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El diseño asistido por ordenador (CAD)

consiste en el uso de programas de ordenador para crear, modificar, analizar y documentar representaciones gráficas bidimensionales o tridimensionales (2D o 3D) de objetos físicos como una alternativa a los borradores manuales y a los prototipos de producto

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El objetivo principal del sistema CAD es mejorar la eficiencia y calidad del diseño mejorando la eficiencia, precisión y colaboración en el proceso de diseño

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Existen dos tipos de software CAD: 2D y 3D. El CAD 2D trabaja con dibujos técnicos bidimensionales simples, mientras que el CAD 3D permite crear dibujos tridimensionales con mayor precisión y detalle.

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-Mayor rapidez del diseño

-Menos tiempo de desarrollo

-Permite la reutilizacion de componentes

-Soporte para diferentes plataformas

-Diseño intuitivo y facil de usar

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-No es facil de usar

-Costoso

-Requiere de una inversion inicial

-Genera grandes cantidades de basura

-No es escalable

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El software CAD se utiliza en una variedad de sectores, especialmente en ingenierías, arquitectura, y la industria de la automoción. Algunos programas de CAD populares incluyen AutoCAD, AutoCAD LT, Civil 3D, Inventor y Fusion 360.

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Conceptos Básicos y Evolución de los SOFTWARE CAD

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"Computer Aided Manufacturing" (Fabricación Asistida por Computadora).

Es el uso de software y tecnología informática para controlar máquinas y procesos de fabricación, robótica, inteligencia artificial y aprendizaje automático. Estas permiten niveles crecientes de automatización y optimización..

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El Software CAD/CAM más Rentable del Mercado Mexicano

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El objetivo de CAM es automatizar y optimizar la producción mediante el control numérico de máquinas y herramientas. Esto aumenta la velocidad, la consistencia y la precisión en la fabricación.

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Existen diferentes tipos de software CAM que se especializan en distintos procesos de fabricación como maquinado, corte, conformado, moldeo, inspección, ensamblaje, etc. Algunos ejemplos son Mastercam, SolidCAM, EdgeCAM, CATIA, y Siemens NX CAM.

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La programación CAM suele realizarse utilizando lenguajes específicos como G-code y M-code que son interpretados por las máquinas CNC. Recientemente también se utilizan formatos más avanzados como STEP-NC.

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Ventajas:
- Mayor velocidad y volumen de producción.
- Menor intervención humana directa, reduciendo errores.
- Mayor consistencia y calidad de las piezas.
- Programación flexible que permite cambios rápidos.
- Capacidad de trabajar 24/7 sin paradas.
- Predicción y optimización de procesos mediante simulación.
- Integración de diferentes etapas del proceso productivo.

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- Alto costo inicial de software, máquinas y capacitación.
- Se requiere personal altamente calificado para programar y operar.
- Puede desplazar parte de la mano de obra no calificada.
- Los cambios en los procesos productivos requieren reprogramación.
- Posibles cuellos de botella al integrar con procesos manuales.
- Necesidad de mantenimiento preventivo de máquinas.

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El sistema CAD-CAM combina el Diseño Asistido por Computadora (CAD) y la Manufactura Asistida por Computadora (CAM). Este sistema se utiliza para diseñar y fabricar prototipos, productos terminados y series de producción de productos1.El software CAD se utiliza para crear modelos y ensamblajes en 2D o 3D, mientras que el software CAM utiliza estos modelos y ensamblajes para generar trayectorias que las herramientas de mecanizado utilizan para convertir los diseños en piezas físicas.

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- El proceso comienza en CAD, donde se crea un modelo 3D del producto con el diseño deseado.
- Este modelo CAD luego se convierte en instrucciones de fabricación utilizables por las máquinas CAM.
- El software CAM genera código CNC a partir del diseño CAD para controlar máquinas como tornos, fresadoras, cortadores láser, que producen el producto físico.
- El sistema CAD-CAM automatiza el proceso que va desde el diseño hasta la fabricación, eliminando muchos pasos manuales.
- Permite detectar y corregir colisiones, problemas de diseño y manufactura antes de la producción real.
- El uso de CAD-CAM puede reducir en gran medida los tiempos y costos de producción.
- La calidad también mejora al reducir los errores humanos.
- La modificación de diseños es simple, basta con cambiar el modelo CAD y regenerar el código CAM.
- Requiere una fuerte integración e intercambio de datos entre el software CAD y CAM utilizado.
- El sistema CAD-CAM es esencial en industrias como automotriz, aeroespacial, médica, para fabricar desde partes pequeñas hasta grandes ensamblajes.

