienta alternativa a fusionar. Elimina la superposición de las exploraciones múltiples y las combina en una malla única. Para poder realizar esta opción es necesario cerciorarse de que la malla a utilizar está en la sección verde de la barra de escaneados. En el caso práctico que se está realizando, los defectos más importantes son los bordes tan bruscos que hay en la parte inferior y las ondulaciones en la lateral. La principal razón por la que han podido aparecer es por causa de la (54 54 superposición de mallas de cada una de las exploraciones y que al fusionarse no se han unido correctamente. Por lo tanto se va a probar estas herramientas para comprobar si se consigue una malla mas continua y lisa. Una vez que ha se ha seleccionado la función se abre una ventana de ajustes donde hay que seleccionar el radio de resolución: El valor más adecuado es 0,9. Valores menores que 1 generan triángulos más pequeños que los originales mientras que valores mayores que la unidad generan triángulos mayores lo que origina también una pérdida de detalle. En el caso estudiado el resultado originado con esta herramienta es el siguiente: (55 55 Como se puede apreciar en la imagen, aparecen una gran cantidad de agujeros y además en la parte inferior de la imagen de la derecha, arrugas de profundidad considerable que van a ser difíciles de tratar. Por lo tanto, esta alternativa a la fusión normal no es adecuada para este caso ya que empeora el modelo 3D por lo que desharemos y se continuara con el modelo anterior. POLISH: ScanStudio proporciona tres herramientas para refinar y dar un mejor acabado del modelo. Para usar Polish debemos asegurarnos, al igual que Fuse, de que trabajamos sobre una superficie combinada, fusionada o simplemente escaneada. Para entrar en esta opción basta con hacer click en Polish en la barra de herramientas superior: Las tres opciones que ofrece son:  Rellenar (fill): con esta herramienta se cierran los agujeros de la malla creando un modelo hermético.  Pulir (Buff): reduce el ruido localizado de la malla que quizás aparece en la superficie en forma de rugosidades donde el modelo debería ser liso. Usando esta herramienta se consigue una superficie mas lisa en el área seleccionada.  Simplificar (Simplify): esta opción se puede usar en áreas lisas, sin rasgos distintivos para reducir el número de triángulos, que a su vez disminuye el tamaño de archivo. (56 56 En primer lugar es necesario analizar el modelo que se conseguido hasta el momento para utilizar las funciones necesarias según los defectos: Imagen 2 Imagen 3 Imagen 3 Imagen1: zonas con muchas arrugas y hendiduras bastante profundas. Imagen2: los laterales están lisos y con una malla continua y limpia. Imagen3: los bordes son muy bruscos debido a las superposición de mallas de las exploraciones. Imagen 4: el borde de la zona superior tiene pequeñas ondulaciones. Imagen 1 (57 57 En resumen: - agujeros no tiene, sin contar el de la parte inferior al que no se le da demasiada importancia ya que será con Rhino tratara. Por lo tanto la herramienta fill no se va a usar por el momento. - pero el mango virtual sí que se caracteriza por el gran número de irregularidades que hay el mallado: ondulaciones, hendiduras, arrugas,... por lo que la herramienta Buff va a servir de gran ayuda. Seleccionar pues, Buff y aparecerá la siguiente barra de herramientas: Al igual que en Trim (recortar) estas opciones sirven para seleccionar el área donde se quiera aplicar, con que elegimos el tipo y el tamaño de pincel que mas interese y se selecciona. Posteriormente se abrirá la ventana de ajustes donde permite indicar los valores de distintos parámetros como el método que se va a utilizar para pulir la malla, la cantidad de alisado que se quiere conseguir, la desviación de la tolerancia, si se quiere obtener bordes lisos y si se quiere mantener bordes. (64 64 3.3 TRABAJO CON RHINOCEROS 3.3.1 INTRODUCCIÓN Uno de los principales fines para los que se usan los modelos 3D digitales es para el PROTOTIPADO RÁPIDO.  Permite transformar un modelo 3D en un objeto sólido real.  