Il disegno parametrico si basa su parametri e relazioni, consentendo una corretta robustezza nella modifica dei modelli. Il disegno diretto offre un approccio intuitivo e immediato orientato alle modifiche rapide. In questo articolo vengono analizzati vantaggi, svantaggi e indicazioni sull’utilizzo di entrambe le metodologie. La comprensione di questi approcci è fondamentale per ingegneri e aspiranti designer.
L’obiettivo primario di un disegno è la rappresentazione accurata della geometria del progetto concepita dal progettista.
Tuttavia, oggi, sempre più spesso, il progettista prende in considerazione anche le modalità di lavorazione e realizzazione del prodotto già durante la definizione della geometria. Ciò include l’attenzione alle singole tolleranze e l’indicazione dell’ordine delle operazioni di lavorazione.
In pratica, il progettista considera la storia di creazione della geometria, che può derivare da un blocco grezzo sottoposto a lavorazioni di asportazione o da una fusione liquida in uno stampo. Questo tipo di annotazione difficilmente può essere facilmente incorporato in un classico disegno 2D, magari anche cartaceo, se non con note di non sempre facile lettura.
Per fortuna, i disegni 3D effettuati con CAD parametrici posso includere più informazioni, tra cui, appunto, la storia delle modifiche apportate alla geometria. Essa può essere infatti visualizzata tramite l’albero modello del disegno.
Progettazione parametrica
La costruzione di un oggetto può avvenire attraverso diverse tecniche, tra cui, per esempio, la lavorazione dal pieno, la creazione attraverso una fusione o un’estrusione.
Di norma, il disegno parametrico dovrebbe essere costruito secondo la stessa logica, partendo da una geometria iniziale e arrivando a quella finale attraverso operazioni matematiche che simulano le lavorazioni meccaniche che verranno poi eseguite in officina, come l’estrusione o la creazione di fori.
La storia di queste operazioni viene appunto salvata nell’albero modello, una struttura gerarchica che mostra la sequenza delle operazioni di modellazione e le relazioni tra gli elementi del modello.
L’albero del disegno parametrico, infatti, contiene in maniera ordinata dall’alto verso il basso tutte le operazioni attraverso le quali sono state create le caratteristiche della geometria.
Disegnando in questo modo, è possibile anche avere a disposizione la geometria che si dovrebbe avere dopo ogni lavorazione meccanica, rendendo più agevole anche effettuare dei controlli più precisi e mirati durante il controllo qualità.
Oltre all’albero modello, i software CAD parametrici basano la loro potenzialità ovviamente anche sulla possibilità di utilizzare parametri e relazioni fra le diverse componenti geometriche, in modo da poter costruire diverse geometrie facendo variare alcuni valori.
All’interno di questo approccio, è possibile distinguere i seguenti concetti:
- Vincolo: un vincolo rappresenta una relazione geometrica, generalmente applicata alle componenti 2D. Tra i vincoli più comuni, si possono citare la perpendicolarità o il parallelismo, che stabiliscono una relazione tra due o più linee, oppure il vincolo di punto medio, che definisce la posizione di un componente esattamente nel punto medio.
- Quota: una quota indica una relazione quantitativa tra le componenti, spesso limitata al contesto bidimensionale. Essa rappresenta una misura lineare o angolare tra due o più elementi. L’insieme di quote e vincoli deve definire in modo completo il disegno 2D di partenza.
- Parametro: un parametro è un valore utilizzato in un’operazione tridimensionale, come ad esempio la lunghezza di un’estrusione o di un foro. I parametri consentono di regolare le dimensioni e le caratteristiche delle componenti durante il processo di modellazione.
- Formula: una formula è una relazione matematica che permette di variare un parametro o una quota in funzione di un altro, garantendo così la solidità e la stabilità del disegno. Le formule consentono di automatizzare e controllare le modifiche e le interazioni tra i diversi elementi del modello.
La possibilità di “sopprimere” alcune lavorazioni e di creare diverse configurazioni partendo dalla stessa geometria, offre notevoli vantaggi ai progettisti, consentendo loro una maggiore flessibilità e gestione delle modifiche nel processo di progettazione.
Grazie alle relazioni parametriche tra le caratteristiche del modello, le modifiche possono essere apportate facilmente regolando i parametri, evitando la necessità di ricostruire il disegno da zero.
Ciò permette un’efficienza e una rapidità notevoli nella gestione delle modifiche, poiché le modifiche a un parametro si propagano automaticamente alle caratteristiche correlate nel modello.
Ad esempio, modificando la dimensione di una caratteristica, tutte le dimensioni dipendenti si adattano di conseguenza.
Questo semplifica la gestione delle modifiche durante la fase di realizzazione e mantiene la coerenza del modello in ogni fase del processo. Tuttavia, non è semplice effettuare una modifica che non è legata direttamente a uno specifico parametro o eliminare una parte di una lavorazione.
Non è sempre immediato, per esempio, l’eliminazione di un singolo smusso che è stato disegnato in sequenza con altri. Spesso bisogna “sopprimere” o modificare drasticamente tutta l’operazione di smussatura.
