Arbeitsbereich Sketcher
Einleitung
Der Arbeitsbereich Skizzieren (Sketcher Workbench) wird wird verwendet, um 2D Geometrien zu erstellen. Sie dienen vor allem als Grundlage für das Erstellen und Bearbeiten von Körpern in der Arbeitsbereich Körper-Entwurf (PartDesign Workbench),Arbeitsbereich Architektur (Arch Workbench) und anderen. Generell wird eine 2D-Geometrie als Startpunkt für die meisten CAD-Modelle angesehen, weil eine 2D-Skizze ausgezogen werden kann, um eine 3D-Form zu erstellen. Desweiteren kann eine 2D-Skizze verwendet werden, um weitere Elemente, wie Taschen, Kanten oder Auszüge auf der vorher erstellten Form zu erstellen. Zusammen mit boolschen Operationen an Festkörpern, die im Arbeitsbereich Teile (Part Workbench) definiert werden, bildet der Skizzierer den Kern des Erstellens von Festkörpern.
Der Arbeitsbereich Skizzierer ( Sketcher Workbench) bietet Beschränkungen (constraints), um 2D-Formen mit genauen geometrischen Vorgaben zu erstellen. Ein Beschränkungslöser berechnet die Ausdehnung der Beschränkung auf die 2D-Geometrie und ermöglicht die interaktive Ermittlung von Freiheitsgraden der Skizze.
Eine vollständig bestimmte bzw. beschränkte Skizze
Grundlagen des Skizzierens mit Beschränkungen
Um zu erklären, wie der Skizzierer arbeitet, das Vorgehen mit dem "traditionellen" Skizzieren zu vergleichen.
Traditionelles Skizzieren
Der traditionelle Weg der CAD-Zeichnung entstammt dem alten Zeichnen auf dem Reißbrett [1]. [2] wurde manuell gezeichnet, um technische Zeichnungen zu erstellen. Objekte wurden genau mit dem gewünschten Maß und der gewünschten Dimension gezeichnet. Um eine horizontale Linie der Länge 100 mm un dem Startpunkt (0,0) zu zeichnen, wurde das Werzeug Linie gewählt und entweder im Bild angeklickt oder die (0,0)-Koordinaten des ersten Punktes eingegeben und dann die Position des zweiten Punktes angeklickt oder die Koordinaten (100,0) eingegeben. Oder die Linie wurde gezeichnet, ungeachtet deren Position und danach verändert oder bewegt. Danach wurden die Dimensionen zugewiesen.
Skizzieren mit Beschränkungen
Der Skizierer geht weg von diesem Vorgehen. Objekte müssen nicht exakt, wie benötigt, gezeichnet werden, weil dies später durch Beschränkungen festgelegt wird. Objekte können lose gezeichnet und geändert werden, solange sie nicht beschränkt wurden. Sie sind dabei fließend und können verschoben, gestreckt, gedreht, gedehnt usw. werden. Das gibt dem Entwicklungsprozess große Flexibilität.
Was sind Beschränkungen?
Anstatt Dimensionen werden Beschränkungen verwendet, um Freiheitsgrade eines Objektes zu begrenzen. Beispielsweise hat eine Linie ohne Beschränkung 4Freiheitsgrade (Degrees Of Freedom: abgekürzt " DOF "). Sie kann horizontal oder vertikal verschoben, oder gestreckt, oder rotiert werden.
Beginn und Ende des Skizzierens
Mehrere Objekt können untereinander beschränkt werden. Zwei Linien können durch einen ihrer Punkte, der dem anderen entspricht und beschränkt ist, verbunden werden. Es kann ein Winkel zwischen ihnen eingegeben werden, bzw. sie können senkrecht aufeinander stehen. Eine Linie kann eine Tangente zu einem Bogen oder einem Kreis sein usw. Eine umfangreiche Skizze mit mehreren Objekten kann viele unterschiedliche Lösungen haben. Und um die Skizze vollständig zu beschränken reicht es, nur eine der möglichen Lösungen zu wählen, indem man die zugehörigen Beschränkungen setzt.