STL es el formato estándar  Las máquinas de estereolitografía requieren que el archivo STL sea una malla hermética, Rhino proporciona herramientas para reparar las mallas y eliminar los agujeros. Rhinoceros V4 tiene un módulo dedicado para este tipo de trabajo con el que seguidamente se trabajara y se explicará detalladamente. Pero también se puede emplear para otras finalidades como es el DESARROLLO DE PRODUCTO: A partir del modelo escaneado se puede usar como referencia para crear nuevas superficies y a partir de ahí realizar modificaciones y conseguir las piezas de las que se compone el producto. De esta manera se realizan fases avanzadas del diseño de un producto como es ensamblaje, procesos de fabricación,… En este proyecto se harán pero no de una manera muy exhaustiva ya que la finalidad es enseñar el procedimiento de trabajo, no de hacer un producto completo listo para su fabricación. (65 65 3.3.2 PREPARACIÓN DEL SOFTWARE. Las opciones de visualización avanzada facilitan la localización de partes que necesitan repararse: • Mostrar mallas en vistas sombreadas Dibuja las aristas de una malla para que pueda ver claramente cada cara. • Color de estructura alámbrica fijo para todos los objetos Las aristas de las caras de malla se dibujarán de un color ligeramente más claro o más oscuro que el color de objeto. Para la reparación de mallas, si dibuja toda la estructura alámbrica en negro, independientemente de color de la malla, puede haber más contraste y facilitarse la visualización de la estructura de la malla. • Añadir color en caras posteriores Las caras de malla tienen una parte frontal y una parte posterior. La dirección "frontal" se denomina la normal de la cara. Por defecto, la parte frontal de una cara será del color de la capa o del color del objeto. La opción Cambiar color de caras opuestas cambia el color de todas las caras opuestas. Estas dos opciones permiten ver si las normales de la malla están orientadas en la misma dirección. (66 66 Para comenzar el trabajo es necesario instalar dos nuevos modos de visualización en Rhino detectar los errores con más facilidad que hay que repararse. Para ello es necesario ir a: Tools --> Options --> Appearance --> Advanced Settings Y darle a New y se abrirá la siguiente ventana en la que hay que ajustar los parámetros según indica la tabla de abajo: (67 67 Modo 1 Modo 2 Algunas definiciones: *Flat shading: inutilizar el modo de visualización automático de alisado de mallas *Backface: los rasgos de las mallas y de las superfices tienen direcciones delanteras y traseras. Backfaces estan orientadas hacia el interior de un volumen cerrado. *Naked edges: son mallas o superficies que no están unidas con otras mallas o con otras superficies. (68 68 3.3.3 ABRIR EL ARCHIVO El formato de archivo que se va a abrir con Rhino va a ser .OBJ. Pasos: 1. Abrir una sesión de modelado nueva usando la plantilla Small objectsmillimeters. 2. Ir a File -> Import y seleccionar el archivo, en este caso Mango.OBJ, exportado desde ScanStudio. El modelo está formado por una sola malla. 3. Usar los comandos de Trasformación para mover y posicionar el modelado a la posición 0.0 para facilitar el manejo. 4. Al abrirse el modelado se visualizara con el modo Wireframe con el cual se ven todos los triángulos con los que está formada la malla. Por lo tanto es necesario cambiar al modo creado en el paso anterior Shaded Mesh Editing. View-> Shaded Mesh Editing (69 69 3.3.4 ANALIZAR Y REPARAR LA MALLA En muchos casos, el objeto exportado .OBJ viene subdivido en un nº determinado de mallas unidas, pero para trabajar en Rhino resulta mucho mas cómodo trabajar con una sola malla. Además puede haber otros muchos problemas que dificulten el trabajo de conseguir un modelado con el que trabajar después para desarrollar el producto, para utilizarlo para STL... CheckMesh: sirve para revisar las superficies de posibles errores. En primer lugar examina el archivo:  Si el modelo no pasa la revisión, se abrirá una lista especificando los problemas que ha detectado con la resultará mas fácil tratar las superfices.  Si el modelo pasa la revisión, significa que está exento de los errores que intenta detectar el programa, pero esto no significa que el modelado está correcto al 100%. Uno estos errores difíciles de detectar son que se doblan por sí mismas, que se auto-entrecruzan,... Nota: Este comando solo actua cuando el archivo abierto es un .OBJ. Y para su utilización deberemos realizar lo siguiente: 1) Tools > Toolbar layout 2) Se abre una lista que enumera todas barras de herramientas disponibles: 3) Seleccionamos la barra llamada Analyse y en la pantalla aparece el siguiente cuadro: (70 70 4)Pulsamos el icono del stick y se abre una nueva ventana llamada Geometry Fix donde el icono señalado es CheckMesh: A continuación se enumeran los errores que Check Mesh analiza y que es necesario eliminarlos