CREAR CUERPOS DE COMPONENTES EN 3D EN UNA BIBLIOTECA DE HUELLAS

En el proceso de diseño de PCB de hoy, necesita poder integrar flujos de trabajo de diseño mecánico en una herramienta de diseño eléctrico. Transferir datos de diseño imprecisos de un lado para otro entre los mundos ECAD y MCAD no solo causa frustración a los equipos de diseño, sino que aumenta también drásticamente el número de vueltas en el diseño necesarias para que el PCB pase a la fase de montaje final. E independientemente de las funcionalidades 3D reales de las herramientas de diseño eléctrico, si no dispone de información de modelado 3D de componentes precisa, no podrá analizar con precisión las distancias mecánicas.

INTRODUCCIÓN A CREAR CUERPOS DE COMPONENTES EN 3D

Los diferentes entornos EDA ofrecen diferentes niveles de soporte para la creación de cuerpos de componentes 3D a través del modelado. Algunos no tienen nada, así que toda la información mecánica requiere ser suministrada por la herramienta MCAD. Otros usan métodos obsoletos como DXF o IDF para intercambiar información. El software de diseño de PCB de Altium Designer es compatible con modelos STEP embebidos para proporcionar información de modelado precisa que no solo se puede pasar al mundo MCAD, sino que también se puede utilizar directamente en las herramientas ECAD huésped.

Obtener y embeber modelos STEP es un proceso bastante sencillo, como se detalla en este documento. No obstante, pueden darse situaciones en que no pueda o simplemente no quiera usar un modelo de archivo STEP. Puede no tener un departamento interno MCAD. Podría no poseer ninguna herramienta MCAD 3D. O puede que su organización no permita datos de diseño asistido por ordenador externos de ningún tipo, impidiéndole así descargar los modelos. Otras restricciones de seguridad pueden bloquearle completamente el acceso a Internet.

Por suerte, Altium Designer le proporciona metodologías para crear detalles mecánicos de sus componentes, directamente dentro de la herramienta. Esto se realiza idealmente en la biblioteca de huellas (.PcbLib), aunque también puede hacerse a nivel de placa (.PcbDoc) para situaciones excepcionales. Este artículo le mostrará cómo crear modelos 3D y le proporcionará consejos para la creación de componentes comunes.

Tipos de modelos 3D internos

Altium Designer proporciona tres tipos de siluetas 3D básicas para crear modelos mecánicos: «Extruded» (extruido), «Cylinder» (cilindro) y «Sphere» (esfera). Cada una de estas se puede utilizar solo o en combinación con otra. El modelo extruido es probablemente el más utilizado habitualmente. Para crear uno, dibuje un polígono y, a continuación, proporcione un valor a la altura de esa silueta. La silueta se extrudirá entonces hacia arriba (o hacia abajo) la altura indicada

Los tipos cilindro y esfera son autoexplicativos. Se introducen los valores de radio, altura y rotación del cilindro, y el sistema dibuja la silueta resultante. La esfera necesita solo el radio. Con estas sencillas siluetas, se pueden crear una gran variedad de componentes montados sobre una superficie y con orificios pasantes, desde diseños sencillos hasta sorprendentemente complejos.

CREACIÓN DE MODELOS

Incluso si trabajamos con modelos 3D, la mejor forma de crearlos es en el modo de diseño 2D en el menú View -> 2D Layout Mode (Vista -> Modo de diseño 2D). Más tarde podremos pasar al 3D, para realizar modificaciones al modelo. Cada tipo de modelo comienza de la misma forma. En primer lugar vaya a Place -> 3D Body (Lugar -> Cuerpo 3D). Seleccione a continuación la opción correspondiente «3D Model Type» (tipo de modelo 3D):

Crear modelo de componentes en 3D

MODELOS EXTRUIDOS

Para crear un modelo extruido, solo se necesita el campo «Overall Height» (altura total).

Otras áreas son opcionales y se pueden editar después.

