Creando los modelos 3D de nuestros circuitos con FreeCAD

En esta entrada aprenderemos cómo crear los modelos 3D de nuestros circuitos, utilizando FreeCAD. Esto nos permitirá conocer de antemano cómo quedarán antes de construirlos y sobre todo podremos diseñar más fácilmente soportes mecánicos para ellos.

Usaremos el banco de trabajo Printed Circuit Board para FreeCAD, creado por Mariusz, que acepta placas creadas en:

Eagle (*.brd)
KiCad (*.kicad_pcb)
Razen (*.rzp)
FreePCB (*.fpc)
gEDA (*.pcb)
FidoCadJ (*.fcd)
IDF v2/v3

Instalación

Primero descargamos el programa y lo extraemos en nuestra carpeta de configuración de FreeCAD. En Ubuntu esta ruta quedaría así: “~/.FreeCAD/Mod/PCB”. Al arrancar FreeCAD ya podremos seleccionar el banco de trabajo Printed Circuit board

A continuación instalamos los modelos 3D de los componentes desde aquí y los extraemos en la carpeta de partes: “~/.FreeCAD/Mod/PCB/parts/”. El resultado quedará así:

Uso

Como ejemplo de uso vamos a crear el modelo 3D de una placa que ha sido diseñada con el programa Eagle. Abrimos FreeCAD y nos vamos al banco de trabajo PCB. Pulsamos en abrir documento y seleccionamos la placa “holaMundo.brd” (Disponible para descargar al final del post). Seleccionamos las capas que queremos en el modelo, tal como se ve en la imagen. Pulsando sobre los cuadrados se puede cambiar el color de cada parte de la placa.

Cuando pulsamos en “Accept” se importa la placa y se visualiza. Incluye la información de todas las capas, que tal vez sea demasiada. Para generar un renderizado más limpio, ocultaremos parte de estos textos.

Expandimos todos los componentes de la carpeta Parts y nos posicionaremos en el elemento a ocultar. Luego pulsamos la tecla espaciadora. Repetimos el proceso con todos los textos que no queremos que aparezcan. Por ejemplo, la podemos dejar como se muestra en esta imagen:

A cada componente le asignamos su modelo 3D haciendo clic derecho y seleccionando: PCBmodel -> Assign model.

Esto nos abre una ventana que rellenaremos como en la foto. Aquí hay algunas cosas importantes a tener en cuenta:

En el campo Package type podemos poner el nombre que queramos, es sólo para identificarlo en la lista de la izquierda
En el campo Path to element metemos la ruta truncada desde “parts/” y sin el sufijo del archivo. Es decir, si la ruta de nuestro modelo es “~/.FreeCAD/Mod/PCB/parts/capacitors/C0402.step”, tan sólo pondremos “capacitors/C0402″
En recuadro inferior hay que pulsar la cruz verde para añadir un componente y, en Package name, deberemos poner el nombre del paquete en la placa. Por ejemplo, el condensador C1 tiene un empaquetado que en Eagle se llama “0402-CAP”, y ese es el nombre que le daremos en FreeCAD. Es importante que tanto la ruta como el nombre coincidan para que el modelo aparezca.

Tras guardar, pulsamos de nuevo con el botón derecho el componente->PCBmodel->Update model y se abrirá una ventana en la vista combinada.

Por último, aceptamos en la ventana nueva.

Nos han aparecido dos condensadores en la parte inferior izquierda. Cada vez que hacemos un “Update model” aparecen todos los componentes que sean iguales y no sólo el seleccionado.

Repetimos los pasos anteriores seleccionando una resistencia y aparecen todas en el modelo.

En la placa hemos utilizado un conector Molex 5267-2, que no viene en las carpetas de componentes que nos hemos descargado antes, pero no pasa nada, haremos nosotros mismos el modelo, al fin y al acabo, ¡estamos en FreeCAD! Cuando esté terminado lo exportamos como .step y lo guardamos como parts/connectors/molex/MOLEX-5267-2.step.

Comprobamos nuevamente el nombre que le ha dado Eagle pulsando en información del paquete, en este caso 5267-2 y repetimos el paso de asignación de modelo.

Introducimos nuevamente los campos de tipo, y ruta, añadimos un componente de tipo 5267-2 y guardamos la entrada en la base de datos.

Al hacer un “Update model” nos aparecerá el modelo en la placa, pero con la orientación que le dimos al crearlo.

Vamos a remediarlo haciendo clic derecho en el componente->PCBmodel->Placement model para sacar la ventana de posicionamiento en la vista combinada.

Aquí podemos desplazar y rotar el conector hasta hacerlo encajar con la posición deseada.

Si no queremos modelar nosotros mismos algún componente también lo podemos descargar en STEP de Internet. Finalmente vamos actualizando todos los componentes y obtendremos un modelo 3D de la placa con sus componentes, ¡que podremos utilizar para lo que queramos!

Renderizado

Tener el modelo 3D de nuestra placa nos permite sacar fotos mucho más realistas y bonitas. Para ello tenemos que realizar un renderizado. Es un proceso que requiere experiencia por lo que en este post sólo apuntaremos algunas formas de realizarlo. Por un lado es posible exportar el diseño a un fichero (step, obj, …) e importarlo desde otro software de renderizado, como por ejemplo Blender. En el post Renderizado con FreeCAD y POV-ray se introdujo el uso de POV-ray.

En este post apuntaremos cómo realizarlo usando Kerkythea. Primero pulsamos el botón azul para exportar la placa a un fichero XML que abriremos en Kerkythea.

Aquí vemos el XML adjunto, en el que además de la placa hay un suelo de madera y distintas cámaras y luces. Jugando con ellas obtendremos distintos resultados a la hora de renderizar, pero es fundamental tener por lo menos un punto de luz para que se vea algo.