si el fin del modelo 3D es para prototipado rápido. • Degenerate faces (caras erróneas) Son superficies erróneas. Usar Cull Degenerate Mesh Faces: suprime las caras de la superficie que tienen área 0. • Zero length edges (bordes de longitud 0) Normalmente aparecen como resultado de las superficies degeneradas. Usar CullDegenerate Mesh Faces. • Non-manifold edges (no varios bordes) Son bordes de superficies o de mallas que están unidos por dos o más bordes al mismo tiempo. Rhino no permite NonManifold edges en las superficies de los modelos. Utilizar ExtractNonManifoldMeshEdges. Este comando separa caras del la malla principal que tienen más de una cara unida a un único borde. • Naked edges (bordes desnudos) Los bordes desnudos son permitidos pero pueden causar problemas con el prototipado rápido. (71 71 Para visualizarlos: Usar Show Edges (Mostrar bordes): Analyse-->Edge Tools-->Show Edges Cuando seleccione un objeto, la línea de comandos comunicará el número de bordes desnudos en el objeto. --> Si NO se informa de bordes desnudos, el modelo es hermético. Utilizar el modo de visualización alámbrica para poder ver los bordes desnudos más claramente. Es posible eliminar con FillMeshHole, FillMeshHoles o MatchMeshEdges. Que se encuentran en:  Mesh--> mesh repair tools • FillMeshHole, FillMeshHoles: Cuando hay agujeros en las mallas, los límites de éste, aparecen como bordes desnudos. Rellena un agujero en la malla seleccionada mediante la designación de un borde de agujero. (72 72 • MatchMeshEdges: Esta función mueve los bordes de las superficies de una malla abierta para unirlos con los bordes de otra superficie adyacente según la tolerancia especificada, cerrando la malla. • Duplicate faces (caras duplicadas) Arreglar con ExtractDuplicateMeshFaces : Esta orden separa caras idénticas en una única malla de la malla primitiva. Mesh > Mesh Edit Tools > Extract > Duplicate • Disjoint pieces (piezas separadas) Indica el número de partes individuales en la malla. Utilizar SplitDisjointMesh: Esta herramienta divide la malla de un objeto en varias partes cuando éstas no están unidas, pero siguen siendo un único objeto: Mesh > Mesh Repair Tools > Split Disjoint Mesh. • Unused vertices (vértices no utilizados) Normalmente no causan ningún problema en el modelo y no hay ningún comando para eliminarlos • Normal mesh (dirección de las normales de la malla) Alinear dirección normal Si las mallas tienen caras que no apuntan hacia la misma dirección o caras y puntos que no son válidos, las siguientes herramientas pueden eliminar elementos no válidos: (73 73 • Remove Degenerate Faces (EliminarCarasErróneas): Elimina caras de malla en el modelo que no tienen vértices de área y malla que no están referenciados por una cara. • Unify Normal Mesh (UnificarNormalesDeMalla): Hace que todas normales de las caras de una malla apunten hacia la misma dirección. • Rebuilt Normal Mesh (ReconstruirNormalesDeMalla): Reconstruye todas las normales de la malla. Utilizar este comando cuando el comando UnificarNormalesDeMalla no consigue tener todas las normales en la misma dirección. • Rebuilt Mesh (ReconstruirMalla): Quita toda la información de una malla y devuelve sólo la geometría de malla. Pero también hay más herramientas dentro del apartado Mesh muy importantes para reparar y eliminar los errores: EXTRAER: • ExtractConnectedMeshFaces: Separa de la malla principal aquellas caras conectadas a la cara seleccionada donde el ángulo entre las caras está dentro del los límites definidos, es decir, extrae un conjunto de caras de una malla según un ángulo de ruptura. o 0 grados para hallar áreas planas. A veces las mallas planas tiene un poco de ruido, por ello es mejor dar grado 1. o 10 y de 25 grados para hallar características. • DuplicateMeshFaces: Extrae caras duplicadas en una malla individual. • ExtractMeshEdges: Extrae bordes de las caras (80 80 En la malla importada a Rhino se puede observar una gran cantidad de naked edges que delimitan las superficies por las que está formada la malla, en total 15 superficies forman el objeto. Esto lo sabemos al utilizar el comando CheckMesh, ya que al seleccionar todo el modelado aparece la descripción de 15 superficies diferentes. También se puede observar al analizar la malla del objeto escaneado detenidamente, que las superficies son irregulares, no tienen una textura lisa. Hay una gran cantidad de rugosidades y ondulaciones importantes que han de eliminarse ya que si el modelado se va