freecad с чего начать
Основы работы в 3D редакторе FreeCAD. Часть 1
Пространства имён
Действия на странице
Основы работы в 3D редакторе FreeCAD. Часть 1
В этом сообщении речь пойдёт о простом, надёжном, бесплатном 3D редакторе, используемом нами для моделирования деталей роботов – FreeCAD. Возможно, рассказ может показаться излишне подробным, но я это делаю намеренно, чтобы эту статью можно было использовать в качестве инструкции для тех, кто не является «уверенным пользователем».
Для начала установим FreeCAD. Дистрибутив программы для Windows можно скачать здесь. Лучше устанавливать стабильную версию. Счастливым обладателям Linux рекомендую установить FreeCAD из репозиториев. Запустим редактор, настроим его для работы. Сначала выберем рабочий стол: Вид-Верстак-Part.
Создадим новый файл, слева увидим окна дерева документа, просмотра свойств и комбо панели. Закроем, кликнув мышкой в правом верхнем углу, окна дерева документа и просмотра свойств, оставив лишь комбо панель. Далее нажимаем Файл-Сохранить как, сохраняем проект под именем «Тест». Рабочий стол приготовлен к работе:
Теперь рассмотрим инструменты, которыми будем пользоваться. Они располагаются в верхней части окна.
Первая группа инструментов — стандартные виды
С их помощью мы сможем переключаться между видами и проекциями.
Слева-направо: Аксонометрический вид, Вид спереди, вид сверху и так далее. Переключаться между стандартными видами можно также клавишами Numpad: 0 — аксонометрия, 1 — вид спереди, 2 — вид сверху и т. д.
Вторая группа инструментов — панель основных фигур (примитивов)
Как видно, здесь представлены объемные фигуры: Куб, Цилиндр, Шар, Конус, Тор, а также кнопка создания примитивов. С помощью этих инструментов можно создать соответствующие объекты. Нажмем на кнопку «цилиндр».
На рабочем поле появился цилиндр, а в окне «модель» слева, появилось дерево, вверху название модели, в состав которой входит цилиндр. Потренируемся переключать виды модели, сверху, спереди, вернем аксонометрический вид. Теперь рассмотрим, как осуществляется навигация с помощью мыши. Картинка из инструкции с официального сайта [1] очень хорошо иллюстрирует эти возможности.
Единственное, на что хотелось бы обратить внимание: вращение, сначала нажать среднюю кнопку мыши (СКМ), не отпуская ее нажать левую, удерживая обе кнопки, вращать объект, двигая мышью. Потренируемся выбирать объект, вращать, перемещать, изменять масштаб. Чтобы вернуть объект к стандартному виду, нажмем кнопку «Аксонометрический вид». Нажмем в этой же группе инструментов кнопку «Создание параметризованных геометрических примитивов». Как видите, можно создавать еще несколько разных объектов, выберем из раскрывающегося списка призму. Нажмем кнопки «Создать» и «Закрыть».
Как мы видим, внутри цилиндра появилась призма. Теперь займемся изменением параметров объектов. В верхнем окне комбо панели выделим левой кнопкой мыши (ЛКМ) цилиндр, в окне внизу выберем вкладку данные.
Теперь в окне данных кликнем ЛКМ на значение параметра Radius и наберем на клавиатуре значение радиуса цилиндра 4,5mm. Кликнем ЛКМ на значение параметра Height (высота) и введем значение 5,5. Как видим, размеры цилиндра на рабочем поле изменились.
Теперь выделим ЛКМ в верхней части комбо панели призму. Важно: необходимо не забывать выделять в этом окне объект, с которым предполагается работать, потому что все параметры, размеры, местоположение все будет меняться в окне данных для выбранного объекта. Для призмы изменим сначала количество граней. Для этого кликнем ЛКМ на значение параметра Polygon и введем значение 5. Далее изменим положение призмы. Для этого в нижней части панели кликнем на значение Placement и нажмем на появившуюся с правой стороны окошка маленькую кнопку.
И, наконец, рассмотрим третью и последнюю группу инструментов, из тех, которыми мы будем пользоваться — группу логических операций с объектами.
