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FreeCAD의 PartDesign 작업대(workbench)는 파라메트릭 3D 모델을 생성하기 위한 다재다능한 도구로, 특히 솔리드 바디 설계에 매우 유용합니다. 이 작업대에서는 먼저 2D 스케치로 시작한 뒤, 이를 
패드(Pad, 돌출), 
회전(Revolution), 
포켓(Pocket, 깎기)와 같은 연산을 통해 3D 객체로 변환할 수 있습니다. PartDesign 작업대(workbench)는 높은 정밀도와 파라메트릭 제어가 요구되는 부품 설계에 필수적이며, 스케치나 피처를 수정하면 모델 전체가 자동으로 갱신된다는 점이 큰 특징입니다.
PartDesign 작업대(workbench)의 핵심 장점 중 하나는 3D 프린팅용 부품 제작에 매우 적합하다는 점입니다. 3D 프린터는 솔리드이며 완전히 닫힌(워터타이트, watertight) 모델을 요구하는데, PartDesign 작업대(workbench)는 모든 피처가 하나의 일관된 바디(body) 안에서 유지되도록 보장합니다. 이로 인해 슬라이싱 과정에서 문제를 일으킬 수 있는 틈(gap)이나 겹치는 면(overlapping faces)과 같은 일반적인 오류를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 설계가 완료되면 모델을 STL 파일로 손쉽게 내보낼 수 있으며, 이 형식은 대부분의 3D 프린터에서 널리 지원됩니다. 이러한 이유로 PartDesign 작업대(workbench)는 프로토타입 제작, 기능성 부품 설계, 또는 정교한 3D 프린팅 모델 제작 등 다양한 용도에서 고품질의 출력 가능한 객체를 만들기 위한 대표적인 선택지입니다.
PartDesign 작업대(workbench)의 작동 방식을 설명하기 위해, 잘 알려진 레고 블록 하나를 모델링해 보겠습니다. 다른 객체로 실습해 보고 싶다면 기본 PartDesign 튜토리얼 019을 참고해도 좋습니다.
이제부터는 Sketcher 작업대(workbench) 및 PartDesign 작업대(workbench) 도구만을 전용으로 사용하겠습니다. Sketcher 작업대(workbench)의 모든 도구는 PartDesign 작업대(workbench)에도 포함되어 있으므로, PartDesign 작업대(workbench)에 그대로 머물러 두 작업대(workbench) 사이를 오가며 전환할 필요가 없습니다.
FreeCAD의 PartDesign 작업대(workbench)에서는 객체가 주로 스케치(Sketch)를 기반으로 만들어집니다. 스케치는 선, 호, 타원과 같은 선형 요소들과 일련의 구속조건(constraints)으로 구성된 2D 프로파일입니다. 이러한 구속조건은 스케치에 적용되는 기하학적 규칙을 정의하며, 선 요소 자체뿐만 아니라 끝점, 중심점과 같은 주요 점들에도 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 한 선에 수직 구속조건(vertical constraint)을 적용하면 해당 선을 항상 완전히 수직으로 유지할 수 있고, 위치(잠금, lock) 구속조건을 사용하면 끝점을 특정 위치에 고정하여 더 이상 움직이지 않도록 할 수 있습니다.
스케치의 모든 점이 필요한 수의 구속조건에 의해 완전히 위치가 고정되어 더 이상 어떤 부분도 자유롭게 움직일 수 없을 때, 해당 스케치는 완전 구속(fully constrained) 상태라고 합니다. 완전 구속 스케치를 만드는 것은 설계가 명확하고 안정적임을 보장하므로 이상적이며, 이후 설계 과정에서 변경을 가하더라도 예측 가능한 결과를 얻을 수 있습니다. 반대로, 필요 이상으로 구속조건을 추가한 경우를 과도 구속(over-constrained) 스케치라고 하며, 이는 기하 구조 내에서 충돌이나 모순을 일으킬 수 있습니다. FreeCAD는 이러한 중복되거나 충돌하는 구속조건이 있을 경우 이를 사용자에게 알려 주며, 과도 구속 상태는 이후의 돌출(extrusion)이나 컷(cut)과 같은 연산에서 문제를 유발할 수 있습니다.
적절한 구속조건을 추가하는 것은 안정적인 파라메트릭 모델을 만드는 데 핵심적인 요소입니다. 구속조건의 균형을 신중하게 맞추면, 기하 구조를 깨뜨리지 않고도 스케치를 쉽게 수정하거나 조정할 수 있습니다. 이러한 제어력 덕분에 PartDesign 작업대(workbench)는 정밀한 파라메트릭 모델링을 위한 강력한 도구가 되며, 특히 올바른 기하학적 관계를 유지하는 것이 중요한 3D 프린팅과 같은 작업에서 정확하고 기능적인 부품을 제작하는 데 매우 유용합니다.
