Otwarty 3D Parametryczny Modeler CAD

Rozpoczęcie pracy z FreeCAD

FreeCAD jest dostępny jako gotowe instalatory dla systemów Windows, macOS i Linux na stronie najnowszych wydań. W systemie Linux jest często dostępny poprzez menedżer pakietów dystrybucji lub centrum oprogramowania. Dla programistów i zaawansowanych użytkowników kompilacja ze źródeł jest wspierana przy użyciu CMake. Oficjalny Podręcznik Dewelopera zawiera szczegółowe instrukcje budowania. Po instalacji uruchom FreeCAD i przeglądaj środowiska pracy za pomocą paska narzędzi. Konsola Pythona i system makr umożliwiają automatyzację i dostosowywanie. Aby uzyskać materiały edukacyjne, odwiedź przewodnik Rozpoczęcie na wiki FreeCAD.

# Ubuntu/Debian
sudo apt install freecad

# macOS (Homebrew)
brew install --cask freecad

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

Parametryczne modelowanie 3D z API Pythona

Silnik modelowania parametrycznego FreeCAD pozwala użytkownikom definiować obiekty z edytowalnymi parametrami, umożliwiając iteracje projektowe poprzez proste dostosowywanie wartości. API Pythona udostępnia cały stos modelowania, pozwalając programistom tworzyć złożone geometrie programowo. Korzystając z warsztatów Part i PartDesign, możesz generować prymitywy, wykonywać operacje boolowskie, dodawać zaokrąglenia/fazowanie oraz tworzyć funkcje takie jak wypustki, kieszenie i obroty — wszystko za pomocą Pythona. Ta możliwość jest kluczowa dla projektowania generatywnego, optymalizacji topologicznej oraz integracji CAD z symulacjami lub procesami produkcyjnymi. API wspiera zarówno podejście obiektowe, jak i funkcyjne, co czyni je odpowiednim do skryptów, makr i w pełni funkcjonalnych wtyczek. Dzięki dostępowi do leżącego u podstaw jądra OpenCASCADE, FreeCAD zapewnia operacje geometryczne na poziomie profesjonalnym, zachowując jednocześnie prostotę obsługi dla początkujących.

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()

Środowisko szkicowania 2D i rysowania technicznego

FreeCAD zawiera solidne środowisko do rysowania 2D, zintegrowane z procesem modelowania 3D. Warsztat Sketcher pozwala użytkownikom rysować geometrycznie ograniczone profile 2D przy użyciu linii, łuków, okręgów i splajnów. Ograniczenia takie jak poziome, pionowe, równoległe, prostopadłe oraz wymiarowe zapewniają precyzyjną kontrolę nad geometrią szkicu. Po zakończeniu szkice służą jako podstawa dla funkcji 3D, takich jak wyciągnięcia, obroty i lofty. Dodatkowo warsztat Draft oferuje narzędzia do tworzenia wektorowych rysunków 2D bez ograniczeń, idealne do planów architektonicznych lub ilustracji technicznych. Warsztat Drawing umożliwia generowanie projekcji ortograficznych, widoków przekrojowych i rysunków z adnotacjami z modeli 3D, wspierając dokumentację techniczną zgodną z ISO, z wymiarowaniem, tolerancjami i funkcjami listy materiałów.

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()

Projektowanie zespołów i rozwiązywanie ograniczeń

FreeCAD obsługuje złożone modelowanie zespołów poprzez środowiska pracy Assembly4 i Assembly3, umożliwiając użytkownikom łączenie wielu części w funkcjonalne mechanizmy. Zespoły są budowane przy użyciu ograniczeń, takich jak współwspółliniowe, równoległe, prostopadłe, styczne i odległości, aby określić względne pozycje i ruchy między elementami. Solver automatycznie aktualizuje zespół, gdy jakakolwiek część lub ograniczenie zostanie zmodyfikowane, zapewniając integralność projektu. Ta funkcja jest kluczowa dla zadań inżynierii mechanicznej, takich jak przekładnie zębate, układy łącznikowe i projekty obudów. Zespoły mogą być eksportowane jako pliki STEP w celu współpracy z innymi systemami CAD, a symulacja ruchu jest możliwa dzięki integracji z zewnętrznymi narzędziami, takimi jak Yade lub własnymi skryptami Pythona. Parametryczna natura FreeCAD zapewnia, że zmiany poszczególnych części automatycznie propagują się do zespołu, redukując ręczne aktualizacje i minimalizując błędy.

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()

Narzędzia BIM i modelowania architektonicznego

FreeCAD zawiera specjalistyczne narzędzia do Modelowania Informacji o Budynku (BIM) i projektowania architektonicznego za pośrednictwem środowiska Arch. Użytkownicy mogą tworzyć ściany, podłogi, dachy, okna, drzwi i elementy konstrukcyjne przy użyciu intuicyjnych obiektów parametrycznych. Obiekty te automatycznie aktualizują się, gdy ich parametry się zmieniają, wspierając iteracyjne projektowanie i zgodność z przepisami budowlanymi. Środowisko obsługuje import/eksport IFC (Industry Foundation Classes), umożliwiając interoperacyjność z oprogramowaniem BIM standardowym w branży, takim jak Revit i Archicad. Funkcje takie jak planowanie terenu, konfiguracja analizy energetycznej i wyliczenia materiałów sprawiają, że FreeCAD jest odpowiedni do wczesnego etapu projektowania architektonicznego i dokumentacji. Dodatkowo, środowiska Draft i Sketcher integrują się płynnie w celu tworzenia precyzyjnych planów pięter i elewacji, podczas gdy środowisko Drawing generuje dokumenty budowlane z adnotacjami, wymiarami i zestawieniami.

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()