Crear modelo extruido de componentes en 3D

Al hacer clic en OK, volverá al espacio de trabajo de diseño en el modo de dibujo. Después, utilice los métodos estándares de Altium Designer para crear un área de polígonos totalmente delimitada que funcione como la silueta del modelo. Haga clic en iniciar la silueta, arrastre el ratón y haga clic de nuevo para añadir las esquinas subsiguientes. Haga clic con el botón derecho del ratón o pulse la tecla escape para finalizar la silueta. El cuadro de diálogo «3D Body» (cuerpo 3D) reaparecerá si es necesario añadir una segunda silueta. Presione el botón «Cancel» (cancelar) si solo necesita una silueta.

Algunos consejos para crear el polígono deseado:

Antes de comenzar con la silueta, utilice la tecla de acceso rápido «G» para establecer la cuadrícula.

Con Mayús + E podrá cambiar entre los diferentes modos de ajuste («Snap To...»).

Con Mayús + la barra espaciadora puede cambiar el modo de la esquina (ejemplo: ortogonal, diagonal, arco, etc.).

La barra espaciadora sola cambia la dirección del siguiente segmento para añadir.

Presione la tecla «Delete» (borrar) durante el proceso de dibujo para borrar la última esquina o vértice introducido.

Al completar la silueta, se mostrará un área con trama cruzada en el modo del espacio de trabajo 2D, que indica el cuerpo, como en el área sombreada rosa en el ejemplo de más abajo:

Modo de espacio de trabajo 2D

El modo de intercambio a 3D en el menú View -> 3D Layout Mode, mostrará el modelo 3D:

Vista del modelo de un componente en 3D

Los cuerpos de componentes 3D en Altium Designer se pueden mover en el plano X/Y haciendo clic en el cuerpo y arrastrándolo. Al arrastrarlo, puede rotar con la barra espaciadora o girarse sobre los ejes X e Y con las teclas de acceso rápido «X» e «Y».

Se pueden realizar ediciones posteriores haciendo doble clic en el cuerpo para volver al cuadro de diálogo del cuerpo 3D. Desde ahí, puede cambiar otros aspectos del modelo, como el color o la altura de separación («Standoff Height»), esto es, la altura sobre la superficie de la placa en la que se asentará el modelo. Estas ediciones se pueden realizar también en el modo 2D, aunque en algunas situaciones puede ser útil disponer de información visual inmediata en el modo 3D. Editar el contorno de la silueta, por el otro lado, siempre debería hacerse en modo 2D.

CILINDROS Y ESFERAS

Los tipos de silueta cilindro y esfera son un poco más sencillas de crear: solo tiene que introducir las dimensiones. El sistema dibuja automáticamente las siluetas con estas dimensiones.

Los cilindros puede ser útiles para crear modelos como las resistencias de orificios pasantes y los cuerpos de condensadores electrolíticos. Se pueden utilizar también para reemplazar los pines de orificios pasantes o las derivaciones de cables.

Tipo de silueta de cilindro

Las esferas son considerablemente menos versátiles que los modelos extruidos o cilíndricos, pero pueden ser muy útiles en conjunción con otros tipos de siluetas. Por ejemplo: el modelo LED de más abajo se creó utilizando tres tipos de modelos:

Modelo LED

Aquí están las piezas individuales desde las que se construye el LED:

Piezas individuales de modelo LED

USAR CONTORNOS EXISTENTES PARA CREAR SILUETAS EXTRUIDAS

Parte del trabajo que supone la creación de un plano de tierra del componente puede incluir otros datos del contorno mecánico y de serigrafía que definan la silueta del cuerpo del componente. Tenga en cuenta, por ejemplo, este paquete BGA:

Paquete BGA

El contorno superpuesto amarillo (serigrafía) se creó muy probablemente con la misma silueta y tamaño que el cuerpo real del componente. Así que... ¿por qué no reutilizar esa información en vez de tenerla que redibujar manualmente? Altium Designer incluye una funcionalidad para la creación de cuerpos 3D extruidos que se basan en siluetas 2D existentes.