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1.     Diseñar la pieza en 3D.

2.     Procesar el programa CAM de las formas en las que se va a mecanizar.

3.     Diseñar la estrategia del proceso de mecanizado en las operaciones necesarias.

4.     Elegir herramientas, velocidades y avances que se van a aplicar.

5.     Simular trayectorias.

6.     Post-procesar el programa a un lenguaje que la máquina entienda.

7.     Enviar el programa.

8.     Ejecutar el mecanizado.

9.     Verificar la pieza.

10.  Preparar para entregar al cliente.

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La semana pasada en nuestro miércoles de CTI se abordó el tema de la Tecnología de Control Numérico Computarizado (CNC), que consiste en realizar trabajos mecanizados con el uso de herramientas que ofrecen la posibilidad de trabajar diversos materiales como acero, bronce, maderas y plásticos. Sin embargo como en todo trabajo, hay un proceso para llegar al producto final, y de eso será el tema de hoy en nuestro miércoles de CTI: Diseño asistido por computadora (CAD, por sus siglas en inglés) y Fabricación asistida por computadora (CAM, por sus siglas en inglés); CAD/CAM.

De acuerdo al arquitecto Frederick E. Giesecke, escritor del libro Technical Drawing, desde hace bastantes años ingenieros, dibujantes y diseñadores han utilizado las computadoras para realizar cálculos matemáticos que se necesitan en los trabajos, sin embargo, a mediados del siglo XX se empezó a usar la computadora para la realización de diseños, es por eso que hoy en día la computadora se ha convertido en un factor importante para producir, modificar y transmitir dibujos originales.

CAD: el primer paso

Para conseguir cualquier tipo de producto final, es necesario realizar el primer paso que es el diseño, por lo que en la industria actual se hace a través del CAD, diseño que consiste en el uso de sistemas informáticos para la creación o modificación de representaciones gráficas de un producto físico en dos o tres dimensiones.

Esta tecnología tiene como función principal realizar la geometría del diseño, ya sea pieza, arquitectura, circuito, calculando sus propiedades físicas y el modelado, debido a la importancia que tiene la geometría para las actividades posteriores en el ciclo del producto final, para poder pasar al segundo paso que es la fabricación.

Para desarrollar el diseño se debe de seguir un proceso, por lo tanto un sistema CAD debe ejecutar las siguientes acciones:

Definición interactiva del objeto.

Visualización múltiple.

Cálculo de propiedades, simulación.

Modificación del modelo.

Generación de planos y documentación.

Conexión con CAM.

Segundo paso, CAM

Luego de que se realizaran las actividades mencionadas anteriormente, se da por terminado el diseño para proceder al segundo paso que es la Fabricación asistida por computadora.

El CAM se basa en el uso de aplicaciones informáticas que fabrique un producto de calidad, a través de una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático y los recursos de producción. Las aplicaciones del CAM están compuestas por dos categorías:

Interfaz directa: Se monitorea, supervisa y controla la actividad por medio de la computadora que está enlazada directamente al proceso de producción. Esta se divide en dos grupos:

Supervisión: Mezcla un flujo de datos a la computadora con el fin de observar el proceso y recoger datos.

Control: Además de supervisar, actúa basándose en las observaciones.

Interfaz indirecta: La computadora se usa en la fabricación, pero no está conectada con el proceso de producción.

Múltiples beneficios... y algunas limitaciones

Existen diferentes técnicas para conseguir un producto final, sin embargo el Diseño Asistido por Computadora y la Fabricación Asistida por Computadora, se han convertido en uno de los métodos más empleados, debido a que cuenta con demasiados beneficios como los siguientes:

El proceso de diseño es más rápido.

