Modelador FreeCAD (XX)

 

FreeCAD (XX)

Representaciones con POV-Ray y LuxCoreRender

FreeCAD no dispone de herramientas avanzadas de representación de modelos, pero hay muchas aplicaciones open source dedicadas a la producción de imágenes realistas. La más famosa es, probablemente, Blender. Los modelos 3D pueden ser exportados de manera fácil y fiable desde FreeCAD, e importados en Blender, donde se les puede aplicar materiales e iluminación realistas, y así producir imágenes y animaciones.

El banco de trabajo Raytracing

Algunas herramientas de representación están concebidas para ser utilizadas dentro de otras aplicaciones. Actualmente, FreeCAD puede utilizar una de esas herramientas desde el banco de trabajo Raytracing: POV-Ray. POV-Ray es un proyecto muy antiguo, un motor de trazado de rayos clásico. Para ver ejemplos de imágenes generadas con POV-Ray se puede visitar la página http://hof.povray.org/.

Descarga e instalación de POV-Ray

Antes de poder utilizar el banco de trabajo Raytracing es necesario que POV-Ray esté instalada en el ordenador. Para descargar POV-Ray se puede utilizar el enlace http://www.povray.org/download/. Actualmente, cuando se pulsa Download Windows Installer se inicia la descarga del archivo de instalación povwin-3.7-agpl3-setup. La ejecución del programa instalador termina con la descarga del archivo povwin-3.7-editor, que es el componente editor. Actualmente, el componente editor no tiene licencia AGPL3, y por esa razón debe descargarse separadamente, así que después de ejecutar el instalador de POV-Ray habrá que ejecutar el archivo que instala el componente editor.

Preferencias para POV-Ray

Antes de utilizar el banco Raytracing hay que indicar la ruta en la que se encuentra el archivo ejecutable de POV-Ray. El proceso a seguir es el siguiente:

1. Seleccionar el banco de trabajo Raytracing.
2. Editar > Preferencias… > Raytracing.
3. En el apartado Renderizar, Ejecutable de POV-Ray: pulsar [...].
4. Localizar el ejecutable de POV-Ray (por ejemplo, C:/Program Files/POV-Ray/v3.7/bin/pvengine64.exe).
5. En Parámetros de salida de POV-Ray, indicar la anchura (+W:) y la altura (+H:) de las imágenes a producir (por ejemplo, 1920x1080).
6. OK.

Representar con POV-Ray

1. Abrir el archivo del modelo a representar.
2. Abrir el desplegable junto al botón Nuevo proyecto de POV-Ray > seleccionar Radiosity Normal.
3. Si aparece la advertencia “Ninguna perspectiva de cámara”, pulsar No > menú Ver > Vista perspectiva > ajustar la perspectiva > seleccionar Radiosity Normal otra vez.
4. El proyecto PovProject se genera asociado a la perspectiva que tenía el objeto cuando se seleccionó la plantilla Radiosity Normal. Si se cambia la perspectiva y luego se pulsa el botón Reiniciar cámara, el proyecto adoptará la nueva perspectiva.
5. Después de crear el proyecto, hay que añadir vistas. Para añadir vistas, primero hay que seleccionar todos los objetos que componen el modelo y luego pulsar el botón Insertar pieza.
6. Seleccionar PovProject > botón Renderizado > elegir nombre y ubicación para el archivo > Guardar.
7. Si POV-Ray informa sobre restricciones que prohíben escribir el archivo (“IO Restrictions prohibits…”) hay que abrir Options > Script I/O Restrictions > No Restrictions. Después hay que cerrar POV-Ray, volver a FreeCAD y reintentar el renderizado.

Representaciones con LuxCoreRender

LuxCoreRender es una herramienta mucho más moderna que POV-Ray. El banco de trabajo Raytracing no soporta LuxCoreRender, sólo la versión antigua, LuxRender. Para trabajar con LuxCoreRender hay que utilizar un nuevo banco de trabajo: el banco Render, disponible desde el Administrador de complementos. Para ver ejemplos de imágenes generadas con LuxCoreRender se puede visitar la página https://luxcorerender.org/gallery/. Para descargar LuxCoreRender se puede utilizar el enlace https://luxcorerender.org/download/.

El banco de trabajo Render

Para instalar el banco de trabajo Render hay que ir a Herramientas > Administrador de complementos > seleccionar Render > botón Instalar > Cerrar > Reiniciar ahora.