utilizar para realizar un prototipo rápido, éste no va a tener una buena calidad. Esto va a ser un trabajo difícil de conseguir y la mejor manera de ello va a ser volverlo a modelar mediante ingeniería inversa. Además la maqueta que ha sido escaneada no tiene la forma exacta que ha de tener el objeto, con lo que al volverlo a modelar utilizando como referencia este modelo, se corregirá la forma. Finalmente se añadirán todos los detalles como los botones, la pantalla, el orificio de la parte inferior en que se introduce el palo de aluminio, la zona de agarre con las texturas adecuadas para conseguir una imagen lo más parecida al objeto real. En primer lugar hay que analizar la malla mediante el comando CheckMesh que analizará si hay o no todos los errores explicados en el apartado anterior en las diferentes superficies. La lista indica que 14 de ellas son mallas buenas mientras que una no lo es. Para averiguar de cuál de ellas se trata, las vamos a analizar individualmente y encontramos que la malla seleccionada en amarillo tiene la descripción que a continuación se muestra: This is a bad mesh. (81 81 • Here is what is wrong with this mesh: • Mesh has 2 non manifold edges. • Mesh has 1 duplicate face. • Skipping face direction check because of positive non manifold edge count. • Importants thing to consider with this mesh: • Mesh has 1355 naked edges. Although this does not necessarily mean that the mesh is bad, • naked edges can cause problems if the ultimate goal is STL output. • General information about this mesh: • Mesh does not have any degenerate faces. • Mesh does not have any zero length edges. • Mesh has 12 disjoint pieces. • Mesh does not have any unused vertices Para poder trabajar más fácilmente con el conjunto de mallas las uniremos en única. De esta manera, desaparecerán la gran cantidad de naked edges que hay debido a los bordes que delimitan cada una de las 15 mallas. Para ello: Edit > Join > seleccionar todas las mallas Al unirse todas las superficies desaparecerán los bordes del contorno. Ahora al utilizar el comando CheckMesh aparecerá una sola descripción: This is a bad mesh. • Here is what is wrong with this mesh: • Mesh has 2 non manifold edges. • Mesh has 1 duplicate face. (82 82 • Skipping face direction check because of positive non manifold edge count. General information about this mesh: • Mesh does not have any degenerate faces. • Mesh does not have any zero length edges. • Mesh does not have any naked edges. • Mesh does not have any disjoint pieces. • Mesh does not have any unused vertices. Comenzamos el trabajo de reparación eliminando los 2 non manifold edges. Para ello, usamos:  Mesh > Mesh Edit Tools >Extract > Duplicate Seguidamente se selecciona de nuevo CheckMesh para comprobar el efecto que se ha producido en la malla. This is a bad mesh. • Here is what is wrong with this mesh: • Mesh has 2 non manifold edges. • Skipping face direction check because of positive non manifold edge count. • Importants thing to consider with this mesh: • Mesh has 2 naked edges. Although this does not necessarily mean that the mesh is bad, • naked edges can cause problems if the ultimate goal is STL output. General information about this mesh: • Mesh does not have any degenerate faces. • Mesh does not have any zero length edges. • Mesh does not have any duplicate faces. • Mesh does not have any disjoint pieces. • Mesh does not have any unused vertices En primer lugar hay que eliminar los NON MANIFOLD EDGES. En primer lugar: a) Observaremos a qué se deben los 2 bordes desnudos, ya que nos pueden ayudar a detectar los non manifold edges. b) Si aún queda alguno, se buscaran y se eliminaran. Nota: la eliminación de los non manifold edges puede llegar a ser una tarea complicada y costosa si el mallado no está suficientemente simplificado ya que tienen un gran número de caras. (83 83 Se abre la herramienta mostrar bordes y pulsamos el botón Zoom para que directamente se enfoquen los bordes desnudos: Y efectivamente, los bordes magentas pertenecen una cara con un non manifold edge. Para eliminarlo se utiliza la herramienta:  Mesh > Edit mesh tools > Delete Mesh Faces Y se selecciona esa cara. Se vuelve a comprobar los resultados con CheckMesh: This is a bad mesh. Here is what is wrong with this mesh: • Mesh has 1 non manifold edge. • Skipping face direction check because of positive non manifold edge count. General information about this mesh: • Mesh does not have any degenerate faces. • Mesh does not have any zero length edges. • Mesh does not have any naked edges. • Mesh does not have any duplicate faces. • Mesh does not have any disjoint pieces. • Mesh does not have any unused vertices (84 84 Ahora solo queda un non manifold edge. Para eliminarlo es necesario: 1. Localizarlo en la malla. 