نمذج CAD ثلاثي الأبعاد بارامترية مفتوح المصدر

البدء مع FreeCAD

FreeCAD متاح كحزم مثبتة مسبقًا لأنظمة Windows و macOS و Linux على صفحة الإصدارات الأخيرة. على Linux، يتوفر غالبًا عبر مدير الحزم الخاص بتوزيعتك أو مركز البرامج. للمطورين والمستخدمين المتقدمين، يدعم البناء من المصدر باستخدام CMake. يقدم دليل دليل المطورين الرسمي تعليمات بناء مفصلة. بعد التثبيت، شغّل FreeCAD واستكشف بيئات العمل عبر شريط الأدوات. يتيح وحدة التحكم Python ونظام الماكرو الأتمتة والتخصيص. للحصول على موارد تعلم، زر دليل البدء على ويكي FreeCAD.

# Ubuntu/Debian
sudo apt install freecad

# macOS (Homebrew)
brew install --cask freecad

# Windows: Download from https://github.com/FreeCAD/FreeCAD/releases/latest

نمذجة ثلاثية الأبعاد بارامترية باستخدام API بايثون

يتيح محرك النمذجة البرامترية في FreeCAD للمستخدمين تعريف الكائنات بمعلمات قابلة للتحرير، مما يمكّن من تكرارات التصميم ببساطة عن طريق تعديل القيم. تُظهر واجهة برمجة التطبيقات Python (Python API) كامل طبقة النمذجة، مما يسمح للمطورين بإنشاء أشكال هندسية معقدة برمجياً. باستخدام ورشتي Part و PartDesign، يمكنك إنشاء الأشكال الأولية، إجراء عمليات بوليانية، إضافة الحواف المستديرة/المائلة، وإنشاء ميزات مثل الوسادات (pads)، الجيوب (pockets)، والدورات (revolutions) — كل ذلك عبر Python. هذه القدرة أساسية للتصميم التوليدي، تحسين الطوبولوجيا، وتكامل CAD مع محاكاة أو سير عمل التصنيع. تدعم الواجهة البرمجية كلًا من النهج الكائني والنهج الوظيفي، مما يجعلها مناسبة للبرمجة النصية، الماكرو، والإضافات الكاملة المميزات. مع الوصول إلى نواة OpenCASCADE الأساسية، يقدم FreeCAD عمليات هندسية بمستوى احترافي مع الحفاظ على سهولة الاستخدام للمبتدئين.

import FreeCAD as App
import Part

# Create document and object
doc = App.newDocument()
cube = doc.addObject("Part::Box", "Cube")
cube.Length = 10
cube.Width = 20
cube.Height = 30
App.ActiveDocument.recompute()

# Modify dimensions later
cube.Length = 15
App.ActiveDocument.recompute()

محطة عمل الرسم التخطيطي ثنائي الأبعاد والتصميم

يتضمن FreeCAD بيئة رسم تخطيطي ثنائية الأبعاد قوية مدمجة مع خط أنابيب النمذجة ثلاثية الأبعاد. يتيح ورشة عمل Sketcher للمستخدمين رسم ملفات تعريف ثنائية الأبعاد مقيدة بالهندسة باستخدام الخطوط والأقواس والدوائر والمنحنيات. تضمن القيود مثل الأفقية والرأسية والمتوازية والعمودية والقيود البُعدية تحكمًا دقيقًا في هندسة الرسم التخطيطي. بمجرد الانتهاء، تُستخدم هذه الرسومات كأساس للميزات ثلاثية الأبعاد مثل البثق، والدورات، واللوفت. بالإضافة إلى ذلك، توفر ورشة عمل Draft أدوات لإنشاء رسومات متجهة ثنائية الأبعاد بدون قيود، مثالية لخطط الطوابق المعمارية أو الرسوم التوضيحية التقنية. تمكّن ورشة عمل Drawing من توليد الإسقاطات المتعامدة، وواجهات القطع، والرسومات المشروحة من النماذج ثلاثية الأبعاد، داعمةً الوثائق التقنية المتوافقة مع ISO مع ميزات القياس، والتحمل، وقائمة المواد.

import FreeCAD as App
import Sketcher
import PartDesign

doc = App.newDocument()
Part = doc.addObject("PartDesign::Body")
Sketch = doc.addObject("Sketcher::SketchObject", "Sketch")
Sketch.Placement = App.Placement(App.Vector(0,0,0), App.Rotation(App.Vector(0,0,1),0))

