Chismes del Lince 57: diseño 3D e impresión

La luna se había escondido tras Sierra Bermeja y en la cueva del Lince de la Noche solo se oía un raspar rítmico. Rasp, rasp, rasp.

La Gata Montesa asomó la cabeza por la entrada.

—¿Qué haces?

—Un gadget —respondió el Lince sin levantar la vista—. Un soporte para el móvil. Llevo tres horas con este trozo de alcornoque y un cuchillo.

La Gata miró el montón de virutas. Después miró lo que había salido: un bulto que se parecía vagamente a un champiñón.

—Es un soporte precioso —dijo—. Si tu móvil fuera una seta.

El Lince suspiró. Llevaba años resolviendo casos con datos, sensores y paciencia. Pero cada vez que necesitaba una pieza que no existía, se le acababan los trucos.

—Necesito gadgets —confesó—. Soportes, cajas para las placas, cosas que encajen de verdad. Y no sé cómo se fabrican.

—Pues no se tallan —dijo la Gata—. Se diseñan. Primero en el ordenador, con formas que se suman y se restan. Después una impresora 3D las construye capa a capa.

—¿Y puedo hacer cualquier cosa?

—Cualquier cosa que quepa en la cama de la impresora. Incluida una marca.

Las orejas del Lince se movieron.

—¿Una marca?

—Cuando resuelvas un caso o atrapes a un malo, dejas tu logo impreso en 3D. Sin una palabra. Quien lo vea sabrá que el Lince ha pasado por allí.

—Como la luz de Batman en el cielo —murmuró el Lince, y por primera vez en toda la noche sonrió.

Tiró el cuchillo.

—Enséñame.

Introducción

En este chisme aprendemos diseño 3D construyendo piezas que se pueden imprimir. Es el primer chisme en el que lo que sale no es una página ni una medida, sino un objeto que puedes coger con la mano.

Hemos preparado un taller de diseño 3D que funciona en el navegador. No hay que instalar nada ni crear una cuenta. Eliges un proyecto, mueves las piezas, restas agujeros y descargas un archivo listo para imprimir.

El taller incluye la marca del Lince: un sello con su logo grabado, una plantilla para proyectar la señal con la linterna del móvil, un llavero y una caja para la placa Heltec.

Después damos el salto a los programas de verdad: Tinkercad para los más pequeños y Blender para los mayores.

Por qué el diseño 3D

Hasta ahora el Lince ha construido sensores, circuitos y programas. Todos acababan en una placa pelada sobre la mesa, sujeta con cablecitos.

La Gata se lo explica así: un gadget es la tecnología más la pieza que la protege, la sujeta o la hace cómoda. Sin diseño 3D, esa pieza hay que comprarla o tallarla en un alcornoque.

El diseño 3D también enseña a pensar con precisión. Una caja que mide un milímetro de menos no cierra, y un agujero mal colocado no deja pasar el cable.

Por eso conecta tan bien con lo que ya sabemos de giroscopios y orientación y con las placas de la luciérnaga del Lince. Ahora podemos hacerles una casa.

Cómo funciona el diseño 3D

Casi cualquier objeto se construye con cuatro ideas. Las usan Tinkercad, Blender y cualquier programa de diseño 3D, así que el taller las enseña todas.

1. Formas simples. Un cubo, un cilindro, una esfera, un cono, una cuña. Con ellas se hace casi todo.

2. Sumar y restar. Si unes dos formas (unión), obtienes una pieza mayor. Si a una forma le restas otra (resta), haces un agujero. Un tornillo es un cilindro al que le has quitado una ranura.

El orden importa: un agujero solo corta lo que ya existe antes que él. En el taller puedes comprobarlo cambiando el orden de las piezas.

3. Tres coordenadas. Cada punto se sitúa con tres números (x, y, z). La x va hacia la derecha, la y hacia el fondo y la z hacia arriba. Todo se mide en milímetros.

4. Varias vistas. Una sola imagen engaña. Por eso el dibujo técnico usa la planta (desde arriba), el alzado (de frente) y el perfil (de lado). El taller las muestra a la vez.

