Donate

Традиционное двумерное черчение

Подготовка для 3D печати

Руководство: Начало

Верстак ПроектнаяДеталь (PartDesign) в FreeCAD - это универсальный инструмент для создания параметрических 3D-моделей, особенно полезный для проектирования твёрдых тел. Он позволяет начать с 2D-эскизов, которые затем могут быть преобразованы в 3D-объекты с помощью таких операций, как выдавливание, вращение, и вырезание. Этот верстак незаменим при проектировании деталей, требующих точности и параметрического контроля, поскольку изменения эскизов или элементов автоматически обновляют всю модель.

Одним из ключевых преимуществ верстака ПроектнаяДеталь (PartDesign) является его пригодность для создания деталей для 3D-печати. Поскольку для 3D-принтеров требуются цельные, водонепроницаемые модели, то верстак PartDesign гарантирует, что все элементы останутся в едином целостном корпусе. Это исключает такие распространённые проблемы, как зазоры или перекрывающиеся грани, которые могут вызвать проблемы при нарезке для 3D-печати. После завершения проектирования вы можете легко экспортировать модель в файл формата STL - формат, широко поддерживаемый 3D-принтерами. Это делает верстак PartDesign оптимальным вариантом для создания высококачественных объектов, пригодных для печати, будь то прототипирование, проектирование функциональных деталей или создание сложных моделей для 3D-печати.

Чтобы проиллюстрировать работу верстака PartDesign Workbench, давайте смоделируем эту хорошо известную деталь Лего (рус.)(англ.). Вы также можете обратиться к Уроку по базовым возможностям верстака Part Design 019, если хотите попробовать другой объект.

Теперь мы будем использовать только инструменты Скетчера (Sketcher) и ПроектнойДетали (PartDesign). Поскольку все инструменты из верстака Скетчер также включены в верстак Проектная Деталь, мы можем оставаться в верстаке Проектная Деталь, и нам не нужно будет переключаться между ними.

В верстаке FreeCAD ПроектнаяДеталь объекты строятся в основном из эскизов, которые представляют собой двумерные профили, состоящие из линейных сегментов, таких как линии, дуги или эллипсы, а также ряда ограничений. Эти ограничения задают определенные геометрические правила для эскиза и могут применяться как к самим сегментам, так и к их ключевым точкам, например конечным или центральным. Например, вы можете использовать вертикальное ограничение для линии, чтобы она была идеально вертикальной, или ограничение положения (фиксацию), чтобы зафиксировать конечную точку на месте, не позволяя ей перемещаться.

Эскиз считается полностью ограниченным, если каждая точка зафиксирована в нужном положении соответствующим количеством ограничений, то есть ни одна часть эскиза не может быть свободно перемещена. Полностью ограниченный эскиз - это идеальный вариант, поскольку он обеспечивает чёткое определение и стабильность конструкции, позволяя вносить предсказуемые изменения на более поздних этапах процесса проектирования. С другой стороны, если добавить больше ограничений, чем необходимо - так называемый эскиз с избыточными ограничениями - это может привести к конфликтам в геометрии. FreeCAD предупредит вас о любых избыточных или конфликтующих ограничениях, так как чрезмерное ограничение может вызвать проблемы при дальнейших операциях, таких как выдавливание или вырезание.

Добавление правильных ограничений - ключ к созданию стабильной параметрической модели. Тщательно сбалансировав ограничения, вы сможете легко изменять или корректировать эскизы, не нарушая геометрию. Такой контроль делает верстак Проектная Деталь мощным инструментом для точного параметрического моделирования, особенно для таких задач, как 3D-печать, где сохранение правильных геометрических соотношений имеет решающее значение для создания точных и функциональных деталей.

Эскизы имеют режим редактирования, где их геометрия и ограничения могут быть изменены. Когда Вы завершили редактирование, эскизы ведут себя как остальные объекты FreeCAD, и могут использоваться как строительные блоки для всех инструментов Проектной Детали и для других верстаков, вроде Деталь или Arch. Верстак Draft (Набросок) так же содержит инструменты, которые преобразуют объекты Набросков в объекты Эскизов и наоборот.