Теперь отменим последнюю операцию, нажав Ctrl-Z. Объект исчез с экрана! Фигуры Призма и Цилиндр появились в комбо-панели, но надписи неактивны, серого цвета. Просто они стали невидимыми. Чтобы вернуть видимость объекту, нужно выделить фигуру в комбо-панели и нажать «пробел». Поступить так с обоими фигурами. Чтобы сделать объект невидимым, нужно действовать так же — выделить и нажать «пробел». Теперь, когда фигуры стали вновь видимыми, применим операцию «вычитание». Для этого сначала выделим в комбо панели фигуру из которой будем вычитать — Цилиндр, затем, зажав Ctrl, выделим фигуру, которую будем вычитать — призму, нажмем на кнопку вычитания («выполнить обрезку двух фигур»).
Нажмем на кнопки «Применить» и «Закрыть». Получился объект Cut, представляющий собой призму, из которой вырезана середина. Теперь попробуем удаление фигур. Кликнем ПКМ на объект Cut, выберем «удалить». Объект Cut исчез, появились вновь призма и пирамида. Удалим и их, сохраним проект и закроем программу.
Таким образом, в в первой части были рассмотрены некоторые инструменты, которые потребуются для создания деталей робота. Во второй части статьи будет рассмотрено пошаговое создание некоторых деталей для конкретного робота, который описан в статье Китайский робот и ScratchDuino 2.0.
Приступая к работе
Содержание
Введение
FreeCAD находится в стадии разработки c 2002 года, и предлагает большой список возможностей. Возможностей пока маловато, но он достаточно мощен для хобби или малых мастерских. Имеется быстрорастущее сообщество увлеченных пользователей, участвующих в форуме FreeCAD, и вы можете найти здесь множество примеров качественных проектов, разработанных с использованием FreeCAD. Смотрите так же использование FreeCAD в производстве.
Как и все проекты со свободным кодом, проект FreeCAD зависит от своего сообщества в своём росте, усилении возможностей и исправлении ошибок. Не забывайте об этом, используя FreeCAD, если он вам нравится, то вы можете сделать пожертвование и помочь FreeCAD разными способами, такими как написание документации и создании переводов.
Установка
Чтобы приступить к работе скачайте и установите FreeCAD. Информацию о текущей версии и последних обновлениях можно получить на странице загрузки. Инструкции по установке под определенные операционные системы изложены на следующих страницах: (Windows, Linux, Mac). Так же имеются готовые пакеты установки для Windows (.msi), Ubuntu и Debian (.deb), openSUSE (.rpm) и Mac OSX. FreeCAD доступен в менеджерах пакетов множества других дистрибутивов Linux. Существует исполняемый файл формата AppImage, который пригоден для запуска на большинстве современных 64-битных Linux систем. FreeCAD является программным обеспечением с открытым исходным кодом, что дает возможность, любому пользователю скачать исходный код и скомпилировать его самостоятельно.
Обзор интерфейса
Внешний вид интерфейса FreeCAD
Более подробное описание находится на странице интерфейс.
Основная концепция интерфейса FreeCAD в разделении её на верстаки. Верстаки представляют собой набор инструментов, приспособленных для отдельной задачи, такой как работа с сетками, или черчение двумерных объектов, или эскизов с направляющими. Текущий верстак можно переключить с помощью селектора верстаков. Есть возможность настроить инструменты каждого верстака, добавить их из другого верстака или даже создать самим, которые мы называем макросы. Широко используются в качестве стартовых точек верстаки PartDesign и Part.
При первом старте Вам будет показан центр запуска FreeCAD. Вот так он выглядит в версии 0.18:
Стартовая страница позволяет быстро переключиться на один из наиболее часто используемых верстаков, открыть один из последних файлов, или посмотреть последние новости из мира FreeCAD. Рабочий стол по умолчанию можно изменить в настройках.
