Ανοιχτού Κώδικα 3D Παραμετρικός CAD Μοντελιστής

Ξεκινώντας με το FreeCAD

Το FreeCAD είναι διαθέσιμο ως προσυγκροτημένοι εγκαταστάτες για Windows, macOS και Linux στη σελίδα τελευταίων εκδόσεων. Στο Linux, είναι συχνά διαθέσιμο μέσω του διαχειριστή πακέτων ή του κέντρου λογισμικού της διανομής σας. Για προγραμματιστές και προχωρημένους χρήστες, η δημιουργία από πηγαίο κώδικα υποστηρίζεται με χρήση CMake. Το επίσημο Εγχειρίδιο Προγραμματιστών παρέχει λεπτομερείς οδηγίες κατασκευής. Μόλις εγκατασταθεί, εκκινήστε το FreeCAD και εξερευνήστε τα εργασιακά περιβάλλοντα μέσω της γραμμής εργαλείων. Η κονσόλα Python και το σύστημα μακροεντολών επιτρέπουν αυτοματοποίηση και προσαρμογή. Για πόρους εκμάθησης, επισκεφθείτε τον οδηγό Οδηγός Έναρξης στο wiki του FreeCAD.

# Ubuntu/Debian
sudo apt install freecad

# macOS (Homebrew)
brew install --cask freecad

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

Παραμετρική 3Δ Μοντελοποίηση με το API της Python

Η μηχανή παραμετρικού μοντελοποίησης του FreeCAD επιτρέπει στους χρήστες να ορίζουν αντικείμενα με επεξεργάσιμες παραμέτρους, διευκολύνοντας τις επαναλήψεις σχεδίασης απλώς προσαρμόζοντας τις τιμές. Το Python API αποκαλύπτει ολόκληρη τη στοίβα μοντελοποίησης, επιτρέποντας στους προγραμματιστές να δημιουργούν πολύπλοκες γεωμετρίες προγραμματιστικά. Χρησιμοποιώντας τα εργαστήρια Part και PartDesign, μπορείτε να δημιουργήσετε πρωτότυπα, να εκτελέσετε Boolean λειτουργίες, να προσθέσετε στρογγυλοποιήσεις/κλίσεις, και να δημιουργήσετε χαρακτηριστικά όπως pads, pockets και revolutions—όλα μέσω Python. Αυτή η δυνατότητα είναι ουσιώδης για τη γενετική σχεδίαση, τη βελτιστοποίηση τοπολογίας και την ενσωμάτωση του CAD με ροές εργασίας προσομοίωσης ή κατασκευής. Το API υποστηρίζει τόσο αντικειμενοστραφείς όσο και λειτουργικές προσεγγίσεις, καθιστώντας το κατάλληλο για scripting, macros και πλήρη plugins. Με πρόσβαση στον υποκείμενο πυρήνα OpenCASCADE, το FreeCAD παρέχει γεωμετρικές λειτουργίες επαγγελματικού επιπέδου διατηρώντας την ευκολία χρήσης για αρχάριους.

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()

Πάνατ εργασίας Σχεδίασης 2Δ & Σχεδίασης

Το FreeCAD περιλαμβάνει ένα ισχυρό περιβάλλον σχεδίασης 2Δ ενσωματωμένο στη διαδικασία μοντελοποίησης 3Δ. Το εργαστήριο Sketcher επιτρέπει στους χρήστες να σχεδιάζουν προφίλ 2Δ περιορισμένα γεωμετρικά χρησιμοποιώντας γραμμές, τόξα, κύκλους και σπλάιν. Περιορισμοί όπως οριζόντιοι, κάθετοι, παράλληλοι, κατακόρυφοι και διαστασιακοί περιορισμοί εξασφαλίζουν ακριβή έλεγχο της γεωμετρίας του σκίτσου. Μόλις ολοκληρωθούν, αυτά τα σκίτσα χρησιμεύουν ως βάση για λειτουργίες 3Δ όπως εξωθήσεις, περιστροφές και lofts. Επιπλέον, το εργαστήριο Draft παρέχει εργαλεία για δημιουργία διανυσματικών σχεδίων 2Δ χωρίς περιορισμούς, ιδανικά για αρχιτεκτονικά σχέδια δαπέδων ή τεχνικές εικονογραφήσεις. Το εργαστήριο Drawing επιτρέπει τη δημιουργία ορθογώνιων προβολών, τομών και σχολιασμένων σχεδίων από μοντέλα 3Δ, υποστηρίζοντας τεχνική τεκμηρίωση συμβατή με ISO με διαστασιολόγηση, ανοχές και λειτουργίες λίστας υλικών.