• Переключитесь на верстак Проектная Деталь.
• Нажмите на Создать Эскиз и выберите плоскость XY, которая является плоскостью "земли". Эскиз будет создан и сразу же перейдёт в режим редактирования, а вид будет повёрнут так, чтобы смотреть на эскиз ортогонально.
• Нарисуйте прямоугольник, выбрав инструмент Прямоугольник и укажите две угловые точки. Вы можете расположить эти две точки в любом месте, но не нажимайте на обе оси. Правильное расположение точек будет задано в одном из следующих шагов.
• Вы заметите, что к нашему прямоугольнику автоматически добавилась пара ограничений: вертикальные отрезки получили вертикальное ограничение, горизонтальные - горизонтальное, а каждый угол - ограничение "совпадение точек", которое скрепляет отрезки вместе. Вы можете поэкспериментировать с перемещением прямоугольника, перетаскивая его линии мышью, и вся геометрия будет по-прежнему подчиняться ограничениям.
• Сейчас наш эскиз недостаточно ограничен, поскольку в нём отсутствуют четыре ограничения: длина, ширина и позиционирование по осям X и Y. Отсутствие ограничений позволяет свободно перемещать эскиз по осям X и Y. Пока эти ограничения не определены, геометрия не полностью зафиксирована, то есть размер и положение эскиза можно изменять. Чтобы полностью определить эскиз, нам нужно применить ограничения, которые определят эти значения и зафиксируют эскиз в нужном положении.

• Теперь добавим ещё три ограничения:
  • Активируйте инструмент автоматические размеры, выберите один из вертикальных сегментов и установите его длину на 23,7 мм.
  • При активном инструменте выберите один из горизонтальных сегментов и установите его длину на 47,7 мм.
  • Активируйте ограничение симметричности, выберите верхнюю левую угловую точку прямоугольника, затем нижнюю правую угловую точку и, наконец, точку начала координат (точка пересечения красной и зелёной осей). Это позволит прямоугольнику оставаться в центре относительно начала координат, ограничивая диапазон его движения и обеспечивая симметрию относительно двух осей.
• Теперь вы заметите, что наш прямоугольник стал зелёным, что означает, что он полностью ограничен. Это означает, что все аспекты эскиза, включая его положение, размер и форму, теперь полностью определены и зафиксированы. Обычно эскизы полностью ограничены, так как это помогает сохранить контроль над конструкцией и предотвратить непредвиденные изменения при дальнейших операциях.

• Наш базовый эскиз теперь готов, мы можем закончить редактирование нажатием кнопки Закрыть на панели задач, или просто нажатием кнопки Escape. Если нужно, в любое время можно вернуться в режим редактирования двойным кликом на эскизе в древе проекта.
• Применим к эскизу инструмент Выдавливание, и зададим расстояние 14,4 мм. Прочие опции можно оставить по умолчанию:

• Инструмент Выдавливание похож на Деталь Выдавить из верстака Деталь, но с ключевым отличием: площадка всегда связана со своим эскизом и не может быть перемещена самостоятельно. Чтобы изменить положение выдавленной площадки, необходимо переместить базовый эскиз, убедившись, что площадка остается надёжно присоединённой. Выдавленная площадка всегда будет оставаться частью одного и того же тела, сохраняя непрерывность конструкции, что особенно полезно для сложных деталей, где элементы должны быть построены постепенно и согласованно друг с другом. Это добавляет стабильности вашей конструкции, особенно когда нужно убедиться, что всё правильно выровнено и закреплено на месте.

• Давайте создадим восемь цилиндров на верхней грани блока. Сначала выделите верхнюю грань блока, а затем нажмите на Выровнять по выбранному, чтобы выровнять вид по этой грани. Это обеспечит чёткий и прямолинейный вид, что облегчит точное размещение цилиндров.
• Нажмите на Создать эскиз. Новый эскиз будет создан прямо на верхней грани.
• Создайте два круга в любом месте.
• Выберите центр обоих кругов и ось x (красная линия). Затем нажмите на ограничение симметрии.
• Выберите ребро каждого круга и примените ограничение равенства.
• Используя автоматические размеры, установите диаметр одной окружности на 7,2 мм. Поскольку мы уже ограничили оба круга одинаковым диаметром, нет необходимости задавать диаметр второго круга - он автоматически будет соответствовать первому.
• Теперь нам нужно расположить круги относительно рёбер грани. Однако вы можете заметить, что мы не можем выбрать какие-либо точки или рёбра напрямую. Чтобы решить эту проблему, мы можем использовать Внешнюю геометрию для привязки к рёбрам грани, что позволит нам точно ограничить окружности относительно грани. Нажмите на кнопку и выберите левое ребро грани. Теперь это ребро будет выделено красным цветом, и вы сможете создать на ней опорные точки, что позволит применить ограничения для точного расположения окружностей относительно рёбер грани.
• Теперь вы можете установить расстояние от центра по оси X и Y для одной из окружностей равным 6 мм. Поскольку окружности ограничены друг другом, вторая окружность будет скорректирована соответствующим образом.