Qué es un archivo STL

El ordenador no guarda la superficie de una esfera, sino una malla de triángulos que la aproxima. Un archivo STL es solo esa lista de triángulos.

La impresora no entiende de esferas ni de cilindros. Su programa, el laminador, corta la malla en capas horizontales y calcula el camino del plástico en cada una.

Activa «Ver la malla» en el taller y verás los triángulos de tu pieza.

Qué estamos midiendo realmente

El taller calcula el volumen de la pieza sumando pequeños tetraedros y estima su masa suponiendo PLA macizo, con densidad 1,24 g/cm³.

masa = volumen × densidad

Es una estimación. La impresora no rellena la pieza entera, así que la masa real será menor.

También hay un error de aproximación. Una esfera de 24 segmentos tiene alrededor de un 2,8 % menos de volumen que una esfera perfecta. Cuantos más triángulos, menos error, pero el archivo pesa más.

Así se repite la idea de la serie: medir no es medir bien. Hay que saber cuánto se equivoca el modelo.

El taller de diseño 3D del Lince

Aquí está el taller. Si no se ve bien dentro de la entrada, ábrelo en una página aparte.

[AQUÍ VA EL IFRAME DEL TALLER: el código está al final de este documento]

Primer proyecto: el sello del Lince

1. Pulsa Sello del Lince. Verás un disco de 60 mm con el logo grabado.
2. Arrastra sobre la vista 3D para girarla y usa la rueda para acercar.
3. Cambia a Edición. El logo aparece como un agujero transparente: es una pieza que se resta del disco.
4. Selecciona el disco y cambia su alto (z). Mira cómo cambian el volumen y la masa.
5. Selecciona el logo y sube su profundidad. Cuanto más grabado, menos plástico queda bajo él.
6. Pulsa Descargar STL para imprimir.

Los otros cuatro proyectos

Proyecto	Qué se aprende
Señal del Lince	Un agujero que atraviesa la pieza. La barbilla del logo es una isla suelta: hace falta un puente para que no se caiga.
Llavero	Dos agujeros y una unión en la misma pieza.
Caja para la placa Heltec	Una cavidad y una ranura para el USB, con medidas reales.
Casita	Unión de formas básicas: cubo, cuña y cilindro.

También puedes empezar desde cero y guardar tu proyecto en un archivo para abrirlo otro día. El taller no guarda nada por sí solo, así que acuérdate de pulsar Guardar proyecto.

Y todo ocurre en tu navegador

El taller no envía nada a ningún servidor. Las piezas, los cálculos y el archivo STL se generan en tu propio ordenador, así que no hay datos personales en juego.

De la maqueta al programa de verdad

El taller es una maqueta para entender las ideas. Para diseñar piezas propias hay que dar el salto a un programa completo, y la Gata propone dos.

Tinkercad es el de los pequeños. Funciona en el navegador, es gratuito y se maneja arrastrando formas. Pensado para empezar, se entiende en una sesión.

Blender es el de los mayores. Es libre y gratuito, y lo usa gente que hace películas, videojuegos y piezas industriales. Cuesta más al principio, pero no tiene techo.

Las ideas son las mismas que acabas de practicar. Cambian los nombres de los botones.

En el taller	En Tinkercad	En Blender
Cubo, cilindro, esfera	Formas básicas del panel derecho	Menú Añadir > Malla
Sólido y agujero	Forma «Agujero» (Hole) y botón Agrupar	Modificador Booleano: Diferencia o Unión
Mover, escalar, girar	Asas de la propia forma	Teclas G, S y R
Medidas en mm	Reglas y casillas de tamaño	Panel de propiedades, escala métrica
Descargar STL	Botón Exportar > .STL	Archivo > Exportar > STL

Qué usar según la edad

• 1º y 2º de ESO: el taller y Tinkercad. Se trata de ganar confianza y entender que un objeto es suma y resta de formas.
• 3º de ESO y 4º: Tinkercad con medidas reales, como la caja de la Heltec.
• Bachillerato: Blender. El modificador booleano es exactamente la resta que hace el taller, así que no parten de cero.

Un truco que ahorra horas

Empieza siempre con una pieza pequeña y fácil de imprimir, como el llavero. Si sale mal, pierdes diez minutos y no una tarde.

