Guida ai migliori software di modellazione 3D e progettazione CAD

Questa che segue vuole essere una breve guida alla conoscenza delle principali tipologie di software dedicati alla modellazione 3D e progettazione CAD. Ma prima una domanda. Sei sicura/o di sapere cosa è la progettazione?

Cos’è il design, o progettazione?

Guardati intorno nella stanza in cui ti trovi adesso. Ci sono diversi oggetti. Ti sei mai fermata/o a pensare al motivo per cui hanno quella precisa forma? Quale è stata la scelta che ha portato il progettista ad aggiungere quel particolare dettaglio? Ci sarà stato un lavoro di squadra dietro oppure c’è stato un solo designer al lavoro? Quanti step sono stati necessari per la completa realizzazione di quel prodotto? Tutte le risposte a queste domande rientrano nella disciplina del design. Un buon designer si occupa di progettare un oggetto (ma anche una grafica, un’interfaccia, un servizio!) con l’obiettivo di favorire il più possibile il suo utilizzo finale.

Dalla creazione di oggetti alla progettazione di esperienze immersive

Il design è quindi una disciplina di studio e pratica focalizzata sull’interazione tra una persona – un “utente” – e l’ambiente creato dall’uomo, tenendo conto di considerazioni estetiche, funzionali, contestuali, culturali e sociali.  Concretamente, oggi l’esperienza del design della maggior parte delle persone deriva dalla loro interazione quotidiana con oggetti fisici, spazi costruiti e ambienti digitali. Interagiamo con ciò che ci circonda e con gli altri attraverso costrutti progettati. L’abbigliamento, i dispositivi, i trasporti, le interfacce utente, il paesaggio, la città, persino la sedia su cui sei seduta/o, sono stati tutti progettati da un designer. 

Per un concetto espanso di design

Mentre un tempo avremmo definito il design strettamente in relazione al mondo concreto, abbracciando – come diceva Ernesto Nathan Rogers “dal cucchiaio alla città” – oggi il design sta ampliando le sue potenzialità disciplinari, concettuali, teoriche e metodologiche strutture per comprendere discipline, attività e pratiche sempre più ampie. In altre parole, oggi i designer lavorano sulla strategia aziendale, creano ambienti virtuali, creano interfacce digitali, progettano sistemi di servizi e nuovi rami del design si evolvono continuamente.

Le regole di un buon designer

Per quanto apparentemente disparati possano essere questi esempi, condividono un fondamento comune. Indipendentemente dall’applicazione, i designer seguono una metodologia di progettazione con regole ben precise, senza lasciare nessuna scelta al caso o al gusto puramente artistico. I progettisti affrontano la soluzione dal punto di vista dell’utente finale, cercando di ottimizzarla per le esigenze e le capacità specifiche di quell’individuo o gruppo. I designer si sforzano di “fare di più con meno”, massimizzano l’economia (di materiali, di investimenti, di energia, ecc.) attraverso la creatività e l’ingegno; questa idea è centrale per il design.

E ora il CAD 3D: come le macchine possono aiutare i designer.

E ora passiamo a parlare della progettazione o modellazione 3D. Sarebbe più corretto usare il termine CAD. Definiamo quindi per prima cosa la parola CAD. Il termine significa Computer Aided Design. Ossia, progettazione assistita dal computer. Il computer aiuta quindi noi a progettare in 2D o 3D quello che vogliamo, ma in modo preciso e matematico. Facendoci risparmiare tempo e fatica, lasciandoci una grande libertà creativa. 

Come nacquero i CAD

Lo sviluppo dei primi software CAD risale alla fine degli anni ‘70. I primi disegni tecnici venivano realizzati a mano, ma questo comportava una notevole dispersione in termini di tempo e rischi di errori per  progetti tecnici molto complicati. Una soluzione a molti problemi ingegneristici richiede una combinazione di organizzazione, analisi, principi di problem solving e una rappresentazione grafica del problema. Un disegno tecnico anche se molto complesso deve comunque comunicare chiaramente tutte le informazioni dell’oggetto. In altre parole, deve essere preciso. 

