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2TECNOLOGÍA CAD-CAM

El acrónimo CIM significa computer integrated manufactu-ring (producción integrada computarizada) e indica sistemas de producción industrial integrados y automatizado entre los distintos sectores (planificación, ingeniería, producción, control de calidad, planificación y mercadeo o marketing), con el fin de minimizar los tiempos de desarrollo de un pro-ducto y optimizar la gestión de los recursos.

Las teconologías CAD/CAM representan un capítulo importante del CIM y su cadena de producción puede ser dividida en tres elementos básicos:

− el escaneo, operación que permite transformar un ob-jeto físico en una serie de datos numéricos (nube de puntos);

− el modelado CAD;− la producción mediante CAM y fresador.

El acrónimo CAD (Computer Aided Design, producción asistida por computadora) es realizado por un software de gráfica tridimensional e indica un proceso que permite rea-lizar diseños técnicos en 3D.

El acrónimo CAM (Computer Aided Manufacturing, pro-ducción asistida por computadora) define los procesos que permiten la construcción de productos que derivan de las elaboraciones CAD, a través de sistemas robotizados (fre-sadores).

La aplicación en odontología de los sistemas CAD/CAM tiene que ver con el escaneo de los modelos ortodónticos pa-ra archivo, la construcción de prótesis y la rápida realización de prototipos.

Esta última consiste en la producción de objetos en un tiempo breve y sin la ayuda de utensilios, obtenidos direc-tamente del modelo matemático mediante técnicas de adi-

ción (alternativa a las técnicas artesanales que trabajan por sustracción).

Es utilizada para la producción de modelos de las arcadas dentales en prótesis y modelos anatómicos en cirugía oral y maxilofacial para los fines de la planificación de las inter-venciones.

MÓDULOS LÓGICOS DEL AMBIENTE VIRTUAL

Para comprender la tecnología informática 3D es necesa-rio conocer los módulos lógicos de un ambiente virtual: el muestreo, el modelado y la interpretación o rendering.

Crear una representación de un modelo digital implica dos etapas: la representación abstracta (matemática) de la estructura, que consiste en un conjunto de informaciones geométricas y topológicas (modelado); y la representación de las formas sobre la pantalla de la computadora (rende-ring).

La construcción de superficies por muestreo (sampling) es un procedimiento aplicado principalmente en el ámbito del relieve digital; permite adquirir, a través de un proceso de escaneo, la geometría de los objetos; el resultado es una nube de puntos, más o menos densa, de acuerdo con la reso-lución del escáner (figura 1).

Existe una amplia gama de instrumentos para obtener ré-plicas virtuales de objetos físicos; en odontología se utilizan el escaneo láser y la proyección de patrones luminosos (luz estructurada).

El láser por escaneo es un dispositivo capaz de emitir un impulso electromagnético (láser) y de recibir la señal refle-jada, midiendo el intervalo de tiempo transcurrido y, por lo tanto, la distancia entre el instrumento y el punto detectado.

210 CERÁMICAS, ZIRCONIO Y CAD/CAM

Este sistema opera midiendo también decenas de miles de puntos por segundo formando nubes de puntos. Para cada medición (x, y, z) el sistema suministra la intensidad de la señal de retorno describiendo la superficie del objeto esca-neado. Los sistemas de funcionamiento más simples son la medición de la diferencia de fase y triangulación, los más complejos en la microscopía confocal y la tomografía óptica de coherencia de fase (figura 2).

El modelado es un proceso que lleva a la descripción de un objeto (modelo), de manera que sea utilizable en la fase de rendering; la tipología puede ser sólida (solid modeling o modelado sólido) y de superficie (surface modeling o mo-

delado superficial, boundary representation o representación de límites).

El modelado sólido permite describir porciones de volu-men del objeto; una aplicación típica es la tomografía com-putarizada, que utiliza como primitivo al voxel (element vo-lume o volumen del elemento).

El modelado de superficie describe sólo la forma exter-na, generando objetos vacíos. Existen diferentes técnicas de modelado que utilizan primitivas diferentes: curvas y super-ficies paramétricas (modelado spline o modelado en bandas, NURBS, patch o parches) y polígonos (modelado poligonal o mesh).

a b

Figura 1 a, b. Nube de puntos y modelo virtual realizados con escáner oral MHT.

a b

Figura 2 a, b. Principios de funcionamiento del escáner con laser.

Capítulo 2 TECNOLOGÍA CAD-CAM 211

B

El mesh poligonal es una descripción de la superficie, for-mada por un conjunto de polígonos de tal manera que cada uno aproxima una porción de superficie (figura 3).

Son utilizados, principalmente, triángulos, ya que son fáciles de representar, manipular y observar, además son re-construibles a partir de los datos obtenidos por muestreo en forma irregular; el rendering del triángulo es optimizado en muchos programas.

Las informaciones codificadas en el modelo en mesh triangular son de tipo geométrico (posición de los vértices, normalidad en los vértices) y de tipo topológico (conectivi-dad, relación entre triángulos).

Las representaciones más detalladas están constituidas por mesh de altísima resolución que contienen un elevado número de triángulos, pero presentan archivos y modelos pesados que requieren elaboraciones costosas y prolonga-das.

Un número reducido de triángulos aligera y simplifica la elaboración, pero determinan una pérdida en los detalles (figura 4).

Por lo general, la nube es procesada a través de algoritmos de modelado directamente para obtener una representación constituida por un mesh poligonal, pero los mesh poligona-les pueden ser creados también por otros tipos de represen-taciones (curvas y superficies paramétricas).

En otras palabras, el mesh poligonal es el mínimo común denominador de otros tipos de descripciones.

Por ejemplo, cada vez que renderiza o interpreta una su-perficie NURBS, esta es, antes que nada, transformada en un mesh poligonal, que es su aproximación.

En la gráfica 3D real time, las NURBS por lo general son utilizadas sólo para modelar un objeto; posteriormente se procede a la unión de bloques, para aproximar el objeto a un mesh poligonal en baja resolución, utilizable en tiempo real.

El rendering indica una serie de algoritmos al cual se so-mete la representación geométrica (modelado, descripción) de un objeto para obtener una imagen.

Cuando la descripción está constituida por mesh poli-gonales, las primitivas geométricas que son procesadas son grupos poligonales y el resultado es una imagen, es decir,

Figura 3 a, c. Esquema de representación de mesh poligonal: a) nube de puntos, b) representación abstracta, c) interpretación en la pantalla.

a

b

c

212 CERÁMICAS, ZIRCONIO Y CAD/CAM

Figura 4 . Mesh poligonales de lata (a, b) y baja resolución (c, d).

a b

c d

una matriz de pixels en donde a cada uno se le asocia un color.

Recapitulando, las fases del escaneo o de la elaboración de los datos son los siguientes:

− adquisición de las nubes de puntos mediante escáner (muestreo);

− pulido de la superficie de la nube de puntos, para reali-zar un filtrado del ruido causado principalmente por la