CREAZIONE DI CORPI DI COMPONENTI 3D IN UNA LIBRERIA MODELLI

David Cousineau
|  Created: February 22, 2017  |  Updated: November 10, 2020

Nel processo di progettazione di PCB attuale, occorre integrare flussi di lavoro di progettazione meccanica in uno strumento di progettazione elettrica. Il trasferimento continuo di dati di progettazione imprecisi tra i mondi ECAD e MCAD non è solo causa di frustrazione per entrambi i team di progettazione, ma può anche aumentare drasticamente il numero di versioni della progettazione richieste per adattare il PCB al suo assemblaggio finale. E indipendentemente dalle capacità 3D effettive dello strumento di progettazione elettrica, se non avete a disposizione informazioni accurate sul modello 3D del componente, non riuscirete ad analizzare con precisione le distanze meccaniche.

INTRODUZIONE ALLA CREAZIONE DI CORPI DI COMPONENTI 3D

Ambienti EDA diversi offrono livelli di supporto diversi per la creazione di corpi di componenti 3D mediante la modellazione. Alcuni non offrono alcun tipo di supporto, pertanto tutte le informazioni meccaniche devono essere fornite dallo strumento MCAD. Altri usano metodo obsoleti come DXF o IDF per scambiare le informazioni. Il software per la progettazione di PCB Altium Designer supporta l'integrazione di modelli STEP al fine di fornire informazioni di modellazione accurate che possano non solo essere trasmesse al mondo MCAD, ma anche usate direttamente negli strumenti ECAD hosted.

Ottenere e integrare modelli STEP è un processo piuttosto semplice, come viene descritto in maniera dettagliata in questo documento. Tuttavia, possono verificarsi situazioni in cui non è possibile o semplicemente non si desidera usare un modello di file STEP. Potreste non avere un dipartimento MCAD interno oppure non disporre di strumenti MCAD 3D. O magari la vostra organizzazione potrebbe non consentire l'uso di dati Computer Aided Design di fonti esterne di alcun tipo, impedendovi così di scaricare i modelli. Altre limitazioni della sicurezza potrebbero impedirvi addirittura di accedere a Internet.

Per fortuna, Altium Designer offre metodologie che consentono di creare dettagli meccanici dei vostri componenti 3D, direttamente all'interno dello strumento. Ciò può essere fatto nella stessa libreria modelli (.PcbLib), ma anche direttamente a livello di scheda (.PcbDoc) per casi particolari. Questo documento vi mostrerà come creare modelli 3D fornendovi suggerimenti per la realizzazione di componenti comuni.

TIPI DI MODELLI DI COMPONENTI 3D INTERNI

Altium Designer offre tre tipi di forme per componenti 3D di base per la creazione di modelli meccanici: estrusa, cilindro e sfera. Ognuno di questi può essere usato da solo o in combinazione con uno degli altri. Il modello estruso è probabilmente quello usato più comunemente. Per crearne uno, tracciare un poligono, quindi dare alla forma un valore dell'altezza. La forma sarà quindi estrusa verso l'alto (o il basso) a seconda dell'altezza selezionata.

I tipi a cilindro e sfera non hanno bisogno di spiegazioni. Basta inserire i valori del raggio, dell'altezza e della rotazione del cilindro, affinché il sistema tracci la forma di conseguenza. La sfera ha solo bisogno del raggio. Usando queste semplici forme è possibile creare un gran numero di componenti a montaggio superficiale e through-hole, che spaziano dal più semplice al più complesso.

CREARE MODELLI DI COMPONENTI 3D

Anche se stiamo lavorando con modelli 3D, il modo migliore per crearli è nella Modalità layout 2D (View (Visualizza) -> 2D Layout Mode (Modalità layout 2D)). Possiamo passare al 3D successivamente per apportare modifiche al modello. Ogni tipo di modello inizia nello stesso modo. Per prima cosa andare a Place (Posiziona) -> 3D Body (Corpo 3D). Quindi selezionare l'opzione “3D Model Type” applicabile:

Creazione dei componenti 3D per la libreria modelli

Creazione dei componenti 3D per la libreria modelli

MODELLI ESTRUSI DI COMPONENTI 3D

Per creare un modello estruso, l'unico campo richiesto è "Overall Height" (Altezza totale).

Le altre aree sono facoltative e/o possono essere modificate successivamente.