Un aiuto a ingegneri e progettisti

È qui che entrò in gioco il CAD. I primi CAD vennero creati per per progettare, sviluppare e ottimizzare i prodotti con l’aiuto di una macchina. Il CAD consentiva infatti agli ingegneri progettisti di sviluppare il proprio lavoro sullo schermo di un computer, esportarlo per la produzione fisica, salvarlo per modifiche future. Quando fu introdotto per la prima volta, il CAD non era esattamente una proposta economica perché le macchine a quei tempi erano molto costose. La crescente potenza dei computer nella seconda parte del XX secolo, con l’arrivo dei minicomputer e successivamente del microprocessore, ha consentito a tutti gli ingegneri di utilizzare software CAD per rappresentare in modo accurato le dimensioni/proprietà dell’oggetto.

Famiglie di software per scopi e funzioni differenti

Dicevamo, quindi, che un software CAD (Computer Aided Design) è stato progettato per migliorare la modellazione 2D e 3D rispetto ai metodi tradizionali utilizzando carta e matita. Scopriamo insieme come funzionano i diversi tipi di CAD in ambiti come disegno tecnico 2D, la modellazione 3D e la stampa 3D. Possiamo dividere i software in esame in diverse macro-famiglie, utili per orientarsi alla scelta finale. 

Modellatori solidi parametrici

Questa classe di software è molto diffusa. I primi sw di modellazione 3D rientrano in questa categoria. Citiamo ad esempio Dassault Systèmes Catia, e PTC Creo, entrambi sviluppati negli anni ‘70 per seguire il ciclo di vita di un prodotto in ogni suo step. Tali software furono subito impiegati nell’industria Aerospaziale (un esempio su tutti la Boeing). Come funzionano questi applicativi? Semplificando, l’oggetto è un blocco solido con un listato di caratteristiche, modificabile in ogni momento (modellazione PARAMETRICA). Il principio alla base per la costruzione di oggetti è la geometria solida costruttiva (CSG).

La geometria solida costruttiva consente a un modellatore di creare un oggetto complesso utilizzando addizioni, sottrazioni o intersezioni tra solidi di base: sfere, cubi, piramidi, parallelepipedi, cilindri, coni, etc… (“primitive”). Queste operazioni sono definite “booleane”. Tra i sw più famosi di questa famiglia oggi, annoveriamo Autodesk Fusion, Autodesk TinkerCAD, Dassault Systemes SolidWorks. Oltre ad essere un  ottimo software solido-parametrico, Autodesk Fusion integra motori CAM/CAE per un dialogo perfetto con le macchine come le stampanti 3D. E’ inoltre un software che lavora in cloud per una co-progettazione in team (design collaborativo). 3DiTALY organizza mensilmente classi per imparare ad usare questo software in modo proficuo nel proprio lavoro.

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Modellatori di superfici a forma libera (NURBS)

Questi modellatori 3D sono i più impiegati negli studi di forma, dove è molto importante l’estetica. Pensiamo ad esempio alla carrozzeria di un auto, o a un oggetto di design per la cucina. Lavorano costruendo superfici NURBS (topologie rettangolari infinitamente flessibili e prive di spessore).

I bordi di questi pannelli rettangolari vengono “saldati” insieme tra loro per creare volumi chiusi (polisuperfici). Mentre i modellatori solido-parametrici partono quindi da un blocco solido, i modellatori NURBS iniziano piuttosto dal suo involucro. Metaforicamente, è come costruire oggetti usando dei fogli di carta. Tra i più famosi della famiglia citiamo Autodesk Alias e McNeel Rhinoceros. 
I nostri corsi di formazione su Rhinoceros (livello 1 e 2) sono parte fondante del 3DiTALY Training Center.  I nostri A.R.T. (Authorized Rhino Trainer) ti guideranno passo passo nella progettazione CAD con questo versatile e potente software, altamente personalizzabile e accessibile a tutti.

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Modellatori poligonali (box modelling)

Brevemente, questi sw usano una tecnica di modellazione 3D in cui si parte da forma primitiva molto elementare (es. scatola, cilindro, sfera, ecc.). Poi, attraverso un push e pull (spingi e tira) di facce vertici e lati si arriva ad un modello finale anche molto complesso. Il processo infine utilizza una serie di passaggi ripetitivi (algoritmo di suddivisione) per dare uno smoothing finale. E’ un approccio molto intuitivo, per questo molto utilizzato nell’industria dell’intrattenimento (animazione, gaming, cinema). I più famosi in questa categoria sono Cinema 4D, Autodesk Maya, Blender, e, tramite speciali moduli presenti nelle nuove versioni, anche Maxon ZBrush (con ZModeler) McNeel  Rhino (con QuadMesh e  SubD)  e Autodesk Fusion (con T-Spline). 

