Il disegno al CAD: dal disegno 2D al modello 3D parametrico e alla tavola
Concetti del CAD 2D, modellazione 3D parametrica con schizzi e vincoli, assiemi, messa in tavola, formati DWG, STEP, STL e collaborazione tra CAD meccanico ed elettronico.
Oggi quasi nessuno disegna più a mano: si progetta al computer con il CAD (Computer Aided Design). Le regole delle lezioni precedenti però restano tutte valide, perché il risultato finale è ancora un disegno a norma che va in officina. Cambia il modo di arrivarci: prima si costruisce un modello, poi il disegno si ricava da quello. In questa lezione vediamo come funziona un flusso di lavoro CAD moderno, dal disegno 2D al modello 3D parametrico fino alla tavola.
CAD 2D
I programmi 2D, come AutoCAD, DraftSight o LibreCAD, sono il tavolo da disegno elettronico: si tracciano linee, archi e cerchi con coordinate esatte. Concetti chiave:
- Coordinate: assolute (
dall’origine), relative (spostamento dall’ultimo punto) o polari (distanza e angolo). Si disegna sempre in scala 1:1 con le misure vere: la scala si sceglie solo al momento di stampare. - Snap ad oggetto: aggancio preciso a estremi, punti medi, centri, intersezioni, tangenti. È il modo in cui il programma esegue le costruzioni geometriche.
- Layer (livelli): ogni tipo di linea sta su un livello con colore, tipo e spessore propri (contorni, assi, nascoste, quote, tratteggi). Si possono nascondere, bloccare o stampare separatamente.
- Blocchi: gruppi di oggetti riutilizzabili, come il cartiglio, una vite normalizzata o il simbolo di rugosità. Modificando la definizione si aggiornano tutte le copie.
- Spazio modello e spazio carta: nello spazio modello si disegna il pezzo in vera grandezza; nello spazio carta (layout) si impagina il foglio con il cartiglio e una o più finestre che mostrano il modello alla scala voluta.
- Quote associative: si agganciano alla geometria e si aggiornano da sole se il pezzo cambia.
La modellazione 3D parametrica
I programmi come SolidWorks, Inventor, Fusion 360, Solid Edge, CATIA o il libero FreeCAD lavorano in un altro modo. Il pezzo si costruisce come un solido, con una sequenza di operazioni (feature) registrate in un albero:
- si disegna uno schizzo 2D su un piano;
- lo si vincola con vincoli geometrici (orizzontale, parallelo, tangente, concentrico, uguale) e quote, finché è completamente definito;
- lo si trasforma in solido con un’operazione: estrusione, rivoluzione attorno a un asse, sweep lungo un percorso, loft tra più profili;
- si aggiungono altre operazioni: fori normalizzati (anche filettati), raccordi, smussi, svuotamenti, ripetizioni circolari o lineari.
La parola chiave è parametrico: ogni quota è un parametro modificabile. Se la piastra deve diventare larga 120 mm invece di 100, si cambia il numero e tutto il modello si ricostruisce, fori, raccordi e disegni compresi. Le quote possono anche essere legate da equazioni, per esempio “il foro sta sempre a metà larghezza”.
Assiemi
I pezzi si mettono insieme in un assieme con vincoli di accoppiamento: coincidenza di facce, concentricità di un perno in un foro, distanza fissa. Il programma controlla le interferenze, cioè i volumi in cui due pezzi si compenetrano, simula i movimenti e calcola massa, baricentro e momenti d’inerzia. La distinta base (l’elenco di tutti i pezzi con quantità e codici) si genera automaticamente.
Dal modello alla tavola
La messa in tavola è quasi automatica: si sceglie il formato e il cartiglio, si trascina il modello sul foglio, e il programma genera le proiezioni ortogonali con il metodo scelto (E o A), le sezioni indicando la traccia del piano, i particolari ingranditi e le viste assonometriche. Le linee nascoste, gli assi e i tratteggi seguono gli stili impostati.
Quello che il programma non fa da solo è la parte di progetto: decidere quali viste servono davvero, quali quote mettere e da quali riferimenti, dove servono tolleranze e rugosità. La quotatura automatica produce di solito un disegno pieno di quote ridondanti o non funzionali, e va rivista a mano con i criteri della lezione sulla quotatura.
I formati di scambio
| Formato | Contenuto | Uso tipico |
|---|---|---|
| DWG, DXF | disegno 2D vettoriale | scambio di disegni, taglio laser e plasma, contorno dei circuiti stampati |
| STEP (.stp) | modello 3D solido esatto | scambio tra programmi CAD diversi, modelli dei componenti elettronici |
| STL | superficie a triangoli | stampa 3D |
| tavola stampabile | invio all’officina e archivio |
CAD meccanico ed elettronico insieme
Un prodotto elettronico è anche un oggetto meccanico. I programmi per circuiti stampati come KiCad o Altium esportano il modello 3D della scheda montata in formato STEP, con i modelli dei componenti forniti dai produttori. Il progettista meccanico lo importa nell’assieme del contenitore e verifica che i connettori combacino con le aperture, che il dissipatore non tocchi i condensatori e che ci sia spazio per i cavi. Il contorno della scheda e la posizione dei fori di fissaggio viaggiano nella direzione opposta, spesso come DXF. Scoprire un’interferenza sullo schermo costa pochi minuti; scoprirla sul primo prototipo può costare settimane.
L’esempio collegato a questa materia, la ristrutturazione di un trullo disegnata con SketchUp e AutoCAD, mostra lo stesso flusso in architettura: rilievo, modello 3D e tavole 2D ricavate dal modello.