• Обратите внимание ещё раз на то, что когда вы фиксируете положение и размеры всего в эскизе, он становится полностью ограниченным. Это позволяет всегда быть начеку. Теперь вы можете изменить первый эскиз, и всё, что мы сделали после этого, останется верным.
• Выйдите из режима редактирования, выберите этот новый эскиз и создайте Выдавливание размером 2,7 мм:

• Поскольку мы использовали верхнюю грань нашего базового блока в качестве основы для нового эскиза, любая операция проектирования деталей, применённая к нему, будет правильно построена поверх базовой формы. Две окружности не являются независимыми объектами; они будут выдавлены непосредственно из существующего блока. В этом заключается ключевое преимущество работы в верстаке Проектная Деталь - при условии, что каждый шаг строится на основе предыдущего, вы эффективно создаёте единый, целостный твёрдотельный объект.
• Теперь мы можем продублировать наши два цилиндра четыре раза. Выберите последнее из только что созданных Выдавливаний.
• Нажмите кнопку Линейный массив.
• Задайте ему длину (length) 36 мм (это общий "пролёт", в который мы хотим вписать наши копии) в направлении "горизонтальная ось эскиза (horizontal sketch axis)" и укажите 4 в качестве числа повторений (occurrences):

• Теперь мы вырежем внутреннюю часть блока, используя инструмент Карман, который является версией инструмента Деталь Обрезать для верстака ПроектнаяДеталь. Чтобы сделать вырез, мы создадим эскиз на нижней грани нашего блока, который будет использоваться для удаления части блока.
• Выбрав нижнюю грань, нажмите Создать Эскиз.
• Нарисуйте на грани Прямоугольник.
• Примените ограничение симметрии, выбрав верхнюю левую угловую точку прямоугольника, затем нижнюю правую угловую точку и, наконец, точку начала координат (точка пересечения красной и зелёной осей).
• С помощью Внешней геометрии спроецируйте левое ребро нижней грани. Обратите внимание, что оно будет выделено красным цветом.
• Выберите верхнюю конечную точку левого ребра нижней грани и левый верхний угол прямоугольника. Установите расстояния по горизонтали и вертикали между этими точками на 1,8 мм с помощью автоматического Размера.

• Создайте окружность, щёлкнув на оси X (красная линия), а затем щёлкнув в другой точке, удаленной от оси X. Это автоматически ограничит центр круга, чтобы он лежал на оси X. Повторите этот шаг, чтобы создать ещё две окружности с центрами на оси X.
• Выделите рёбра всех трёх окружностей и примените ограничение равенства.
• Установите диаметр одной окружности равным 9,765 мм.
• Установите расстояние между центром левого круга и левым ребром прямоугольника, который мы создали ранее, равным 10,2 мм.
• Установите расстояние между левой и средней окружностями на 12 мм. Повторите этот шаг, чтобы установить такое же расстояние в 12 мм между средней и правой окружностями.

• Мы почти закончили.
• Создайте три дополнительных окружности, следя за тем, чтобы каждая новая окружность была концентрична с одной из ранее нарисованных окружностей. В качестве альтернативы можно поместить новые окружности в любое место эскиза и использовать ограничение совпадения, чтобы выровнять их центры с центрами существующих окружностей.
• Выбрав все три круга, примените ограничение равенства.
• Установите диаметр одной окружности равным 7,2 мм.
• Теперь вы можете выйти из эскиза.

• Выберите готовый эскиз и используйте инструмент Карман c глубиной 12 мм.

• Вот и всё. Наш кирпичик готов. Если вы хотите изменить его цвет, вы можете сделать это, перейдя на вкладку Вид.

Вы можете заметить, что история моделирования в дереве проекта стала довольно обширной. Это невероятно ценно, поскольку позволяет нам в любой момент вернуться к любому этапу процесса проектирования и внести в него изменения. Например, адаптировать эту модель для создания элемента 2х2 вместо 2х4 не составит труда - достаточно лишь внести некоторые изменения в размеры и повторения массива. Эта же гибкость позволяет нам проектировать большие, нестандартные детали, которые не входят в оригинальный набор Лего. Параметрическая природа FreeCAD позволяет легко изменять существующие модели, давая нам полный контроль над адаптацией или расширением конструкции по мере необходимости.

Но мы также можем захотеть избавиться от истории, например, если мы собираемся смоделировать крепость с помощью этого блока, и мы не хотим, чтобы вся эта история повторялась 500 раз в нашем файле.

Есть два простых способа избавиться от истории: первый - использовать инструмент Создать простую копию из Верстака Деталь, он создаст копию нашей детали, которая больше не зависит от истории (после этого вы можете удалить всю историю), второй - экспортировать деталь в STEP-файл и импортировать её заново.

Загрузки

• Созданная во время этого упражнения модель: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/lego.FCStd

Читать далее

• Скетчер
• Верстак ПроектнаяДеталь
• Верстак Assembly2

Традиционное двумерное черчение

Подготовка для 3D печати

Руководство: Начало