Es gibt zwei Arten der Einschränkung: geometrisch und dimensional. Sie sind beschrieben in 'Die Werkzeuge', in einem Abschnitt weiter unten.
Wofür der Sketcher nicht geeignet ist
Die Sketcher ist nicht für die Herstellung von 2D-Plänen (Blaupausen) vorgesehen. Sobald Skizzen verwendet werden, um einen festen Körper zu erzeugen, werden sie automatisch verborgen. Abmessungen sind nur in Sketch-Bearbeitungsmodus sichbar.
Wenn Sie nur 2D-Ansichten zum Ausdrucken erzeugen und keine 3D-Modelle erstellen möchten, dann probieren Sie den Draft Arbeitsbereich.
Skizzier-Werkzeuge
Eine Skizze ist immer zweidimensional. Um einen Volumenkörper zu erzeugen, wird eine Skizze eines einzelnen umschlossenen Bereichs erstellt und dann entweder aufgepolstert (padded) oder gedreht, um die dritte Dimension hinzuzufügen und auf diese Weise aus einer 2D-Skizze einen dreidimensionalen Volumenkörper zu erzeugen.
Wenn im Skizzierer (Sketch) Bereiche sich einander überschneiden,
wird keine geschlossene Linie mit Unterlage (Pad) oder Drehen (Revolve) gebildet,
wenn irgendwo ein Punkt nicht direkt auf einem Bereich liegt,
oder wenn es Lücken zwischen Endpunkten und nahe liegenden Bereichen gibt.
Dies gilt nicht für Konstruktionsgeometrie.
Die zum eigentlichen Zeichnen (Erstellen der zweidimensionalen geometrischen Grundelemente) benutzten Werkzeuge sind unter Skizziergeometrien zusmmengefasst.
Die Werkzeuge
Die Werkzeuge des Sketch-Arbeitsbereich sind alle im Sketch-Menü zu finden, das beim Laden des Arbeitsbereichs erscheint.
- Skizze erstellen: Erstellen einer Skizze auf einer ausgewählten Fläche oder Ebene. Falls bei der Ausführung dieses Werkzeugs keine Fläche gewählt wurde, wird der Benutzer über ein Pop-Up-Fenster zur Auswahl einer Ebene aufgefordert.
- Skizze bearbeiten: Editiere die gewählte Skizze.
- Skizze verlassen Sketch: Beenden der Skizzier-Arbeit.
- Skizze anzeigen: Setzt die Modellansicht senkrecht zur Skizzierebene.
- View section: Erzeugt eine Schnittebene aus der Skizzierebene, die alle vor dieser liegende Objekte vorübergehend versteckt. introduced in version 0.18
- Skizze einer Fläche zuordnen...: Ordnet eine Skizze der vorher gewählten Fläche eines Volumenkörpers zu.
- Skizze neu ausrichten...: Erlaubt die Positionsänderung einer Skizze
- Skizze überprüfen: Erlaubt die Überprüfung der Toleranz von verschiedenen Punkten und ggf. Korrektur der Abweichungen.
- Skizzen zusammenführen: Führt zwei oder mehr Skizzen zusammen. eingeführt mit Version 0.15
- Skizze spiegeln: Spiegelt eine Skizze an der X-Achse, der Y-Achse oder dem Ursprung. eingeführt mit Version 0.16
Skizziergeometrien
Zum Zeichnen folgender zweidimensionaler geometrischer Grundelemente stehen Werkzeuge zur Verfügung:
- Punkt: Zeichnen eines Punktes.
- Linie: Zeichnen einer geraden Strecke mit Angabe der beiden Endpunkte.
- Einen Bogen erstellen: Dies ist ein Symbolmenü in der Sketcher-Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
- Kreisbogen: Zeichnen eines Bogens mit Angabe von Mittelpunkt, Radius und Anfangswinkel und Endwinkel.
