Utilizzare Blender per l’elettronica (prima parte)

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Blender è uno dei migliori software Open Source di modellazione 3D e rendering di immagini tridimensionali. Vediamo, in questo mini-corso, come utilizzarlo per produrre, in anteprima, le immagini delle nostre realizzazioni elettroniche.

Blender, un mondo fantastico e gratuito per creare spettacolari scenari 3D. Certo, esistono alternative commerciali molto blasonate, ma altrettanto costose ed il rapporto qualità/prezzo del Blender davvero non ha eguali. Il suo utilizzo e la sua diffusione massiccia in tutto il mondo ne dà il giusto tributo. Il fatto che, inoltre, esso sia multi piattaforma e giri, praticamente, su tutti i Sistemi Operativi, è un valore aggiunto da non sottovalutare.

Nel corso di queste righe, e delle prossime puntate, vedremo come utilizzare questo fantastico programma di grafica 3D in abbinamento all'altrettanto fantastico mondo dell'elettronica, che ci interessa più da vicino. Scopriremo come creare, in anteprima, schede elettroniche, componenti e serigrafie, con una qualità grafica impressionante, a volte tale da non far comprendere se si tratti di finzione o realtà. Gli elementi che contribuiscono a donare veridicità alla scena sono la prospettiva, le luci, le ombre portate, gli effetti di riflessione e rifrazione e molti altri contribuiranno al realismo dell'intero elaborato.

Esistono, in realtà, programmi che prevedono la creazione dei circuiti elettronici e la loro rappresentazione grafica tridimensionale ma il fatto che essi siano del tutto integrati in un unico pacchetto e che la qualità finale non sia delle migliori, ne limita l'aspetto professionale. Il fatto di disporre, infatti, di un programma grafico 3D consente di raggiungere un traguardo molto alto, in modo che i fruitori delle immagini finali abbiano la massima soddisfazione possibile. Ovviamente il piccolo prezzo da pagare è quello di un piccolo aumento di lavoro operativo, che sarà comunque ampiamente ricompensato dagli esiti finali.

La totale indipendenza da altri software, inoltre, elimina qualsiasi limite operativo, cosicché il progettista può sviluppare qualsiasi tipologia di lavoro, a cominciare dal PCB fino ad arrivare al contenitore finale.

Cosa possiamo fare con il Blender per i nostri progetti e le nostre realizzazioni di elettronica? In questo articolo ci occuperemo di questo:

  • Realizzazione dei componenti elettronici;
  • Assemblaggio su PCB dei componenti;
  • Realizzazione serigrafia;
  • Disegno del contenitore (box).

Ovviamente i sopracitati lavori sono realizzati virtualmente, in 3D, in modo da fornire a terzi la reale visione d'insieme del risultato definitivo.

Per la comprensione ottimale dell'articolo è richiesta una minima conoscenza del programma Blender. In caso contrario, è questa l'occasione giusta per scaricare e provare questo favoloso software di grafica 3D, da cui non sarà più possibile staccarsi. La rete, per fortuna, è colma di guide, manuali e tutorial, pertanto anche la lettura di una breve istruzione di veloce start-up può risultare alquanto produttiva.

 

Il progettista ha due possibilità di operare:

  • Disegnare in 3D, di sana pianta, l'intero progetto;
  • Importare in Blender il lavoro in formato 3Ds.

Per questa ultima opzione è necessario che l'eventuale programma di progettazione elettronica preveda proprio la funzione di esportazione verso un documento di tipo .3DS (3D Studio).

 

Disegno 3D ex-novo

Il metodo è molto laborioso ma consente di ottenere i migliori risultati, in quanto non dipende da altri vincoli. Il progettista deve, in pratica, disegnare manualmente la disposizione dei componenti ed il layout del prototipo definitivo, aiutato dalle quote prodotte (eventualmente) nel programma di progettazione elettronica.