Mejor visualización del producto final.

Menor cantidad de errores debido a la exactitud del software CAD.

El sistema CAD facilita la documentación del diseño.

El software CAD permite reutilizar los datos de diseño y sus prácticas.

El sistema CAD-CAM automatiza completamente el proceso.

El software CAD-CAM disminuye los tiempos de ciclo, el desgaste de la herramienta es menor y reduce el desgaste de la máquina a largo plazo.

El software CAD-CAM te permite la creación de piezas 2D y 3D.

Gracias estas oportunidades para hacer productos más rentables, se ha convertido en una técnica importante para la realización de diseños, sin embargo, al igual que todos los procesos, también tiene sus complicaciones o limitaciones, como las siguientes:

El programa y los equipos tienen un costo de adquisición elevado.

Los equipos son complejos de manejar, por lo que se necesita tener personal capacitado.

Para poder trabajar el sistema CAD-CAM se necesita una computadora potente, que tenga disco duro con mucho espacio y que permita trabajar con altas velocidades de procesamiento.

El mantenimiento de los equipos es costoso.

Versatilidad en los campos de trabajo

El CAD/CAM ha logrado un excelente nivel de desarrollo que logran tener participación en diversos campos de trabajo para que las empresas puedan tener mayor duración en el mercado que cada vez es más complicado.

Estos son algunos campos de trabajo para el diseño asistido por computadora y la fabricación asistida por computadora:

Arquitectura: La utilización del CAD es importante para la elaboración de planos.

Mecánica: Se utiliza esta tecnología para diseñar y manufacturar todo tipo de piezas y máquinas, desde lo mínimo como un tornillo hasta una estructura grande como un barco.

Ingeniería civil: Es indispensable para esta área para la elaboración de diseños de obra civil, cálculo de estructuras, mediciones y planificación de procesos.

Diseño industrial: Implementan el CAD/CAM para diseñar y crear diversos productos como sillas, mesas, muebles, carros, entre otros.

Geografía y cartografía: Este campo ha tenido avances muy valiosos gracias a sus aportes para la planificación urbana, análisis topográfico, estudios ambientales, mantenimiento y producción de mapas al igual que datos geográficos.

En conclusión, el éxito comercial de un producto en el mercado actual, ante la competencia y la demanda de productos de mayor calidad, se debe al uso de las herramientas mencionadas en este miércoles de CTI, gracias a que han sido de vital importancia al atacar tres factores críticos: reducción de costos, disminuir el tiempo de elaboración y mejorar la calidad de los productos.

Alfredo Careaga (Comunicación y Difusión PIT-UAS)

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CAD/CAM: el procedimiento para la elaboración de un producto

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La semana pasada en nuestro miércoles de CTI se abordó el tema de la Tecnología de Control Numérico Computarizado (CNC), que consiste en realizar trabajos mecanizados con el uso de herramientas que...

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- Industria automotriz: Para el diseño de automóviles, camiones, autobuses. Se diseñan y prueban virtualmente componentes como motores, chasis, carrocerías, sistemas eléctricos e interiores.
- Industria aeroespacial: Para el diseño de aviones, helicópteros, cohetes, satélites. Se diseñan y analizan piezas como fuselajes, alas, turbinas.
- Industria de la construcción: Para diseñar edificios, casas, puentes. Se realizan modelos 3D y planos de arquitectura e ingeniería.
- Productos de consumo: Para diseñar electrónica, electrodomésticos, muebles, juguetes. Se optimizan atributos como estética, ergonomía y funcionalidad.
- Ingeniería Mecánica: Para diseñar máquinas, vehículos, equipos industriales, herramientas. Permite simular y probar el funcionamiento.
- Industria naval: En el diseño de barcos, yates, plataformas marítimas. Se modelan cascos, superestructuras, sistemas de propulsión.
- Industria médica: Para diseñar dispositivos y equipos médicos. Permite analizar factores como anatomía y biomecánica.
- Industria energética: Se utiliza en el diseño de plantas de energía, turbinas, paneles solares, sistemas hidráulicos.
- Industria de procesos: Para modelar plantas químicas, de petróleo y gas, sistemas de tuberías.