스케치에는 편집 모드(edit mode)가 있으며, 이 모드에서는 스케치의 기하요소와 구속조건을 변경할 수 있습니다. 편집을 마치고 편집 모드를 종료하면, 스케치는 다른 FreeCAD 객체와 동일하게 동작하며 PartDesign 작업대(workbench)의 모든 도구를 위한 구성 요소(building block)로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, Part 작업대(workbench)나 Arch 작업대(workbench)와 같은 다른 작업대(workbench)에서도 활용할 수 있습니다. 또한 Draft 작업대(workbench)에는 Draft 객체를 스케치로 변환하거나, 스케치를 Draft 객체로 변환하는 도구도 포함되어 있습니다.
PartDesign 작업대(workbench)로 전환합니다.
New Sketch 버튼을 클릭하고, “지면(ground)” 평면인 XY 평면을 선택하세요. 스케치가 생성되며 즉시 편집 모드로 전환되고, 뷰는 스케치를 정투영(직각)으로 바라보도록 회전됩니다.
Rectangle 도구를 선택한 뒤 두 개의 모서리 점을 클릭하여 사각형을 그립니다. 두 점은 어디에 놓아도 되지만, 어느 축(axis)에도 클릭하지 마세요. 정확한 위치는 다음 단계 중 하나에서 설정하게 됩니다.- 사각형에 몇 가지 구속조건이 자동으로 추가된 것을 확인할 수 있습니다. 수직 변에는 수직 구속조건, 수평 변에는 수평 구속조건이 적용되며, 각 모서리에는 선분들을 서로 붙여 주는 점-점(point-on-point) 구속조건이 적용됩니다. 마우스로 선을 드래그해 사각형을 움직여 보아도, 모든 기하요소는 이러한 구속조건을 계속 따르게 됩니다.
- 현재 스케치는 미완전 구속(under-constrained) 상태이며, 네 가지 구속조건이 부족합니다. 즉 길이, 너비, 그리고 X·Y 위치에 대한 구속조건이 없습니다. 이 때문에 스케치를 X축과 Y축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있습니다. 이러한 구속조건들이 정의되기 전까지는 기하요소가 완전히 고정되지 않아, 스케치의 크기와 위치 모두가 조정 가능한 상태로 남아 있습니다. 스케치를 완전히 정의하려면, 이 값들을 지정하고 위치를 고정하는 구속조건을 적용해야 합니다.
- 이제 세 가지 구속조건을 더 추가하겠습니다:
automatic dimension 도구를 활성화한 뒤, 사각형의 수직 선분 중 하나를 선택하고 길이를 23.7 mm로 설정합니다.- 도구를 계속 활성화한 상태에서 수평 선분 중 하나를 선택하고 길이를 47.7 mm로 설정합니다.
symmetry constraint 도구를 활성화한 다음, 사각형의 왼쪽 위 모서리 점, 오른쪽 아래 모서리 점, 그리고 마지막으로 원점(origin)—빨간색 축과 초록색 축이 교차하는 점—을 차례로 선택합니다. 이렇게 하면 사각형이 원점을 기준으로 항상 중앙에 위치하게 되어, 이동 범위가 제한되고 두 축에 대해 대칭성이 유지됩니다.
- 이제 사각형이 초록색으로 바뀐 것을 확인할 수 있을 것입니다. 이는 스케치가 완전 구속(fully constrained) 상태임을 의미합니다. 즉, 위치, 크기, 형상을 포함한 스케치의 모든 요소가 완전히 정의되고 고정되었습니다. 일반적으로 스케치를 완전 구속 상태로 만드는 것은 좋은 작업 습관으로, 이후 연산 과정에서 설계에 대한 제어력을 유지하고 의도치 않은 변경을 방지하는 데 도움이 됩니다.
- 이제 기본 스케치가 준비되었습니다. 작업 패널 상단에 있는 닫기(Close) 버튼을 누르거나, Esc 키를 눌러 편집 모드를 종료할 수 있습니다. 나중에 필요하다면, 트리 뷰에서 스케치를 더블 클릭하거나, 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 뒤 스케치 편집(Edit sketch)을 선택하여 언제든지 다시 편집 모드로 들어갈 수 있습니다.
- 이제 Pad 도구를 사용해 스케치를 돌출(extrude)해 보겠습니다. 돌출 거리는 14.4 mm로 설정하고, 나머지 옵션은 기본값 그대로 두면 됩니다.