Il compito più pesante è quello del disegno manuale di ogni singolo componente. A fine lavoro, ovviamente, è possibile memorizzare in una libreria la componentistica singola, in modo da poterla riutilizzare in un secondo tempo, per altri lavori.

Non forniremo in questa sede, ovviamente, le fasi realizzative e le istruzione passo passo per raggiungere l'obiettivo ma possiamo discuterne nei commenti e, qualora lo desideraste, possiamo comunque approfondirlo all'interno del prossimo articolo.

Conoscendo, infatti, il Blender ed utilizzando le forme primitive, complesse e i vari modificatori, si può realizzare un ottimo lavoro.

La prima operazione da effettuare è quella della creazione della piastra base, dove saranno sistemati i vari componenti elettronici. Se il programma di CAE prevede il disegno del master o della serigrafia, lo si può sovrapporre al solido principale. In caso contrario, il disegno della texture può essere approntato con qualunque programma di grafica bitmap o vettoriale.

La creazione dei componenti elettronici è la più delicata e da essa dipende la qualità finale ed il realismo del lavoro. Resistenze, condensatori, integrati, e altri possono essere costruiti utilizzando la modellazione solida, offerta da Blender.

Il disegno del componente, in pianta, in 3D e in altre viste, deve essere effettuato con la massima attenzione, magari utilizzando un modello già esistente. Quando si raggiunge la perfezione, si può salvarlo come libreria, in formato 3DS o OBJ, per utilizzarlo successivamente nei propri lavori.

I componenti possono essere posizionati (virtualmente) sulla basetta e poi, all'occorrenza, colorati, agendo opportunamente sulle textures. Se la loro realizzazione risulta particolarmente complessa (per la presenza di loghi, scritte, disegni) è possibile applicare delle textures di tipo immagine, con mappature cilindriche, in modo da avvolgerle perfettamente attorno all'oggetto.

Anche la scelta dei materiali deve essere opportunamente calcolata: i colori e le tonalità utilizzate devono risultare il più possibile conformi alla realtà.

Durante il posizionamento dei componenti sulla basetta (in 3D) la serigrafia non viene visualizzata, pertanto occorre effettuare alcuni spostamenti sull'asse X e Y, per centrarli alla perfezione. In ogni caso, una piccola percentuale di errore non guasta: basti guardare, infatti, un circuito autocostruito in cui qualche piccola variazione di posizione si trova sempre.

Un tocco di classe al progetto è fornito sicuramente dalla creazione degli elementi cosiddetti "accessori" al circuito stesso. Parliamo degli elementi che non sono strettamente legati al funzionamento intrinseco del prototipo ma che, in fase di prova o di normale funzionamento, danno il loro attivo contributo.

Fanno parte di questa categoria, ad esempio, i dissipatori di calore, i potenziometri dotati di manopola, il display LCD, i jumper e molti altri. La loro presenza sulla scena 3D conferisce alla stessa una grande percentuale di realismo.

Per questi oggetti il compito maggiormente gravoso è quello della realizzazione delle supefici metalliche, per le quali serve tanta perizia e talento. Da esse dipende, infatti, la resa finale del lavoro tridimensionale. Se, alla fine, il risultato non è tanto soddisfacente, meglio rinunciare invece di accontentarsi di mediocri lavori.

Con un po' di pratica i risultati saranno garantiti. Padroneggiare Blender (o un altro programma di grafica tridimensionale preferito) è sempre utile, in campo lavorativo e professionale. In questo specifico caso, poi, risulta vincente per tanti motivi. Fornire, infatti, una anteprima 3D del prototipo finale è un valore aggiunto che l'utente apprezzerà tanto. Chi scrive articoli tecnici per riviste, ad esempio, troverà nel 3D un valido aiuto per elaborare le varie viste, da qualsiasi angolo, senza peraltro costruire praticamente il circuito.