- Kreisbogen mit 3 Punkten: Zeichnen eines Bogens mit Angabe der Endpunkte und eines dritten Punktes des Bogens.
- Einen Kreis estellen: Dies ist ein Symbolmenü in der Sketcher-Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
- Kreis: Zeichnen eines Kreises mit Angabe von Mittelpunkt und Radius.
- Kreis mit 3 Punkten: Zeichnen eines Kreises mit Angabe von drei Punkten des Kreises.
- Kegelschnitte:
- Ellipse: Zeichnen einer Ellipse mit Angabe des Zentrums und der beiden Hauptachsen-Endpunkte. eingeführt mit Version 0.15
- Ellipse mit 3 Punkten: Zeichnen einer Ellipse mit Angabe der beiden Endpunkte der großen und eines Endpunkts der kleinen Hauptachse. eingeführt mit Version 0.15
- Ellipsen-Bogen : Zeichnen eines Ellipsen-Bogens mit Angabe von Punkten. eingeführt mit Version 0.15
- Hyperbel-Bogen: Zeichnen eines Hyperbel-Bogens mit Angabe von Punkten. eingeführt mit Version 0.17
- Parabel-Bogen: Zeichnen eines Parabel-Bogens mit Angabe von Punkten. eingeführt mit Version 0.17
- Create a B-spline: Dies ist ein Symbolmenü in der Sketcher-Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
- Create B-spline: Zeichnen einer B-spline-Kurve durch die Kontrollpunkte. eingeführt mit Version 0.17
- Create periodic B-pline: Draws a periodic (closed) B-spline curve by its control points. eingeführt mit Version 0.17
- Linienzug (Polygonzug): Zeichnen eines Linienzuges aus geraden Strecken mit Angabe der beiden Endpunkte und der Zwischenpunkte. Drücken von M während der Erstellung eines Linienzuges schaltet zwischen den verschiedenen Modi um.
- Rechteck: Zeichnen eines Rechteck mit Angabe der beiden diagonal gegenüber liegenden Eckpunkte.
- Erstellen eines regelmäßigen Polygons: Dies ist ein Symbolmenü in der Sketcher-Werkzeugleiste, das die folgenden Befehle enthält:
- Gleichseitiges Dreieck erstellen: Zeichnen eines regelmäßigen Dreiecks innerhalb seines Umkreises. eingeführt mit Version 0.15
- Quadrat erstellen: Zeichnen eines regelmäßigen Vierecks innerhalb seines Umkreises. eingeführt mit Version 0.15
- Fünfeck erstellen: Zeichnen eines regelmäßigen Fünfecks innerhalb seines Umkreises. eingeführt mit Version 0.15
- Sechseck erstellen: Zeichnen eines regelmäßigen Sechsecks innerhalb seines Umkreises. eingeführt mit Version 0.15
- Siebeneck erstellen: Zeichnen eines regelmäßigen Siebenecks innerhalb seines Umkreises. eingeführt mit Version 0.15
- Achteck erstellen: Zeichnen eines regelmäßigen Achtfecks innerhalb seines Umkreises. eingeführt mit Version 0.15
- Create Regular Polygon : Draws a regular polygon by selecting the number of sides and picking two points: the center and one corner.
- Nut erstellen: Zeichnen eines Ovals mit Angabe des Mittelpunkts und des Radius eines der beiden Halbkreise und eines Endpunktes des anderen Halbkreises.
- Abrundung erstellen: Erstellt eine Abrundung zwischen zwei Linien, die an einem Punkt verbunden sind. Nach Auswahl zweier Linien oder des gemeinsamen Scheitelpunktes kann das Werkzeug aktiviert werden.
- Kante zuschneiden: Beschneidet eine Gerade, einen Kreis oder Bogen bis zur nächsten überlappenden Linie (Gerade, Kreis oder Bogen).
- Extend: Erweitert eine Linie oder einen Bogen bis zu einer begrenzenden Linie oder Kurve oder zu einem beliebigen Punkt. introduced in version 0.17
- Externe Geometrie: Erstellt eine Kante verbunden mit externer Geometrie.