Навигация в трехмерном пространстве
В FreeCAD есть несколько режимов навигации, которые меняют способ использования мыши для взаимодействия с объектами в трёхмерном окне и сам вид. Один из них сделан под тачпады, где средняя кнопка не используется. Нижеследующая таблица показывает режим по умолчанию, называемый CAD’ (Можно быстро сменить текущий режим навигации правым кликом на пустом месте трёхмерного вида):
Первые шаги в FreeCAD
FreeCAD ориентирован на создание высокоточных трёхмерных моделей, сохранение четкого контроля над этими моделями (сохранение возможности вернуться назад по истории модели и изменить параметры), и при необходимости изготовить эти модели (через трёхзмерную печать, станками с ЧПУ или на заводе). Поэтому он отличается от некоторых других трёхмерных приложений, сделанных для других целей, таких как создание анимации или игр. Его кривая обучения может быть сложной для освоения, особенно если это ваш первый контакт с 3D-моделированием. Если Вы застряли на каком-то месте, не забудьте, что дружественное сообщество пользователей на форуме FreeCAD способно быстро подсказать Вам решение.
Верстак, с которого Вы начнёте использование FreeCAD, зависит от типа работы, которую Вам надо выполнить: если Вам нужно работать над механической моделью, или вообще над любым небольшим объектом, Вам возможно подойдёт верстак PartDesign. Если Вы работаете на плоскости, то переключитесь на верстак Draft, или верстак Sketcher, который позволяет работу с ограничениями. Если Вам требуется разработка здания по BIM, переключитесь на Arch_Workbench. А если Вы привыкли к OpenSCAD, попробуйте верстак OpenSCAD. Также доступно множество внешних верстаков, разработанных сообществом.
Верстак можно переключить в любой момент, а так же настроить ваш верстак и добавить инструменты с других верстаков.
Работа с верстаками PartDesign и Sketcher
Верстак PartDesign спроектирован для создания сложных объектов, начиная с простых форм и добавляя и удаляя элементы (так называемые «features»), пока Вы не получите итоговый объект. Все элементы, которые Вы добавите во время моделирования, сохраняются в отдельном виде, называемом древом проекта, который так же содержит другие объекты вашего документа. Объект PartDesign можно понимать как последовательность операций, применяемых к результатам предыдущих, создавая одну большую цепочку. В древе проекта виден финальный объект, но Вы можете раскрыть его и восстановить все предшествующие стадии и изменить любые их параметры, которые автоматических обновят финальный объект.
Верстак PartDesign широко использует другой верстак, Sketcher. Он позволяет рисовать плоские эскизы, которые определяются установкой ограничений (Constraints) к двумерной форме. Например, Вы можете нарисовать прямоугольник и установить размер стороны применением ограничений к одной из сторон. Размеры этой стороны теперь могут быть изменены лишь при изменении ограничений.
Эти двумерные формы, созданные в верстаке эскизов, широко используются в верстаке PartDesign, например, для создания трёхмерных объёмов или черчения полей на гранях вашего объекта, которые затем будут выдолблены из вашего объёма. Вот типичный рабочий процесс PartDesign:
Что создаст объект вроде этого:
В любой момент Вы можете выделить оригинальный эскиз и изменить его или или изменить параметр выдавливания операции pad или pocket, что изменит итоговый проект.
Работа с верстаками Draft и Arch
Верстаки Draft и Arch действуют немного по-разному, хотя они следуют общим правилам для FreeCAD. Если коротко, Sketcher и PartDesign созданы в первую очередь для проектирования единых деталей, а Draft и Arch для работы с несколькими простыми объектами.
Верстак Draft предоставляет двумерные инструменты вроде тех, что можно найти в традиционных двумерных САПР вроде AutoCAD. Тем не менее двумерное черчение находится вне задач FreeCAD, и не ожидайте найти здесь полное множество инструментов, которые предлагают эти специализированные инструменты. Большинство инструментов верстака Draft работают не только на плоскости, но и в объёме, и получают пользу от специальных вспомогательных систем вроде выбора плоскости и привязки к объектам.
Верстак Arch добавляет FreeCAD инструмент BIM, позволяя создавать архитектурные модели через параметрические объекты. Верстак Arch зависит от других модулей, таких как Draft и Sketcher. Все инструменты Draft так же имеются в верстаке Arch, и большинство инструментов Arch используют вспомогательные системы Draft.
Типичный рабочий процесс с верстаками Arch и Draft может быть таким:
В результате получится следующее:
Дополнения, макросы и сторонние верстаки
Freecad, как программа с открытыми исходниками, даёт возможность улучшать свои верстаки дополнениями.