En la biblioteca de huellas (.PcbLib), vaya a Tools -> Manage 3D Bodies for Current Component… (Herramientas -> Gestionar cuerpo 3D para el componente actual…). Se abre un cuadro de diálogo que muestra una lista de siluetas que se encontraron en la huella:

Lista de siluetas en la biblioteca de huellas

Tenga en cuenta que algunas de las siluetas listadas se describen como «siluetas de polígonos creados de primitivos en...» («Polygon shape created from primitives on…»). Son las líneas 2D reales y los arcos de la huella. También encontramos «siluetas creadas de un rectángulo delimitador en...» («Shapes created from bounding rectangle on…»). En estos casos, el sistema buscaba los objetos existentes en una capa concreta (incluyendo las capas de cobre) y dibujó un rectángulo alrededor de los puntos exteriores.

Una vista previa de una silueta básica se muestra en el área de previsualización a mano derecha (el recuadro rosa superior). En nuestro ejemplo de BGA utilizaremos la opción «silueta de polígono creada de primitivos en la superposición superior» («Polygon shape created from primitives on TopOverlay», que es el contorno real de la serigrafía.

En la columna «Body State» (estado del cuerpo) se indica si una silueta concreta se ha añadido al componente o no. Al hacer clic en el enlace «Not in Component» (no en componente) se cambiará su estado y se añadirá esa silueta al componente.

Columna de estado del cuerpo en el administrador de cuerpos de componentes en 3D

Tenga en cuenta que el estado del cuerpo ha cambiado a «In Component» (en componente) y la previsualización de la huella a la izquierda muestra ahora la silueta sobrepuesta en el plano de tierra. Esto nos proporciona una idea general de si se ha elegido la silueta correcta o no.

La columna «Overall Height» (altura general) establece la altura del cuerpo, igual que cuando creamos el polígono extruido manualmente en el primer ejemplo. Como antes, los otros campos, como el color del cuerpo, son opcionales y se pueden modificar con posterioridad. Al hacer clic en «Close» (cerrar) se añade la silueta al componente, como se muestra en la siguiente figura:

Silueta de polígono

El comando del menú «Tools -> Manage 3D Bodies for Library…» (Herramientas -> Gestionar cuerpos 3D para biblioteca…) proporciona acceso a una lista de todos los componentes en la biblioteca. También se incluye el modo «Batch Update» (actualización de lote) para añadir la silueta de la misma capa de cada componente en la biblioteca. Por ejemplo: quizá las huellas se crearon todas con un «bounding box» (recuadro limitador) 2D en una de las capas mecánicas. El contorno podía añadirse en el proceso de lotes a todos (o algunos) de los componentes en la biblioteca de una vez.

AÑADIR CUERPO 3D A UNA PCB

Si no hay una biblioteca de huellas PCB existente para una placa concreta, o si es necesario editar la altura de la silueta una vez, el editor de PCB incluye también funciones «Manage 3D Bodies» (gestionar cuerpos 3D). En el menú Tools » Manage 3D Bodies for Components on Board… (Herramientas» Gestionar cuerpos 3D para componentes en placa…) se incluye un cuadro de diálogo similar «Manage 3D Bodies for Library» (gestionar cuerpos 3D para biblioteca). Adicionalmente, puede añadir un cuerpo 3D a un componente concreto o navegar a Component Actions -> Manage 3D Bodies (acciones de componentes -> gestionar cuerpos 3D) en el menú. Las funciones son idénticas a las encontradas en el editor de la biblioteca «Manage 3D Bodies for Current Component» (gestionar cuerpos 3D para componente de corriente).

Más información para crear y gestionar cuerpos 3D se puede encontrar aquí:

Crear tutorial de componentes de biblioteca

Objetos OCB - Cuerpo 3D