Preferencias para LuxCoreRender

1. Seleccionar el banco de trabajo Render.
2. Editar > Preferencias… > Render.
3. En el apartado LuxCore, indicar la ruta LuxCore command (cli) path (por ejemplo, C:/Users/info/Downloads/luxcorerender-v2.6-win64/luxcorerender-v2.6-win64/pyluxcoretool.exe).
4. Indicar la ruta LuxCore UI path (por ejemplo, C:/Users/info/Downloads/luxcorerender-v2.6-win64/luxcorerender-v2.6-win64/luxcoreui.exe).
5. OK.

Representar con LuxCoreRender

1. Pulsar el desplegable junto al botón Projects y seleccionar LuxCore Project > seleccionar una plantilla (por ejemplo, lux core_sunlight.cfg) > Abrir.
2. Seleccionar todos los componentes de modelo y, además, el objeto LuxCore Project > botón Rendering View.
3. Seleccionar LuxCore Project > botón Render.
4. El proceso de representación no termina nunca, LuxCoreRender continúa redefiniendo la imagen indefinidamente. Es el usuario quien debe detener el proceso cuando estima que la calidad ha alcanzado el nivel de calidad necesario. Para detener el proceso hay que ir a Rendering > Pause, y para generar la imagen, a Film > Save Film. La imagen se guarda como archivo png.

Modelador FreeCAD (XIX)

 

FreeCAD (XIX)

Elementos finitos

El método de elementos finitos es una manera de calcular propagaciones dentro de un objeto tridimensional, basado en la fragmentación del objeto en pequeñas partes para analizar el impacto de cada una de ellas en las partes adyacentes. Es un método que se utiliza en varios campos de la ingeniería y el electromagnetismo. En FreeCAD, el método de elementos finitos se dedica a la simulación de deformaciones en objetos sometidos a acciones. El banco de trabajo que se dedica a los elementos finitos es el banco FEM (Finite Element Method). El método se aplica mediante el proceso siguiente:

1. preparar la geometría
2. definir el material
3. construir la malla
4. dividir en partes pequeñas
5. calcular la simulación.

El banco FEM permite elegir entre varias aplicaciones simuladoras disponibles, pero la única que está totalmente implementada es CalculiX. También es necesario el complemento NetGen, que se dedica a la subdivisión de la malla. Se puede comprobar si la instalación de FreeCAD está preparada para el análisis de elementos finitos abriendo el ejemplo FemCalculixCantilever3D.FCStd, disponible en el banco de trabajo Start.

Preparar la geometría

El banco FEM sólo puede calcular deformaciones en un objeto simple. Para preparar la geometría puede seguirse el procedimiento siguiente:

1. Copiar el modelo en un nuevo archivo exclusivo para el análisis.
2. Eliminar los elementos de página, los planos de sección, las cotas y cualquier otro elemento auxiliar.
3. Ocultar los elementos de carpintería y cualquier otro elemento que no intervenga en la simulación.
4. Seleccionar el banco Part.
5. Realizar las uniones necesarias para que sólo haya un objeto a tratar, mediante el botón Unión.

Crear el análisis

1. Cambiar al banco FEM.
2. Seleccionar el objeto Fusion > botón “Malla FEM a partir de forma de Netgen”.
3. Definir Tamaño Max. en la ventana Parámetro Tet > botón OK.
4. Seleccionar el objeto FEMMeshNetgen > botón Contenedor de análisis.
5. Seleccionar el objeto Analysis > botón Material para sólido > seleccionar el material y pulsar OK.
6. Botón Restricción fija > botón Añadir > seleccionar la cara del objeto que está en contacto con el terreno > OK.
7. Botón Restricción de presión > seleccionar la cara del objeto en la que está aplicada la presión > ajustar el valor > OK.
8. La malla FEM y el material deben estar dentro del objeto Analysis, al igual que el objeto SolverCcxTools y las restricciones.
9. Doble clic en SolverCcxTools > botón Escribir archivo inp. > botón Ejecutar CalculiX > Close.
10. Doble clic en el objeto CCX_Results > seleccionar el tipo de resultado.
11. Si se activa la casilla Mostrar, bajo Desplazamiento, el programa mostrará el modo en que el objeto se deforma bajo la acción de las cargas aplicadas, en una representación afectada por un factor que puede controlarse mediante la barra deslizante.