# Add geometry
Sketch.addGeometry(Part.LineSegment(App.Vector(-10,0,0),App.Vector(10,0,0)),False)
Sketch.addGeometry(Part.LineSegment(App.Vector(10,0,0),App.Vector(10,10,0)),False)
Sketch.addGeometry(Part.LineSegment(App.Vector(10,10,0),App.Vector(-10,10,0)),False)
Sketch.addGeometry(Part.LineSegment(App.Vector(-10,10,0),App.Vector(-10,0,0)),False)

# Add constraints
Sketch.addConstraint(Sketcher.Constraint('Coincident',0,2,1,1))
Sketch.addConstraint(Sketcher.Constraint('Coincident',1,2,2,1))
Sketch.addConstraint(Sketcher.Constraint('Coincident',2,2,3,1))
Sketch.addConstraint(Sketcher.Constraint('Coincident',3,2,0,1))
Sketch.addConstraint(Sketcher.Constraint('Horizontal',0))
Sketch.addConstraint(Sketcher.Constraint('Vertical',1))

# Extrude
Pad = doc.addObject("PartDesign::Pad", "Pad")
Pad.Profile = Sketch
Pad.Length = 5
doc.recompute()

تصميم التجميع وحل القيود

يدعم FreeCAD نمذجة التجميع المعقدة من خلال ورشتي العمل Assembly4 و Assembly3، مما يتيح للمستخدمين دمج أجزاء متعددة في آليات وظيفية. يتم بناء التجميعات باستخدام قيود مثل المتطابقة، المتوازية، المتعامدة، المماس، والمسافة لتحديد المواقع النسبية والحركات بين المكونات. يقوم المحلل بتحديث التجميع تلقائيًا عندما يتم تعديل أي جزء أو قيد، مما يضمن سلامة التصميم. هذه القدرة حيوية لمهام الهندسة الميكانيكية مثل سلاسل التروس، الروابط، وتصاميم الأغلفة. يمكن تصدير التجميعات كملفات STEP للتعاون مع أنظمة CAD الأخرى، ويمكن محاكاة الحركة من خلال التكامل مع أدوات خارجية مثل Yade أو سكريبتات Python مخصصة. يضمن الطابع البراميتري لـ FreeCAD أن التغييرات في الأجزاء الفردية تنتقل تلقائيًا إلى التجميع، مما يقلل من التحديثات اليدوية ويقلل الأخطاء.

import FreeCAD as App
import Assembly4

doc = App.newDocument("Assembly")
# Add parts
Part1 = doc.addObject("Part::Box", "Block1")
Part1.Length, Part1.Width, Part1.Height = 10, 10, 10
Part2 = doc.addObject("Part::Cylinder", "Cylinder1")
Part2.Radius, Part2.Height = 3, 15

# Create assembly
asm = doc.addObject("App::Part", "Assembly")
asm.Type = "Assembly"
asm.addObject(Part1)
asm.addObject(Part2)

# Apply constraint (simplified)
# In practice, use Assembly4's Constraint class for full functionality
App.ActiveDocument.recompute()

أدوات نمذجة BIM والعمارة

يتضمن FreeCAD أدوات متخصصة لنمذجة معلومات البناء (BIM) والتصميم المعماري عبر بيئة العمل Arch. يمكن للمستخدمين إنشاء الجدران، الأرضيات، الأسقف، النوافذ، الأبواب، والعناصر الهيكلية باستخدام كائنات بارامترية بديهية. تقوم هذه الكائنات بالتحديث تلقائيًا عندما تتغير معلماتها، مما يدعم التصميم التكراري والامتثال للرموز البنائية. تدعم بيئة العمل استيراد/تصدير IFC (Industry Foundation Classes)، مما يتيح التوافق مع برامج BIM القياسية في الصناعة مثل Revit وArchicad. تجعل ميزات مثل تخطيط الموقع، إعداد تحليل الطاقة، واستخراج كميات المواد FreeCAD مناسبًا للتصميم المعماري في مراحله المبكرة والوثائق. بالإضافة إلى ذلك، تتكامل بيئات العمل Draft وSketcher بسلاسة لإنشاء مخططات طوابق وارتفاعات دقيقة، بينما تُنشئ بيئة العمل Drawing مستندات الإنشاء مع التعليقات التوضيحية، الأبعاد، والجداول.

import FreeCAD as App
import Arch

doc = App.newDocument("Building")
# Create wall
Wall = Arch.makeWall(length=5000, width=200, height=3000)
Wall.Base = Arch.makeSketch([0,0,0], [5000,0,0], [5000,200,0], [0,200,0])

# Create window
Window = Arch.makeWindow(1200, 1500)
Window.Base = Arch.makeSketch([1000,100,0], [2200,100,0], [2200,1600,0], [1000,1600,0])
Window.Host = Wall

App.ActiveDocument.recompute()