Modellatori per mesh / voxel (digital sculpting)

La scultura digitale è l’uso di un software che offre strumenti per spingere, tirare, levigare, afferrare, pizzicare o manipolare in altro modo un oggetto digitale come se fosse fatto di una sostanza reale come l’argilla.

Per usarli al meglio, dunque, va da sé che è necessaria una predisposizione artistica. Qui siamo infatti meno nel mondo della matematica e più nel mondo della creatività pura. Questi software si basano sulla manipolazione di mesh poligonali o di voxel (l’equivalente 3D dei pixel). I top player nel settore: Maxon ZBrush, Blender, Autodesk Mudbox, Pilgway 3DCoat.Sei un artista, uno scultore o un restauratore? L’approccio offerto da un software come Maxon ZBrush è ciò che ti serve. Ma per impararlo e risparmiare tempo ti consigliamo di iscriverti ad uno dei nostri corsi. In particolare, quello che unisce la scansione 3D alla post-produzione tramite scultura digitale.

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Modellatori per algoritmi generativi

Con questo tipo di progettazione, entriamo nel campo ingegneristico e nella ricerca. La progettazione generativa prevede la definizione di regole tramite script di programmazione e l’analisi dei risultati. Il sw più usato in tal senso è Grasshopper, plugin di Rhino.  Parametri e regole vengono impostati tramite piccoli blocchetti collegati tra loro.

Si ottengono studi di forme estetiche, studi di stabilità strutturale, e molto altro ancora. Padroneggiando la matematica che sta dietro a queste formule, non ci sono limiti a quello che si può sperimentare. Il più celebre di tutti è senza dubbio Grasshopper, plug-in gratuito di Rhino. Grasshopper uno strumento importantissimo per la manifattura additiva sostenibile, perché permette di alleggerire forme e peso nello sviluppo prodotti grazie alle strutture “lattice”, garantendo migliori performance e al contempo un risparmio di materiali e costi. Il modo migliore per imparare ad usarlo è seguire uno dei nostri corsi.

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Una tabella riassuntiva

Modellatori solido parametriciModellatori di superfici a forma libera (NURBS)Modellatori poligonali (box modelling)Modellatori per mesh / voxel (digital sculpting)Modellatori per algoritmi generativi
Settore di impiego idealeIngegneria, design industriale, ciclo di vita del prodotto, industria aerospaziale, meccatronica, meccanica, elettromeccanicaDesign di prodotto, automotive, architetturaCinema, animazione, design, videogaming
Arte, scultura, character design, oreficeriaProgettazione architettonica, product design
ProRapidità di esecuzione tecnica, grande controllo per prototipazione e produzioneOttimi per lo studio di forme
Approccio intuitivo alla creazione di forme
Approccio artistico che simula la sculturaAvanguardia nella sperimentazione e ricerca
Contro
Poco indicati per creazioni artistiche
Controllo impegnativo
sui raccordi (fillet)
Poco controllo su raggi e quote
Scarso controllo delle quote e delle misurazioniRichiede molta precisione e una buona conoscenza della matematica
Software più rappresentativiAutodesk Fusion

– Dassault Systèmes Catia

– Dassault Systèmes SolidWorks

– PTC Creo

– Autodesk TinkerCAD (per un primo approccio alla modellazione, anche per bambini)
– McNeel Rhinoceros

– Autodesk Alias
– Cinema 4D

– Autodesk Maya

– Blender

Maxon ZBrush (con ZModeler)
 
McNeel  Rhino (con QuadMesh e  SubD) 

Autodesk Fusion (con T-Spline)
Maxon ZBrush

– Blender

– Autodesk Mudbox

– Pilgway 3DCoat
Grasshopper (tramite Rhinoceros)