2. Suprimirlo. Nota: Este paso puede costar un buen rato si el modelo es grande, complejo y con un tamaño de triángulo pequeño. Para ello se suele utilizar el modo de vista alámbrico. 1. Puede que se encuentra en esta zona de la malla donde los bordes parecen que se entrecruzan. 2. Por lo tanto se van a eliminar todas estas caras y luego se volverá a comprobar el estado de la malla para ver si se ha eliminado el non manifold edge. Usar: Mesh > Edit Mesh tools > Delete Mesh Faces y borrar todas caras de la zona mostrada. (85 85 Comprobamos los resultados de nuevo con CheskMesh: This is a good mesh. General information about this mesh: • Mesh does not have any degenerate faces. • Mesh does not have any zero length edges. • Mesh does not have any non manifold edges. • Mesh does not have any naked edges. • Mesh does not have any duplicate faces. • Mesh does not have any faces that could make it better if their directions were flipped. • Mesh does not have any disjoint pieces. • Mesh does not have any unused vertices. Si la finalidad es la producción STL, el modelo está preparado para ello ya que se ha conseguido una malla hermética (principal requisito). Aunque hubiera sido necesario arreglar la parte inferior del mango ya que la he dejado con hendiduras para dentro. Pero realizar la limpieza y reparación de la malla no es necesario si se va a utilizar para realizar un trabajo de ingeniería inversa y reconstruir el objeto mediante superficies Rhino, aunque técnicamente facilitará el trabajo de conseguir curvas completas que servirán como referencia. De esta manera se eliminarán también todos defectos de irregularidades de la superficie o se modificaran las formas cuando sea necesario. 3.3.5 REMODELACIÓN MEDIANTE SUSTITUCIÓN DE SUPERFICIES Una vez preparada la malla, vamos a dividir el objeto en mallas lógicas. Este sólido se puede separar en dos partes principales: el cuerpo y la tapa superior. En primer lugar vamos a comenzar por modelar el cuerpo, por tanto eliminamos la parte del modelo que queda por encima del plano: (86 86 En el plano queda proyectada la curva de su intersección del modelo. Ésta nos va a servir como referencia y para construir el nuevo sólido. Pero debido a la forma del mango que se ha escaneado no es simétrica y tiene algunas irregularidades. Para corregir esto, crearemos una curva ajustándola a la del plano y posteriormente se usará el comando simetría. Ahora hacemos un plano vertical en el eje central de la curva creada anteriormente y hacemos la intersección del plano con el sólido. Seguidamente volvemos a realizar una curva ajustada a la creada por la intersección pero corrigiendo las irregularidades: (87 87 Para realizar la superficie del cuerpo, la mejor opción es utilizar el comando Sweep 2 Rails --> surface> sweep 2 rails (barrido por dos carriles). Y para ello es necesario tener 2 curvas para los raíles y las curvas transversales que sean necesarias para conseguir la forma deseada. En este caso se van a hacer una serie de planos horizontales en puntos de la curva vértical cruciales para la forma. Con cada uno de los planos seguiremos lo siguientes pasos:  Realizar la intersección del modelo con el plano para obtener la curva que nos servirá de referencia. Edit > Split  Dibujar curva ajustándola a la curva de intersección siendo simétrica respeto del plano vertical. (88 88 Por ejemplo: Curva de intersección Curva simétrica creada Visto en perspectiva: Continuamos con el siguiente plano horizontal: Curva de intersección Nueva curva creada* (89 89 * Se observa que la forma de la curva intersección es un poco rectangular debido a que al realizar la maqueta no se ha podido conseguir la forma cilíndrica que debería tener y además esta desplazada. Por ello ahora podemos corregir estos errores, cogiendo el centro situado en el plano vertical y modificando esa curva rectangular a una circular. Siguiendo estos pasos en cada uno de los planos horizontales conseguimos esta red curvas: Para construir una superficie que tenga siga la forma que marcan las curvas, se va a utilizar el comando Sweep 2 rails (barrido por dos carriles). Para usar esta opción en necesario tener los siguientes elementos: - dos curvas que guíen el camino de las curvas transversales. - curvas transversales que corten a las dos curvas raíles. El resultado obtenido es el siguiente: Curvas raíles Curvas transversales Puntos de corte entre las curvas raíles y las transversales. (96 96 3) se recorta un rectángulo en el centro para hacer la hendidura para luego abrir el compartimento y poder cambiar la pila. Una vez realizado el compartimento de la pila, seguimos por las zonas de agarre en el lateral del mango. Para ello se va a seguir el mismo procedimiento que para los botones: 1) Introducción y ajuste del bitmap. 