- Pad 도구는
Part Extrude와 유사하며, 이는 
Part 작업대(workbench)에 있는 도구입니다. 하지만 중요한 차이점이 하나 있습니다. 패드(Pad)는 항상 해당 스케치와 연결되어 있으며, 독립적으로 이동할 수 없습니다. 패드의 위치를 변경하려면 기본 스케치 자체를 이동해야 하며, 이를 통해 패드가 스케치에 확실히 연결된 상태로 유지됩니다. 또한 패드는 항상 같은 바디(body)의 일부로 남아 설계의 연속성을 유지합니다. 이는 여러 피처를 단계적으로 추가하고 서로 정렬된 상태로 유지해야 하는 복잡한 부품 설계에서 특히 유용합니다. 이러한 특성은 모든 요소가 올바르게 정렬되고 고정된 상태를 유지하도록 도와주어, 설계의 안정성을 한층 더 높여 줍니다.
- 이제 블록의 윗면에 있는 여덟 개의 원기둥을 만들어 보겠습니다. 먼저 블록의 윗면을 선택한 다음,
Align to selection 옵션을 클릭하여 뷰를 해당 면에 정렬합니다. 이렇게 하면 보다 명확하고 직접적인 시야를 확보할 수 있어, 원기둥을 정확하게 배치하기가 쉬워집니다. - New Sketch 버튼을 클릭합니다. 새 스케치는 선택한 윗면 위에 직접 생성됩니다.
circles 두 개를 원하는 위치에 그립니다.- 두 원의 중심점과 X축(빨간 선)을 선택한 뒤, symmetry constraint 옵션을 누릅니다.
- 각 원의 둘레(edge)를 선택하고
equal constraint를 적용합니다. - automatic dimension 도구를 사용하여 한 원의 지름을 7.2 mm로 설정합니다. 이미 두 원이 같은 지름을 갖도록 구속되어 있으므로, 두 번째 원의 지름을 따로 설정할 필요는 없으며 자동으로 첫 번째 원에 맞춰집니다.
- 이제 원들을 면의 가장자리를 기준으로 배치해야 합니다. 하지만 점이나 모서리를 직접 선택할 수 없다는 점을 확인할 수 있을 것입니다. 이를 해결하기 위해
External geometry 도구를 사용해 면의 모서리를 참조할 수 있습니다. 버튼을 누른 뒤 면의 왼쪽 모서리를 선택하세요. 해당 모서리는 빨간색으로 강조 표시되며, 이를 기준으로 참조점을 만들 수 있게 되어 원들을 면의 경계에 대해 정확히 구속할 수 있습니다. - 이제 원 중 하나의 중심점에 대해 X 및 Y 방향 거리를 각각 6 mm로 설정할 수 있습니다. 두 원은 서로 구속되어 있으므로, 두 번째 원도 이에 맞게 자동으로 조정됩니다.
- 다시 한 번 확인할 수 있듯이, 스케치의 모든 위치와 치수를 잠그면 스케치는 완전 구속(fully constrained) 상태가 됩니다. 이는 언제나 설계를 안전한 상태로 유지해 줍니다. 이제 첫 번째 스케치를 변경하더라도, 그 이후에 수행한 모든 작업은 서로 단단히 연결된 상태로 유지됩니다.
- 편집 모드를 종료한 뒤, 이 새 스케치를 선택하고 Pad 도구를 사용하여 2.7 mm 만큼의 패드를 생성합니다.
- 이번 새 스케치는 기본 블록의 윗면을 기반으로 만들어졌기 때문에, 여기에 적용되는 모든 Part Design 연산은 기본 형상 위에 올바르게 구축됩니다. 두 개의 원은 독립적인 객체가 아니라, 기존 블록에서 직접 돌출됩니다. 이것이 Part Design 작업대(workbench)에서 작업하는 핵심적인 장점입니다. 각 단계를 이전 단계 위에 차례로 쌓아 올리기만 하면, 결과적으로 하나의 일관되고 결합된 솔리드 객체를 만들 수 있습니다.
- 이제 이 두 개의 돌기(dots)를 네 번 복제하겠습니다. 방금 생성한 가장 최근의 Pad를 선택하세요.
Linear pattern 버튼을 누릅니다.- 길이를 36 mm로 설정합니다. 이 값은 복제된 형상들이 들어가야 할 전체 스팬(span)입니다. 방향은 “horizontal sketch axis"로 지정하고, 반복 횟수(occurrences)는 4로 설정하세요.
- 이제 Pocket 도구를 사용하여 블록의 내부를 파내겠습니다. 이 도구는 Part Cut의 PartDesign 버전입니다. 포켓을 만들기 위해, 블록의 아랫면에 스케치를 하나 생성하고, 이 스케치를 사용해 블록의 일부를 제거할 것입니다.