Modelador FreeCAD (XVIII)

 

FreeCAD (XVIII)

El banco Spreadsheet. Denominación de celdas. Capturar y asignar propiedades.

El banco de trabajo Spreadsheet permite crear hojas de cálculo similares a las de Excel o Calc. Esas hojas de cálculo pueden incluir datos extraídos del modelo y ejecutar cálculos utilizando esos datos. Las hojas de cálculo de FreeCAD pueden exportarse como ficheros CSV.

Denominación de celdas

En las hojas de cálculo de FreeCAD, se puede adjudicar un nombre a cada celda, lo cual permite hacer referencia en otros campos al dato que contienen. Esa función adicional convierte a las hojas de cálculo de FreeCAD en poderosas estructuras capaces de controlar dimensiones del modelo a partir de los datos generados en determinadas celdas. No obstante, hay que tener cuidado de evitar que la misma hoja de cálculo establezca una propiedad en un objeto y al mismo tiempo recabe el valor de una propiedad desde el mismo objeto, porque ello supondría una dependencia circular. O la hoja de cálculo depende del objeto, o el objeto depende de la hoja de cálculo.

Capturar propiedades

Para comprobar la captura de datos sobre propiedades en las hojas de cálculo de FreeCAD se puede seguir el procedimiento siguiente:

1. Cambiar al banco de trabajo Part y crear un par de objetos (cubo, cilindro…).
2. En el apartado Base, epígrafe Placement, modificar las coordenadas de Posición para separarlos.
3. Cambiar al banco de trabajo Spreadsheet.
4. Pulsar el botón Crear hoja de cálculo.
5. Introducir nombres de propiedades de objetos en celdas distintas (lado del cubo, radio del cilindro…).
6. En la celda correspondiente al valor de cada propiedad, introducir un signo = seguido de la identificación del objeto, según aparece en el árbol de selección (=<<Cubo>>., =<<Cilindro>>...) y después del punto, la expresión correspondiente a la propiedad (Length, Radius…). Los valores obtenidos pueden ser utilizados en expresiones matemáticas de otras celdas.
7. Seleccionar uno de los objetos. Cambiar su propiedad en la ventana Datos.
8. Volver a la hoja de cálculo. Comprobar que la propiedad se ha actualizado automáticamente.

Asignar propiedades

Una hoja de cálculo de FreeCAD puede asignar valores a propiedades de objetos, aunque siempre hay que evitar las referencias circulares. Si ya hay una hoja de cálculo que captura valores a partir de objetos, la hoja de cálculo que asigne valores debe ser distinta. Se puede tener varias hojas de cálculo abiertas al mismo tiempo. Para comprobar la asignación de datos sobre propiedades desde las hojas de cálculo de FreeCAD se puede seguir el procedimiento siguiente:

1. Crear una nueva hoja de cálculo.
2. Pulsar el botón derecho sobre el nombre de la nueva hoja en el árbol de selección > Renombrar > adjudicar un nuevo nombre, como Asignar, por ejemplo.
3. Identificar una celda con alguna propiedad de algún objeto (por ejemplo, “Dimensiones del cubo”).
4. En la celda correspondiente, introducir un valor para la propiedad, precedido por “=” e incluyendo la unidad de medida (por ejemplo, =5mm).
5. Para poder utilizar el valor consignado, hay que asignar un alias a la celda en la que está. Para eso hay que seleccionar la celda, pulsar el botón derecho > Propiedades… > solapa Alias > en Alias para esta celda, consignar un alias identificativo (por ejemplo, LadoCubo) > OK.
6. Seleccionar el cubo en el árbol de selección > en el apartado Box, pulsar el campo de Length > pulsar el icono “introduzca una expresión…” > en el Editor de fórmula, introducir la expresión Spreadsheet001.LadoCubo (hay que usar los nombres internos, que el programa sugiere cuando se empieza a teclear un nombre, no las etiquetas del árbol de selección) > Aceptar.
7. Repetir la asignación en los campos Width y Heigth.

Una misma etiqueta puede asignarse a más de un objeto, pero los nombres internos son únicos, y por eso son los que hay que utilizar en el Editor de fórmula. El nombre interno aparece en la parte inferior de la interfaz cada vez que el cursor se sitúa sobre un componente del árbol.