 

Importazione circuito nel formato 3DS

Questa soluzione, per i più "pigri", si può adottare quando non si ha né la voglia e né il tempo di realizzare singolarmente tutti i componenti (compresa la piastra). In questo caso è possibile seguire quest'altra strategia. Se il programma di CAE lo permette, si può esportare l'intero lavoro nel formato 3DS e poi darlo in pasto al Blender, quale importazione.

In questa maniera l'intero prototipo sarà acquisito dal programma 3D e visualizzato sullo schermo. Tutto il lavoro è pronto, i componenti sono posizionati nel posto giusto e le dimensioni globali risultano corrette.

L'importazione è un'operazione abbastanza valida e sbrigativa, che porta indubbiamente a risultati molto professionali. Ma chi usa tale tecnica deve sottostare ad alcune condizioni, una delle quali è quella di non potere (a volte) modificare il singolo componente. In dipendenza da alcuni fattori operativi, infatti, il CAE può esportare l'intero modello come unica mesh. In ogni caso, i risultati sono più che soddisfacenti ed il tempo risparmiato, rispetto alla prima tecnica, è enorme. Addirittura, sempre che il software di progettazione elettronica lo permetta, con questa tecnica è possibile importare il disegno delle piste di rame.

La grafica 3D permette mille variazioni diverse e la fantasia aiuta molto.

Con il Blender il progettista può anche creare il contenitore adatto al proprio circuito. Molti clienti, infatti, non sono affatto interessati al circuito anzi, non hanno per niente le competenze per comprenderne gli aspetti tecnici. Il disegno 3D di un contenitore è invece una buona idea per far apparire, in anteprima, senza realizzarlo, materialmente l'immagine del "vestito" finale del prototipo. I contenitori costano molto ed eventuali modifiche farebbero perdere solo tempo e denaro. Con il disegno tridimensionale il fruitore finale può, invece, valutarne le dimensioni, la forma, gli ingombri, le disposizioni dei pomelli, interruttori e comandi di ogni genere. Il tutto virtualmente, senza avere tutto in mano ma sul monitor.

La scelta del colore è anche importante poichè, il cliente, può optare per una o l'altra sfumatura, in dipendenza di tanti fattori personali o oggettivi.

Nel disegnare il contenitore esterno, il progettista deve prestare la sua attenzione alla creazione dei seguenti elementi:

  • La scatola vera e propria;
  • Manopole;
  • Pulsanti e interruttori;
  • Eventuali serigrafie ed etichette descrittive;
  • Indicatori luminosi, LED e lampade;
  • Display LCD;
  • Sportellini o fessure varie;
  • Cavi e fili di collegamento.

Il box esterno può essere realizzato nelle forme più disparate, prestando sempre la massima attenzione ed esigendo la massima qualità possibile. Eventuali smussature e  piccolissimi elementi di errore incrementano la veridicità dello stesso. I colori e le sfumature devono attenersi ai modelli standard esistenti sul mercato, solitamente alluminio o plastica scura o grigia. Altre tipologie di cromatura sono belle a guardarsi ma si discostano un po' dai modelli utilizzati in campo elettronico.

Il progetto 3D, come qualunque lavoro tridimensionale, avviene manipolando forme primitive o complesse, nelle tre viste fondamentali (X, Y e Z ovvero dall'alto, frontale e da destra). La modalità di visualizzazione, per comodità, può anche essere impostata in wire-frame.

Se si progetta una campagna promozionale e pubblicitaria per i propri prodotti elettronici, è sempre consigliabile dare una visione d'insieme al cliente. E se i prototipi non hanno ancora visto la luce perchè non sono stati ancora realizzati, il 3D ci viene incontro. Ricordate: merce veduta, mezza venduta!

Per quanto riguarda le serigrafie, sia del PCB sia dei contenitori, esse possono essere ralizzate con qualsiasi programma di disegno bitmap o vettoriale. L'importante è, poi, esportarle in formato BMP per poterle essere importate in Blender ed applicate, come texture, ad un oggetto. In questo modo si può simulare la presenza di un adesivo, di una etichetta o delle label autoesplicative presenti in prossimità di ogni controllo (pulsanti, interruttori, potenziometri, ecc).