Принцип дополнений основан на разработке дополнений верстаков. Любой пользователь может разработать функцию, которая, по его или её мнению, отсутствует для нужд его/её, или даже сообщества. На форуме пользователь может запросить оценку, помощь форума. Он может поделиться, или нет, объектом его разработки, в соответствии с установленным им копирайтом. Это его выбор. Для разработки пользователю доступны функции для скриптов.
Есть два типа расширений:
Программирование
И в заключение, один из самых мощных свойств FreeCAD это скриптовое окружение. Из встроенной консоли python (или из любого другого внешнего скрипта python) можно получить доступ почти ко всем частям FreeCAD, создание и изменение геометрии, изменение отображения объектов на экране, а также доступ и изменение интерфейса. Скрипты могут быть использованы в макросах, с помощью которых легко создавать свои команды.
Сборник руководств по обучению (Tutorials)
Содержание
Если вы хотите внести свой вклад по написанию руководств и документации в вики, см. Общие рекомендации в Wiki Pages, так же вы можете прочесть tutorial guidelines.
Обратите внимание на версию FreeCAD, используемую в учебнике, поскольку некоторые учебники могут использовать старую версию программы. Хотя общий процесс моделирования все еще может работать, некоторые инструменты могут быть изменены.
Архитектура и BIM
Учебник по архитектурному модулю (v0.14)
Это основное введение в верстак Arch. Он обширный и демонстрирует типичный рабочий процесс, начиная с импорта плана в формате DXF и до построения объёмной модели.
Моделирование BIM
Как смоделировать небольшой дом, создать синьки с помощью TechDraw и экспортировать в IFC.
Открытие окон и дверей (v0.18)
Как показать окна и двери открытыми в символах для изображения фасада и в плане, и сделать чертёж с помощью TechDraw.
Проектирование собственных окон (v0.18)
Как нарисовать пользовательские окна и двери используя Sketcher, и настроить их нормали для правильного расположения их на стенах.
Учебник по архитектурным панелям (v0.15)
Моделирование крышевой панели маленького домика, используя Sketcher, инструменты Window и Panel.
Моделирование в Wikihouse
Перемоделирование проекта WikiHouse с использованием эскизов и панелей, начиная с импорта сетки, созданной в SketchUp.
Моделирование деталей
FreeCAD предлагает два варианта рабочего процесса для моделирования деталей:
Имейте в виду, что рабочий процесс верстака PartDesign был значительно изменён начиная с FreeCAD 0.17, некоторые учебники ещё не обновлены и могут описывать версию 0.16.
Создание простейшей детали с помощью PartDesign (v0.17)
Введение в работу с PartDesign: трассировка эскизов, используя pad, pocket и перемещение объекта.
Базовый учебник Part Design (v0.17)
Моделирование простой детали с использованием методологии редактирования свойств: создание эскиза, используя pad, внешних ссылок, pocket и зеркала.
Модель стойки электрической зубной щётки (v0.16)
Использование нескольких свойств: эскиза, ограничений distance и coincident, pad, внешних ссылок, fillet, chamfer, линейных шаблонов и черновика.
Моделирование для проектирование продукта (v0.16)
Моделирование блока Лего: эскизы, ограничений вертикальной и горизонтальной дистанции, pad, pocket, внешней ссылки, линейных шаблонов и сборки.
Традиционное твердотельное моделирование
Моделирование стола использованием простейших тел вроде кубов и цилиндров, и применением к ним бинарных операций (fusions и обрезания).
Черновое руководство по ShapeString (v0.19)
Создание гравированного текста на твёрдом теле: выдавливание shapestring для превращения его в твёрдое тело, затем бинарное вычитание для вырезания его из другого тела.
Создание wiffle ball (v0.19)
Использование твердотельных примитивов, вроде кубов и цилиндров, и бинарных операций вроде объединения и резки, для создания выдолбленного шара.
Руководство базового моделирования
Создание железного уголка двумя методами: используя твердотельные примитивы и бинарных операций (CSG), и выдавливанием плоского профиля.
Учебник «Аэроплан»
Изучение расположения в FreeCAD созданием модели простого аэроплана. Изучение углов поворота, рыскания (Z), тангажа (Y) и крена (X).
Проект Raspberry Pi создал простые в работе учебники, в частности для новичков в системах САПР:
Черчение и эскизирование
Традиционное двумерное черчение
Черчение планов линиями, ломанными, прямоугольниками, дугами, добавление штриховки, аннотаций и размеров. Экспорт результатов в DXF.
