1.- Definición
El Modelado 3D es una representación tridimensional de un objeto, personaje o entorno. Dicha representación puede llevarse a cabo de forma manual, mecánica o mediante aplicaciones informáticas. En este último caso, el modelado se denomina Diseño 3D. A partir de ahora desarrollaremos este último concepto.
El diseño 3D puede tener una finalidad en sí mismo o ser un medio necesario para actividades posteriores como impresión 3D, animación 3D, videojuegos, películas, marketing, arquitectura, prototipado industrial, joyería, educación…
2.- Tipos
El diseño 3D presenta dos variantes principales: modelado geométrico y modelado orgánico. Sus diferencias se muestran en la siguiente tabla:
3.- Aplicaciones informáticas
Para conseguir diseñar modelos digitales en 3D se emplean aplicaciones informáticas. Existe una gran diversidad de programas, entre los que escogeremos según nuestro nivel de partida, complejidad del diseño, actividad posterior (animación, impresión 3D…) y precio. Pueden encontrarse aplicaciones informáticas gratuitas empleadas para diseño 3D, aunque también las hay disponibles bajo licencia (profesional, educativa).
Estos programas pueden ser paramétricos (por bloques, por código) o emplear herramientas específicas (modelado de superficies, modelado de sólidos). Además, es posible incorporar textura a los diseños y exportarlos en diferentes formatos (obj, stl, fbx, ply, skp…). La exportación de diseños 3D es necesaria para efectuar procesos posteriores o para realizar transformaciones no disponibles en la aplicación de origen.
El modelado tridimensional puede llevarse a cabo por diseñadores 3D o por medio de aplicaciones informáticas automáticas. Debajo se incluyen los enlaces a tres de estas últimas, para generar modelos 3D de manera automatizada. Con 3D Face Reconstruction, se consigue un rostro modelado, sin textura, al facilitar una fotografía. Para obtener la cabeza completa o el busto, se debe continuar con aplicaciones que dispongan de herramientas específicas de modelado orgánico. Además, se necesita incorporar la textura posteriormente, dado que en el rostro modelado de salida no se incluye.
Con eCapture 3D, se logra un modelo texturizado tridimensional de personas, objetos y entornos, empleando algoritmos de inteligencia artificial. Para ello es necesario facilitar varias fotografías (o un vídeo) alrededor de dicho modelo. Presenta multitud de aplicaciones para ingeniería, arqueología, arte, construcción, topografía, reconstrucción de accidentes, medicina, educación… El programa informático eCapture 3D es de patente española y se trabaja en línea.
PlaceMaker es una extensión para SketchUp que permite crear vistas aéreas con alta resolución, generando edificios en 3D, árboles, geometrías líquidas, carreteras y caminos con modelado paramétrico. Útil para recrear entornos en arquitectura, urbanismo, animación, educación… Incluye la librería Building Bundlha que contiene elementos prefabricados con textura para perfeccionar el resultado final. PlaceMaker importa desde OpenStreetMap y transforma los datos en modelos 3D preparados para renderizar o exportar a otras aplicaciones. Disponible con licencia anual o por uso.
4.- Diseños realizados
Muestro diseños 3D, empleando diferentes técnicas de modelado. Las aplicaciones informáticas utilizadas han sido SketchUp Pro, Meshmixer, Tinkercad, Inkscape (vectorización de imágenes) y Sculptris.
4.1.- Portalápices
4.2.- Llaveros
4.3.- Modelado orgánico con Sculptris
5.- Impresión 3D
La impresión 3D es el proceso que permite crear modelos reales a partir de los archivos digitales generados en el diseño 3D. Estos archivos (formatos obj, stl…) se transforman, mediante aplicaciones informáticas de laminado, en archivos laminados (formato gcode…). Las aplicaciones de laminado, o software de laminado, incrustan instrucciones de control numérico computerizado mediante el lenguaje de programación G (G-code), para conseguir el funcionamiento automático de la impresora.
El proceso de fabricación de piezas en las impresoras 3D puede ser aditivo (superposición de capas o láminas) o sustractivo (retirando el material sobrante de un bloque). Hay diferentes tecnologías utilizadas en la práctica (ver más):
• Tecnología de impresión por chorro de color (CJP).
• Binder Jetting para impresión de metales.
• Tecnología de modelado por deposición fundida (FDM).
• Tecnología por estereolitografía (SLA).
La tecnología más extendida es la FDM, por ser la de mayor relación calidad/precio, menor coste de mantenimiento y fácil configuración. Es también la más utilizada en centros educativos, porque estas impresoras 3D, junto con las bobinas de filamento consumible (PLA, TPE, NYLON, PP, ABS…), son muy asequibles.
La tecnología de impresión 4D incorpora el factor tiempo a la impresión 3D. La diferencia está en los materiales de impresión. Entre ellos cabe destacar los polímeros con memoria de forma (PMF), elastómeros de cristal líquido (LCD) e hidrogeles. Una vez impresos, los materiales 4D pueden desintegrarse, repararse o modificar su forma según diferentes estímulos externos (caloríficos, lumínicos, eléctricos o magnéticos).
5.1.- Piezas impresas en 3D
Después del diseño 3D, escaneo 3D o localización de la pieza deseada en un repositorio de la Web, se necesita el laminado de ese archivo para que la impresora 3D lo procese. A continuación muestro diferentes piezas impresas, entre mis diseños, empleando PLA multicolor para conseguir degradados:
Domingo Sánchez
Ingeniero Industrial
Máster en Sistemas Inteligentes
Experto Universitario en Robótica, Programación e Impresión 3D