Un buon CAE dovrebbe avere la possibilità di esportare la serigrafia (di solito il "top layer") verso un file grafico esterno. I migliori software dispongono di questo tipo di opzione.

In rete, comunque, esistono alcuni software che producono il modello 3D in proprio, oppure lo esportano per altri software tridimensionali.

Un'altra alternativa è costituita da alcuni servizi, presenti in siti specifici, che offrono (gratuitamente o a pagamento) dei modelli 3D di componenti elettronici, già pronti all'uso. Il loro formato è spesso compatibile con la maggior parte dei pacchetti grafici (3DS, DXF, ecc). I componenti sono solitamente organizzati in categorie e, specialmente nei server a pagamento, si trova qualsiasi tipologia di modello o marca. Tale soluzione è certamente ottima per chi non ha molto tempo a disposizione. Ma se il progettista lavora con cura e perizia, spendendo tempo per affinare il prototipo, si può star certi che il modello prodotto "in casa" con il Blender sarà molto migliore di quello offerto a pagamento dai servizi prima citati.

Vale la pena di accennare ad un sito che offre (a pagamento) migliaia di modelli 3D di componenti elettronici, ovvero pcb-3d.com. Dopo la registrazione, si può acquistare il modello che più interessa, selezionandolo anche tramite un buon motore di ricerca, presente sullo stesso sito.

Oltre ai componenti elettronici veri e propri, sono presenti anche files 3D relativi a pomelli, contenitori, zoccoli, manopole, ecc.

Se la creazione dei frontali dei pannelli o delle serigrafie non è il vostro forte esistono, anche in questo caso, alcuni software che sono di grande aiuto. Uno di questi, sempre a pagamento, è il FrontDesigner. Si tratta di un semplice programma, prelevabile (demo) e acquistabile dal sito abacom-online.de, che offre tanti modelli 2D applicabili praticamente a tutte le tipologie di esigenze. Il suo costo è molto contenuto e consente di ottenere, in stampa, ottime serigrafie.

Per creare un progetto elettronico 3D, le soluzioni sono infinite, e non basterebbero migliaia di pagine per descriverle tutte. Tutti i programmi ed i software che aiutano a fornire un supporto grafico professionale sono effettivamente utili e comodi.

Se si vuole ottenere, tuttavia, un risultato in 3D eccezionale, che rasenti la realtà e non dia la sensazione di un disegno creato con il computer, occorre impiegare molto tempo nella lavorazione e metterci tanta passione e perizia.

Ma ricordate: se la vostra realizzazione elettronica è già esistente ed è stata costruita bene, nella maggior parte dei casi, nulla vale di più di una bella foto originale, ben esposta e luminosa, raffigurante il proprio prototipo elettronico, realizzato con molta fatica e tanta passione!

Alla prossima puntata, per la trattazione dettagliata dei comandi di Blender.

 

GDM

 

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15 Comments

  1. Giovanni Di Maria gio22 23 luglio 2013
  2. willygroup willygroup 23 luglio 2013
  3. Giovanni Di Maria gio22 23 luglio 2013
  4. Luigi Francesco Cerfeda 23 luglio 2013
  5. Giovanni Di Maria gio22 23 luglio 2013
  6. alex272 alex272 23 luglio 2013
  7. Luigi Francesco Cerfeda 23 luglio 2013
  8. Giovanni Di Maria gio22 23 luglio 2013
  9. Luigi Francesco Cerfeda 23 luglio 2013
  10. Giovanni Di Maria gio22 24 luglio 2013
  11. ferfabry76 24 luglio 2013
  12. IvanScordato Ivan Scordato 24 luglio 2013
  13. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 27 luglio 2013
  14. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 27 luglio 2013
  15. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 27 luglio 2013

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