Del diseño 3D a la pieza impresa

El archivo STL no se manda directamente a la impresora. Antes pasa por el laminador, el programa de tu impresora (por ejemplo, Cura o PrusaSlicer).

1. Abre el STL en el laminador. Comprueba que las medidas sean las del taller: 60 × 60 × 4 mm para el sello.
2. Apoya la cara plana en la cama. Así no hacen falta soportes. El sello va con el logo hacia arriba.
3. Elige la calidad. Una altura de capa de 0,2 mm es un buen punto de partida.
4. Pulsa Laminar y revisa la vista previa capa a capa. Es el momento de ver si el logo se ha grabado bien.
5. Imprime y deja que la pieza se enfríe antes de despegarla.

Si el laminador avisa de que la malla tiene errores, déjalo repararla. Es habitual en archivos creados al restar formas.

Qué puede salir mal

• Un hueco muy fino no se imprime. Un trazo más estrecho que la boquilla (0,4 mm) desaparece.
• Una isla suelta se cae. Por eso la señal lleva un puente bajo la barbilla del lince.
• El plástico se encoge al enfriarse. Una pieza que debe encajar con otra, como la caja de la Heltec, necesita holgura de unas décimas de milímetro.

Seguridad en el aula

La boquilla está a unos 200 °C y la cama también puede quemar. No se tocan con la impresora en marcha ni justo después, y siempre imprime con un adulto cerca.

El taller es un prototipo educativo. Las medidas y la masa que muestra son aproximadas, así que la pieza real puede diferir un poco.

Para el aula

El diseño 3D se presta a preguntas con números. Algunas para la clase:

• ¿Qué volumen tiene el sello? ¿Y si el disco mide 50 mm en vez de 60? Calcula antes de mirar el taller.
• La masa que da el taller supone pieza maciza. ¿Por qué pesará menos la impresa? Pesa la pieza real y compara.
• Una esfera de 24 segmentos tiene un 2,8 % menos de volumen que la ideal. ¿Cuántos segmentos hacen falta para bajar del 1 %? Pruébalo.
• Dos alumnos diseñan la misma caja y la miden con una regla. ¿Por qué no salen igual? ¿Cuánto error tiene la impresora?
• Si cambias el orden de las piezas, ¿cambia el resultado? Explica por qué con un dibujo.
• ¿Por qué el centro de algunas letras (la O, la A) se cae si lo recortas de una plantilla? Relaciónalo con la barbilla del lince.

Una secuencia posible de dos o tres sesiones:

1. Sesión 1: taller. Cada alumno elige un proyecto y lo modifica.
2. Sesión 2: Tinkercad o Blender. Diseñan una pieza propia con medidas reales.
3. Sesión 3: imprimen, miden, comparan con el diseño y anotan las diferencias.

Retos

• Reto 1. Haz que funcione: descarga el STL del sello y láminalo.
• Reto 2. Modifícalo: cambia el tamaño del disco y el grosor del grabado.
• Reto 3. Añade una forma: una anilla o una peana para poner el sello de pie.
• Reto 4. Mide la pieza impresa y calcula el error respecto al diseño.
• Reto 5. Diseña en Tinkercad un soporte para el móvil. Ya no es una seta.
• Reto 6. Diseña una caja para la placa de El collar del Lince con hueco para el cable.
• Reto 7. En Blender, repite el sello con un modificador booleano.
• Reto 8. Conviértelo en investigación: imprime la misma pieza con tres alturas de capa y compara tiempo, peso y acabado.

Qué hemos aprendido

El diseño 3D es sumar y restar formas con medidas exactas. Lo que ves en pantalla es una malla de triángulos que el laminador convierte en capas y la impresora en plástico.

También hemos visto que el modelo y la pieza real nunca son idénticos. Hay aproximaciones, holguras y errores que se pueden medir.

El Lince ya tiene lo que buscaba. Se acabó el alcornoque: ahora diseña gadgets, los imprime y firma cada caso con su logo.

La Gata, por su parte, ha ganado un compañero que por fin sabe lo que es un agujero pasante.