Creazione di un modello estruso per componenti 3D

Creazione di un modello estruso per componenti 3D

Facendo clic su OK tornate allo spazio di lavoro della progettazione, in modalità di disegno. Successivamente, usate i metodi Altium Designer standard per creare una regione poligonale completamente racchiusa che funga da forma del modello. Fate clic per iniziare la forma, quindi trascinate il mouse e fate di nuovo clic per aggiungere gli angoli successivi. Fate clic con il tasto destro del mouse o premete il pulsante "Escape" (Esci) per completare la forma. Se fosse necessario aggiungere una seconda forma, la finestra di dialogo 3D Body (Corpo 3D) verrà visualizzata nuovamente. Fate clic sul pulsante Cancel (Annulla) se è necessaria una sola forma.

Alcuni suggerimenti per la creazione del poligono desiderato:

Prima di iniziare la forma, usate la scorciatoia da tastiera "G" per impostare la griglia di allineamento

Usate "MAIUSC.+E" per passare da una modalità "Snap to..." (Allinea a) all'altra

“MAIUSC.+BARRA SPAZIATRICE” modifica la modalità dell'angolo (es. ortogonale, diagonale, arco, ecc.)

La barra spaziatrice da sola modifica la direzione del segmento da aggiungere successivamente

Premendo il tasto "Delete" (Cancella) durante il processo di tracciamento verrà rimosso l'ultimo angolo/vertice inserito

Dopo aver completato la forma, sarà visualizzata un'area tratteggiata nella modalità di spazio di lavoro 2D, che indica il corpo, simile all'aria tratteggiata in rosa nell'esempio qui sotto:

Modalità di spazio di lavoro 2D della creazione componenti per la libreria modelli

Modalità di spazio di lavoro 2D della creazione componenti per la libreria modelli

Passando alla modalità 3D (View -> 3D Layout Mode) verrà visualizzato il modello 3D:

Visualizzazione del modello dei vostri componenti 3D

Visualizzazione del modello dei vostri componenti 3D

I corpi dei componenti 3D in Altium Designer possono essere spostati all'interno del piano X/Y facendo clic sul corpo e trascinandolo. Mentre viene trascinato può essere ruotato usando la Barra spaziatrice o ribaltato lungo gli assi X o Y usando i tasti di scelta rapida "X" o "Y".

È possibile apportare ulteriori modifiche facendo doppio clic sul corpo, per tornare alla finestra di dialogo 3D Body. Da lì, potete modificare altri aspetti del modello, come il colore o l'altezza di separazione (ovvero l'altezza sopra la superficie della scheda, in cui il modello verrà posizionato). Queste modifiche possono essere apportate anche nella modalità 2D, ma in alcuni casi potrebbe essere utile ottenere il feedback visivo immediato fornito dalla modalità 3D. La modifica del contorno della forma, d'altra parte, deve essere sempre effettuata nella modalità 2D.

CILINDRI E SFERE COME FORME DI COMPONENTI DI 3D

I tipi di forme a cilindro e a sfera sono leggermente più semplici da creare poiché richiedono solo l'inserimento delle dimensioni, che il sistema usa per tracciare automaticamente le forme.

I cilindri possono essere utili per la creazione di modelli come resistori through-hole e condensatori elettrolitici. Inoltre, possono essere usati per rappresentare pin through-hole o stub.

Un tipo di componenti 3D con forma cilindrica

Un tipo di componenti 3D con forma cilindrica

Le sfere sono molto meno versatili rispetto ai modelli estrusi o a cilindro, ma possono essere molto utili se usate insieme ad altri tipi di sfere. Per esempio il modello di LED (qui sotto) è stato creato usando tutti i 3 tipi di modelli:

Modello di LED

Modello di LED

Di seguito sono mostrati i singoli pezzi con cui è stato costruito il LED:

Singoli pezzi del modello di LED

Singoli pezzi del modello di LED

USARE I CONTORNI ESISTENTI PER CREARE FORME ESTRUSE DI COMPONENTI 3D

Parte del lavoro richiesto per creare il footprint di un componente può includere la stampa serigrafica o altri dati sui contorni meccanici, che definiscono la forma del corpo del componente. Prendete, per esempio, questo pacchetto BGA:

Pacchetto BGA

Pacchetto BGA

Il contorno (stampa serigrafica) esterno giallo è stato molto probabilmente creato nella stessa forma e dimensione del corpo del componente effettivo. Dunque perché non riutilizzare queste informazioni invece che ritracciare la forma manualmente? Altium Designer include una funzione per creare corpi di componenti 3D estrusi basati su forme 2D esistenti.