Учебник Draft (v0.19)
Это базовое введение в инструменты верстака Draft: рабочая плоскость, сетка, линия, дуга, обновление, прямоугольник, окружность, полигон, массив, размеры, аннотации и shapestring.
Справка по Sketcher (v0.18)
Это 70-страничный документ PDF, служащий детальным руководством для Верстака Sketcher. Он объясняет основы использования Sketcher, и проходит через множество деталей создания геометрических форм, и каждого из ограничений.
Базовое руководство по Sketcher (v0.19)
Это базовое введение в инструменты верстака Sketcher: конструктивный режим, линии, окружности, дуги, ограничения (равенство, вертикальности, горизонтальности, тангенциальности, расстояния, угла, радиуса).
Практика по ограничениям Sketcher (v0.19)
Обучение эффективным ограничениям эскиза. Предпочтение геометрических ограничений перед численными ограничениями.
Технические чертежи
Базовый учебник TechDraw (v0.17)
Это необходимое введение в инструменты верстака TechDraw: страница, вид, масштаб, вертикальные и горизонтальные размеры, аннотации, projection groups, привязывание размеров к трёхмерному виду.
Создание шаблона страницы (v0.17)
Инструкция создания шаблона страницы в Inkscape для использования с верстаком TechDraw. Определение размера листа, рисование рамки листа, определение фиксированного текста и редактируемых полей.
Измерение углов в отверстиях (v0.19)
Инструкции для добавления центральных линий и представление внутренних углов в отверстиях.
FEM (расчёт методом конечных элементов)
CalculiX cantilever FEM analysis (v0.17)
Этот пример включён в любую установку FreeCAD; он показывает базовый анализ вычислителем CalculiX FE. Вычищаем текущий результат, перезапускаем вычислитель, и смотрим в окне смещения и нагрузки деформированной сетки.
Простое введение в МКЭ (v0.17)
Это краткое введение в шаги, необходимые для выполнения анализа в верстаке FEM: моделирование Вашего объекта, создание сетки, добавление ограничений и сил, добавление материала, запуск вычислителя и визуализация результатов.
Анализ композитного блока методом конечных элементов (v0.17)
Изучение деформаций блока, сделанного из твёрдых ядер, окружённых мягким материалом: создание сеточных регионов, добавление материалов, установка ограничений сдвига, добавление сдвиговых нагрузок, запуск вычислителя и визуализация результатов на клиповой плоскости.
Анализ железобетона методом конечных элементов (v0.19)
Оценка уровня армирования железобетона для предотвращения растрескивания при растяжении или сдвиге.
Post-Processing of FEM results with Paraview (v0.19)
Этот учебник объясняет основы передачи данных из верстка FEM в Paraview и показывает некоторые опции и установки для показа данных.
ЧПУ и печать в 3D
Верстак Path для нетерпеливых
Это быстрое представление рабочего процесса верстака Path: создание работы, определение выхода, определение фрез, определение маршрутных операций, начало симуляции и генерация выходного файла с G-кодом.
Подготовка модели к трёхмерной печати (v0.16)
Преобразование твердотельного объекта в сеточный через верстак Mesh, экспорт сетки в формат STL, и использование Slic3r для генерации G-кода. Либо использование для генерации G-кода верстаков Cura или Path.
Визуализация
Создание визуализаций
Быстрое создание отрисованных изображений ваших тел с помощью POV-Ray и LuxRender, если они установлены в Вашей системе.
Учебник визуализации (v0.16)
Описание базового рабочего процесса верстака Raytracing с использованием POV-Ray или LuxRender: установка пути к трассировщикам лучей, создание проекта, установка позиций камеры, выбор модели, запуск трассировщика.
Robot workbench
Верстак Robot
Учебник по роботам (v0.17)
Симуляция движения индустриальных роботов: установка траектории, установка начальной позиции, изменение позиции робота, вставка различных точек пути, и симуляция движения робота.
Программирование
These are tutorials that are related to scripting or programming. They are geared towards more experienced users, who are already somewhat familiar with the program.
Здесь перечислены все учебники, которых нет в руководстве независимо от их качества. Если учебник имеется в Category:Tutorials, но нет в таблице, вставьте его сюда.