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()

Σχεδίαση Συναρμολόγησης & Επίλυση Περιορισμών

Το FreeCAD υποστηρίζει σύνθετη μοντελοποίηση συναρμολόγησης μέσω των εργασιακών χώρων Assembly4 και Assembly3, επιτρέποντας στους χρήστες να συνδυάζουν πολλαπλά μέρη σε λειτουργικούς μηχανισμούς. Οι συναρμολογήσεις δημιουργούνται χρησιμοποιώντας περιορισμούς όπως σύμπτωση, παράλληλο, κάθετο, εφαπτομένη και απόσταση για τον ορισμό σχετικών θέσεων και κινήσεων μεταξύ των στοιχείων. Ο επιλυτής ενημερώνει αυτόματα τη συναρμολόγηση όταν τροποποιείται οποιοδήποτε μέρος ή περιορισμός, διασφαλίζοντας την ακεραιότητα του σχεδίου. Αυτή η δυνατότητα είναι ζωτικής σημασίας για εργασίες μηχανολογικού σχεδιασμού όπως γρανάζια, συνδέσμους και σχεδιασμούς περιβλήματος. Οι συναρμολογήσεις μπορούν να εξαχθούν ως αρχεία STEP για συνεργασία με άλλα συστήματα CAD, και η προσομοίωση κίνησης είναι δυνατή μέσω ενσωμάτωσης με εξωτερικά εργαλεία όπως το Yade ή προσαρμοσμένα σενάρια Python. Η παραμετρική φύση του FreeCAD εξασφαλίζει ότι οι αλλαγές σε μεμονωμένα μέρη διαδίδονται αυτόματα στη συναρμολόγηση, μειώνοντας τις χειροκίνητες ενημερώσεις και ελαχιστοποιώντας τα σφάλματα.

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()

Εργαλεία BIM & Αρχιτεκτονικής Μοντελοποίησης

Το FreeCAD περιλαμβάνει εξειδικευμένα εργαλεία για το Building Information Modeling (BIM) και την αρχιτεκτονική σχεδίαση μέσω του εργαστηρίου Arch. Οι χρήστες μπορούν να δημιουργήσουν τοίχους, δάπεδα, στέγες, παράθυρα, πόρτες και δομικά στοιχεία χρησιμοποιώντας διαισθητικά παραμετρικά αντικείμενα. Αυτά τα αντικείμενα ενημερώνονται αυτόματα όταν αλλάζουν οι παράμετροι τους, υποστηρίζοντας επαναληπτικό σχεδιασμό και συμμόρφωση με τους κτιριακούς κώδικες. Το εργαστήριο υποστηρίζει εισαγωγή/εξαγωγή IFC (Industry Foundation Classes), επιτρέποντας διαλειτουργικότητα με λογισμικό BIM προτύπου βιομηχανίας όπως το Revit και το Archicad. Λειτουργίες όπως ο προγραμματισμός του χώρου, η ρύθμιση ενεργειακής ανάλυσης και η λήψη υλικών κάνουν το FreeCAD κατάλληλο για αρχικό στάδιο αρχιτεκτονικού σχεδίου και τεκμηρίωσης. Επιπλέον, τα εργαστήρια Draft και Sketcher ενσωματώνονται άψογα για τη δημιουργία ακριβών σχεδίων δαπέδων και υψομέτρων, ενώ το εργαστήριο Drawing παράγει έγγραφα κατασκευής με σημειώσεις, διαστάσεις και χρονοδιαγράμματα.

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()