Nella libreria di footprint (.PcbLib), andare a Tools (Strumenti) -> Manage 3D Bodies for Current Component (Gestisci corpi 3D per componente attuale)... La finestra di dialogo risultante mostra un elenco di forme che erano presenti nel footprint:


Elenco di forme nella libreria di footprint

Elenco di forme nella libreria di footprint

Notare che alcune delle forme elencate sono descritte come "Forma poligonale creata da primitivi su...". Si tratta delle linee 2D effettive e/o degli archi che esistono all'interno del footprint. Ci sono anche "Forme create da un rettangolo confinante su...". In questi casi, il sistema ha esaminato qualsiasi oggetto esistente su un particolare strato (inclusi gli strati di rame) e ha tracciato un rettangolo intorno ai punti più esterni.

Una panoramica della forma di base viene visualizzata nell'area di anteprima a destra (il riquadro rosa qui sopra). Nel nostro esempio di BGA, useremo "Forma poligonale creata da primitivi su Strato esterno superiore", che corrisponde al nostro contorno effettivo.

La colonna "Body State" (Stato del corpo) indica se quella particolare forma è stata aggiunta o meno al componente. Facendo clic sul collegamento "Not in Component" (Non nel componente) si modificherà lo stato e si aggiungerà quella forma al componente:


Colonna dello stato del corpo nel Component Body Manager

Colonna dello stato del corpo nel Component Body Manager

Notare che lo stato del corpo è stato modificato su "In Component" (Nel componente) e che l'anteprima del footprint a sinistra ora mostra la forma sovrapposta al footprint. Ciò ci mostra a grandi linee se abbiamo scelto la forma corretta.

La colonna "Overall Height" (Altezza totale) imposta l'altezza del corpo, proprio come quando abbiamo creato il poligono estruso manualmente nel primo esempio. Come prima, gli altri campi, come il colore del corpo, sono facoltativi e possono essere modificati in un secondo momento. Facendo clic su "Close" (Chiudi) si aggiunge la forma al componente, come mostrato nella figura qui sotto:

Forma poligonale

Forma poligonale

Il comando del menu Tools (Strumenti) -> Manage 3D Bodies for Library (Gestisci corpi 3D per la libreria)... fornisce l'accesso a un elenco di tutti i componenti nella libreria modelli. Inoltre, include una modalità "Batch Update" (Aggiornamento batch) per aggiungere la forma dallo stesso livello di ogni componente nella libreria. Per esempio, forse i footprint sono stati tutti creati con un rettangolo confinante 2D su uno degli strati meccanici. Quel contorno potrebbe essere aggiunto in un processo di batch a tutti (o alcuni) i componenti nella libreria in una sola volta.

AGGIUNTA DI CORPI E COMPONENTI 3D A UN PCB

Se non è presente alcuna libreria di footprint dei PCB esistente per una determinata scheda, o se è necessario apportare una modifica dell'altezza della forma unica, anche l'ambiente PCB editor del circuito stampato offre le stesse funzioni di gestione dei corpi 3D. Andando a Manage 3D Bodies for Components on Board (Gestisci corpi 3D per i componenti sulla scheda)… viene visualizzata la stessa finestra di dialogo di “Manage 3D Bodies for Library” (Gestisci corpi 3D per la libreria). Inoltre, potete aggiungere un Corpo 3D a un singolo componente facendo clic con il tasto destro sul componente e andando a Component Actions (Azioni componente) -> Manage 3D Bodies (Gestisci corpi 3D) nel menu. Le funzioni presenti sono identiche a quelle trovate nell'editor della libreria modelli "Manage 3D Bodies for Current Component" (Gestisci corpi 3D per il componente attuale).

Ulteriori informazioni sulla creazione e la gestione dei corpi 3D sono reperibili qui:

Tutorial sulla creazione di componenti della libreria

Oggetti PCB - Corpo 3D

 

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Dave has been an Applications Engineer for 20 years in the EDA industry. He started in 1995 at a mid-Atlantic reseller that represented PADS Software, ViewLogic, and a host of other EDA tools. He moved on to work directly for PADS Software, and stayed on as they were acquired by Innoveda and then by Mentor Graphics. He and a business partner formed a VAR of their own in 2003 (Atlantic EDA Solutions) to represent Mentor's PADS channel, and later on Cadence's OrCAD and Allegro products. Since 2008, Dave has been working directly for Altium and is based at his home office in New Jersey.

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