Integrazione CAD / CAM / CAE / FEM

Come abbiamo detto all’inizio di questa guida ai migliori software di modellazione 3D, Il CAD facilita il processo di produzione trasferendo informazioni dettagliate su un prodotto in un formato automatizzato che può essere interpretato universalmente da personale qualificato. Può essere utilizzato per produrre diagrammi bidimensionali o tridimensionali. L’utilizzo di strumenti software CAD permettono di visionare l’oggetto da qualsiasi angolazione, anche dall’interno guardando verso l’esterno. Uno dei principali vantaggi di un disegno CAD è che la modifica è un processo rapido rispetto al metodo manuale. Oltre all’ingegneria dettagliata di modelli 2D o 3D, il CAD è ampiamente utilizzato dalla progettazione concettuale e layout dei prodotti alla definizione della produzione dei componenti. Il CAD riduce i tempi di progettazione consentendo una simulazione precisa invece di costruire e testare prototipi fisici. L’integrazione del CAD con il CAM (Computer Aided Manufacturing), con il CAE (Computer Aided Engineering) e con l’analisi FEM (Metodo degli Elementi Finiti) semplifica ulteriormente lo sviluppo del prodotto. Il CAD è quindi oggi attualmente ampiamente utilizzato per prodotti industriali, film d’animazione e altre applicazioni. Dall’aerospaziale, all’elettronica alla produzione, il CAD è utilizzato in tutti i settori verticali.  Poiché il CAD incoraggia la creatività e accelera la produttività, sta diventando sempre più utile come strumento importante per la visualizzazione prima dell’implementazione effettiva di un processo di produzione. Questo è anche uno dei motivi per cui la formazione CAD sta acquisendo sempre più importanza. 

E l’intelligenza artificiale?

Come sappiamo, siamo nel pieno dell’Industria 5.0, cioè quella dove si sta affacciando in molti aspetti della nostra vita l’AI, cioè l’Intelligenza Artificiale. Naturalmente, anche il campo della progettazione 3D è stato contaminato da questa nuovo paradigma. I generatori di modelli 3D AI utilizzano l’intelligenza artificiale e algoritmi avanzati per creare modelli tridimensionali (3D) da un’ampia varietà di input, inclusi testo, immagini e video. L’integrazione dell’intelligenza artificiale generativa nella progettazione 3D sta trasformando quindi il modo in cui le scene 3D vengono create, animate e utilizzate nei settori globali. La capacità dell’intelligenza artificiale di analizzare rapidamente i dati e generare sofisticati modelli 3D con trame e materiali realistici sta aprendo un nuovo mondo di possibilità. Vari settori come l’intrattenimento, l’architettura, l’automotive e la sanità stanno applicando l’intelligenza artificiale generativa ai loro flussi di lavoro 3D con obiettivi molto ambiziosi.

Esistono diverse tecniche per i generatori di modelli 3D AI:

  1. Modelli da testo a 3D: il modello da testo a 3D AI consente di generare modelli 3D da descrizioni di testo. Ciò è utile in campi come l’architettura, il design o i giochi.
  2. Modelli da immagine a 3D: questa tecnica consente al sistema di intelligenza artificiale di convertire un’immagine 2D in un modello 3D completamente realizzato. I professionisti di settori come la visione artificiale, la realtà virtuale e l’intrattenimento preferiscono questo metodo.
  3. Modelli da video a 3D: comunemente utilizzati in aree come la robotica, i veicoli autonomi e la realtà aumentata, i generatori di video in 3D possono creare un modello 3D dal video caricato nel sistema.

Tra i software più diffusi attualmente, annoveriamo Alpha 3D (NVIDIA), Bubbles (BOOM Interactive)Spline, Meshcapade, 3dfy, Masterpiecex

3DiTALY rivenditore dei migliori software 3D per la progettazione professionale. 

Siamo giunti al termine di questa guida. E vogliamo concludere con un invito: se sei un professionista o fai parte di un’azienda, affidati al channel partner giusto per fornirti delle licenze necessarie alla progettazione 3D! In 3DiTALY trovi uno store online sempre disponibile per acquistare i software CAD 3D che preferisci. Possiamo essere dunque i tuoi partner di fiducia per vendita, installazione, assistenza e formazione sui migliori CAD 3D.

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