- 아랫면을 선택한 상태에서 New Sketch 버튼을 누르세요.
- 해당 면 위에 Rectangle를 하나 그립니다.
- symmetry constraint를 적용합니다. 사각형의 왼쪽 위 모서리 점, 오른쪽 아래 모서리 점, 그리고 마지막으로 원점(origin)—빨간색 축과 초록색 축이 교차하는 점—을 차례로 선택하세요.
- External geometry 도구를 사용하여 아랫면의 왼쪽 모서리를 선택합니다. 이전과 마찬가지로, 선택한 모서리가 빨간색으로 강조 표시되는 것을 확인할 수 있습니다.
- 아랫면 왼쪽 모서리의 윗쪽 끝점과 사각형의 왼쪽 위 모서리 점을 선택한 다음, automatic dimension 구속조건을 사용하여 이 두 점 사이의 수평 및 수직 거리를 각각 1.8 mm로 설정합니다.
- circle를 하나 생성합니다. X축(빨간 선) 위를 클릭한 다음, X축에서 떨어진 다른 한 점을 클릭하세요. 이렇게 하면 원의 중심이 자동으로 X축 위에 구속됩니다. 이 과정을 반복하여, 중심이 X축 위에 놓인 두 개의 원을 추가로 생성합니다.
- 세 개 원 모두의 둘레(edge)를 선택한 뒤, equal constraint를 적용합니다.
- 원 중 하나의 지름을 9.765 mm로 설정합니다.
- 왼쪽 원의 중심과 앞에서 만든 사각형의 왼쪽 모서리 사이의 거리를 10.2 mm로 설정합니다.
- 왼쪽 원과 가운데 원 사이의 거리를 12 mm로 설정합니다. 같은 방식으로 가운데 원과 오른쪽 원 사이의 거리도 12 mm로 설정하세요.
- 이제 거의 완료되었습니다.
- circles 세 개를 추가로 생성하되, 각각의 새 원이 앞에서 그린 원 중 하나와 동심(concentric)이 되도록 만드세요. 또는 새 원들을 스케치 안의 아무 위치에나 그린 뒤,
coincident constraint 도구를 사용하여 새 원의 중심을 기존 원의 중심과 일치시켜도 됩니다. - 세 개의 새 원을 모두 선택한 다음, equal constraint를 적용합니다.
- 원 중 하나의 지름을 7.2 mm로 설정합니다.
- 이제 스케치를 종료할 수 있습니다.
- 완성된 스케치를 선택한 다음, Pocket 도구를 사용하여 깊이 12 mm의 포켓을 생성합니다.
- 이것으로 끝입니다. 이제 브릭(brick)이 완성되었습니다. 색상을 변경하고 싶다면 보기(View) 탭으로 이동하여 설정할 수 있습니다.
트리 뷰의 모델링 이력이 꽤 길어졌다는 것을 확인할 수 있을 것입니다. 이는 매우 중요한 장점으로, 설계 과정의 어느 단계든 언제든지 되돌아가 수정할 수 있게 해 줍니다. 예를 들어, 이 모델을 2×4 브릭이 아닌 2×2 브릭으로 바꾸는 것도 매우 간단합니다. 몇 가지 치수 값과 패턴 반복 횟수만 조정하면 됩니다. 이러한 유연성 덕분에, 원래의 레고 세트에는 없는 더 크거나 사용자 정의된 부품도 쉽게 설계할 수 있습니다. FreeCAD의 파라메트릭 특성은 기존 모델을 손쉽게 수정할 수 있게 해 주며, 필요에 따라 설계를 자유롭게 확장하거나 변형할 수 있는 완전한 제어력을 제공합니다.
지만 경우에 따라서는 이력(history)을 제거하고 싶을 수도 있습니다. 예를 들어, 이 브릭을 사용해 성(castle)을 모델링하려는 경우, 파일 안에 이 전체 이력이 500번이나 반복되는 것을 원하지 않을 수도 있습니다.
이력을 제거하는 간단한 방법은 두 가지가 있습니다. 하나는 Part 작업대(workbench)에 있는 Create simple copy 도구를 사용하는 것으로, 이 방법은 이력에 더 이상 의존하지 않는 복사본을 생성합니다(이후에는 기존의 전체 이력을 삭제해도 됩니다). 다른 방법은 해당 부품을 STEP 파일로 내보낸 다음 다시 불러오는 것입니다.
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이 페이지에서 인용한 것은 https://wiki.freecad.org/Manual:Modeling_for_product_design