Infatti, è importante sottolineare che il disegno parametrico richieda una pianificazione accurata e una profonda comprensione delle relazioni parametriche per ottenere risultati precisi e affidabili.
È fondamentale definire correttamente i parametri e le relazioni iniziali per garantire che il modello risponda coerentemente alle modifiche apportate.
Il disegno parametrico è uno strumento potente se utilizzato da un progettista con una solida conoscenza delle diverse lavorazioni meccaniche.
Al contrario, se non viene programmato correttamente, una singola modifica può rendere impossibile la definizione di una singola geometria, rendendo inefficace l’utilizzo del disegno parametrico.
Modellazione diretta
Un modo completamente diverso di disegnare è invece la modellazione diretta. In questo caso, si basa sulla manipolazione diretta delle geometrie senza l’utilizzo di parametri o relazioni predefinite. In questo processo, il progettista può modificare le forme, le dimensioni e le posizioni degli elementi del modello in modo immediato e intuitivo.
Quello che si ottiene, però, è la sola geometria finale, spesso, perdendo anche la storia delle modifiche e non potendo più poi ritornare indietro facilmente a versioni precedenti. D’altro canto, essa offre una flessibilità straordinaria in quanto perché non è necessario definire anticipatamente parametri o vincoli.
La geometria viene infatti manipolata “direttamente”, appunto, con azioni come trascinamento e spostamento delle facce o di feature come fori, smussi, etc… permettendo di ottenere rapidamente risultati visivi e tangibili. Gli ingegneri progettisti possono vedere istantaneamente l’effetto delle loro modifiche.
Questo approccio è particolarmente utile nelle prime fasi di progettazione, in cui l’esplorazione delle idee e l’iterazione rapida sono cruciali per sviluppare soluzioni innovative. Inoltre, la modellazione diretta è un ottimo strumento per la comunicazione visiva con i clienti e il team di progettazione, in quanto consente di visualizzare in modo immediato le proposte di design.
Sempre più spesso, infatti, molte decisioni vengono prese durante web meeting e la possibilità di vedere applicate direttamente le modifiche può rendere significativamente più agevole effettuare le scelte corrette.
Inoltre, la modellazione diretta è anche utile nelle fasi finali del disegno, in quanto è indicata soprattutto per la creazione e la modifica di geometrie complesse. È infatti possibile aggiungere o rimuovere particolari senza dover intervenire su complesse relazioni fra parametri che, se non costruite in maniera corretta, potrebbero anche portare all’impossibilità della ricostruzione della geometria da parte del software.
Inoltre, non essendo salvata la storia della creazione della geometria e le relazioni fra i parametri, il file creato risulta essere molto più leggero e quindi risulta essere anche più veloce la creazione e modifica della geometria, anche se spesso meno robusta e coerente.
Gli ingegneri progettisti possono esplorare una vasta gamma di idee e iterare rapidamente per arrivare a una soluzione ottimale.
Un altro grande vantaggio dei software a modellazione diretta è l’interfaccia utente più semplificata e intuitiva, che rende l’apprendimento del software più semplice e rapido rispetto ad altre metodologie. In effetti, il numero di comandi utilizzati è limitato normalmente a “trascina”, “muovi”, “ruota” e pochi altri.
La curva di apprendimento è notevolmente più veloce rispetto a quella di un software parametrico, dove l’esperienza e la quantità di disegni effettuati ricopre ancora un ruolo determinante. In effetti, si potrebbe associare la modellazione diretta più all’operazione di disegno vero e proprio, mentre quella parametrica alla vera e propria progettazione, per la quale occorrono delle conoscenze ed esperienza maggiori.
Un altro vantaggio non trascurabile dei software di modellazione diretta è anche la relativamente semplice creazione e programmazione. Questo rende anche più ridotto il costo delle licenze, a scapito, però delle limitate funzionalità.
Conclusioni
È importante sottolineare che i due approcci non siano mutuamente esclusivi e spesso vengono utilizzati in combinazione per ottenere il massimo vantaggio. Molti software CAD offrono strumenti che consentono di combinare elementi di modellazione diretta e disegno parametrico all’interno dello stesso progetto.
Per esempio, SpaceClaim, uno dei software di modellazione diretta più famosi, ha introdotto la possibilità di parametrizzare gli spostamenti o le rotazioni delle varie facce di un solido e, nelle ultime versioni, anche la possibilità di utilizzare i vincoli negli scratch 2D.
D’altro canto, esistono dei software che traducono le modifiche effettuate attraverso la modellazione diretta dall’utilizzatore in operazioni geometriche che vengono salvate in un apposito albero modello. Per esempio, lo spostamento di una faccia viene riconosciuto e salvato come se fosse un’estrusione.
Sarebbe molto utile in futuro avere la possibilità di disegnare in entrambi i modi in uno stesso software. Ciò dovrebbe permette agli ingegneri progettisti effettuare delle modifiche dirette al progetto per visualizzare in poco tempo la forma e in secondo tempo ridisegnarla in maniera parametrica per rendere il disegno più robusto e poter effettuare delle modifiche coerenti e strutturate.