2) Dibujo de las curvas ajustándolas según la imagen.. 3) Extrusión de las curvas. 4) Copia del mango 1 mm hacia el lado donde están las extrusiones. 5) Recorte de las extrusiones por delante de la copia del mango. 6) Mezcla de las superficies para redondear los bordes. (97 97 Finalmente el modelado total queda de la siguiente manera: (98 98 3.3.6 DESARROLLO Y MODELADO DE LAS PIEZAS Hasta ahora se ha conseguido el modelado del conjunto del mango a partir del modelo digital generado por el escáner 3D. El siguiente paso para continuar el desarrollo del producto es realizar cada una de las piezas de las que se compone a partir de ese conjunto y realizar las modificaciones necesarias para su posterior fabricación y uso adecuado, como por ejemplo: • Dar los espesores adecuados a cada una de las carcasas • Colocar nervios y elementos que aumenten la resistencia de las carcasas teniendo en cuenta los esfuerzos a los que va estar sometidas. • Diseñar los diferentes tipos de unión para el ensamblaje de todas las piezas. Hay que tener en cuenta que la zona de arriba ha de ser estanca. • Asignar los materiales apropiados. • Determinar el proceso de fabricación para cada uno de los elementos, ya que va a afectar considerablemente en el diseño de todos ellos. Primero hay que establecer el número de piezas del que va a constar: (99 99 ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO CARCASAS LATERALES: • Tienen que ser ligeras • Sistema de unión entre ambas carcasas laterales • Sistema de unión entre carcasas laterales y carcasa superior • Sistema de unión entre carcasas laterales y palo telescópico • Alojamiento estanco para el dispositivo electrónico • Superficie lisa y adaptable a la mano. • Ranura para colocar la dragonera. CARCASAS SUPERIOR: • Tiene que ser ligeras • Sistema de unión entre carcasa superior y carcasas laterales estanco. • Sistema de unión entre carcasa superior y tapa pila. • Superficie lisa y con alojamiento para la pantalla LCD. TAPA PILA: • Sistema de unión entre la tapa y la carcasa superior estanco. • Sistema de abertura sin necesidad de herramientas para poder cambiar la pila en cualquier momento, incluso cuando esté en uso. ZONAS DE AGARRE: • Evitar que la mano se resbale. • Sistema de abertura sin necesidad de herramientas para poder cambiar la pila en cualquier momento, incluso cuando esté en uso. • Uniforme con relación a la carcasa superior (100 100 4.1.1 Carcasas laterales Posible dirección de desmoldeo (101 101 Ambas piezas pueden fabricarse mediante inyección con una única dirección de desmoldeo ya que no tiene ninguna contrasalida. Además se ha diseñado con un pequeño ángulo de desmoldeo como se puede observar en las imágenes inferiores. 4.1.2 Carcasa superior 4.1.3 Tapa del compartimento de la pila (102 102 4.1.4 Zona de agarre 4.1.5 Ensamblaje SECUENCIA 1- introducir los tetones por los orificios del palo encajando a su vez los de ambas carcasas 2- introducir los tornillos por los orificios de la carcasa delantera y roscar con un destornillador de estrella. 3- colocar el dispositivo electrónico en hueco superior que queda entre las carcasas laterales y los botones. (103 103 4- una vez fijada las carcasas y el palo telescópico encajar la carcasa superior mediante presión hasta la pestaña encaje en la ranura 5- roscar la tapa de la pila en la carcasa superior 6- introducir las zonas de agarre en los orificios de la carcasa delantera. (104 104 4. BIBLIOGRAFIA http://www.xing.com/net/ingenieriainversa/que-es-la-ingenieria-inversa-aplicaciones-y- tecnologias-326226/que-es-la-ingenieria-inversa-19511031/19770747/ http://www.rhino.es http://www.nextengine.com/indexSecure.htm http://www.youtube.com http://www.wikipedia.com http://www.wordreference.com http://www.innocamaras.org/metaspace/portal/13626/13886-dise%C3%B1o-industrial- y-desarrollo?pms=1,41371,13881004,view,normal,0 (105 105