- CarbonCopy: Kopiert die Geometrie einer anderen Skizze. introduced in version 0.17
- Konstruktionsmodus: Wechseln zwischen Skizzier- und Konstruktionsmodus. Konstruktionsgeometrie wird blau dargestellt und außerhalb des Skizzenänderungsmodus ausgeblendet.
Skizzierbeschränkungen
Beschränkungen werden benutzt, um Längen zu definieren, Regeln zwischen Skizzenelementen aufzustellen und die Skizze entlang der vertikalen und horizontalen Achsen festzulegen. Einige Beschränkungen benötigen die Verwendung von Hilfsbeschränkungen.
Gometrische Beschränkungen
Diese Beschränkungen sind nicht mit nummerischen Daten verknüpft.
- Coincident: Bestimmt wird, dass zwei Punkte (z.B. die Enden zweier Linien identisch sind (Punkt-zu-Punkt, sollten zwei Punkte von Linien zufällig aufeinander liegen, so werden sie zu einem gemacht; erst dann sind beide Linien wirklich verbunden)).
- Punkt auf Objekt: Setzt einen Punkt auf ein anderes objekt, wie z.B. einer Linie, einem Bogen oder einer Achse.
- Vertical: Als Richtung der ausgewählten Linien und Linienelemente wird die vertikale, d.h. die y-Richtung bestimmt. Vor der Anwendung der Beschränkung kann mehr als ein Objekt ausgewählt werden.
- Horizontal: Als Richtung der ausgewählten Linien und Linienelemente wird die horizontale, d.h. die x-Richtung bestimmt. Vor der Anwendung der Beschränkung kann mehr als ein Objekt ausgewählt werden.
- Parallel: Bestimmt wird die Parallelität zwischen zwei ausgewählten Geraden.
- Perpendicular: Bestimmt wird die Rechtwinkligkeit zwischen zwei ausgewählten Geraden oder einer Linie senkrecht zu einem Kreisbogenendpunkt.
- Tangent: Erzeugt eine Tangenten-Beschränkung zwischen zwei ausgewählten Entitäten oder eine kollineare Beschränkung zwischen zwei Liniensegmenten. Ein Liniensegment muss nicht direkt an einem Kreis oder Kreisbogen liegen, um Tangenten-beschränkt zu diesem Kreis oder Kreisbogen zu werden.
- Equal Length: Hergestellt wird die Gleichheit zwischen zwei Elementen. An Kreisen und Bögen wird der Radius gleich gesetzt. Wenn die Abmessung keines der gewählten Elemente noch nicht bestimmt ist, erhalten alle eine der bisherigen zufälligen Abmessung. Der Vorgang ist zu wiederholen, wobei von diesen nur ein Element und dazu ein Element mit bestimmter Abmessung zu wählen ist.
- Symmetrie festlegen: Bestimmt wird die symmetrische Lage von zwei Punkten beidseits einer Geraden oder die ersten beiden gewählten Punkte symmetrisch zu einem gewählten dritten Punkt.
- Constrain Block: Ermöglicht grundsätzlich das Blockieren eines geometrischen Elements mit einer einzigen Einschränkung. Es sollte besonders nützlich sein, mit B-Splines zu arbeiten. Siehe: Block Constraint forum topic. introduced in version 0.17
Dimensionale Beschränkungen
Sie werden mit nummerischen Daten in Verbindung gebracht. Dazu kann man Expressions verwenden. Die Daten können aus einer Tabelle, Arbeitsbereich Tabelle entnommen werden.
- Sperren: Fixiert wird die momentane Lage eines Elementes relativ zum Koordinaten-Ursprung (Bestimmen des vertikalen und horizontalen Abstands davon).
- Horizontalen Abstand festlegen: Bestimmt wird der horizontale Abstand zwischen zwei Punkten oder Linienenden. Wenn nur ein Element ausgewählt ist, wird der Abstand zum Koordinaten-Ursprung verwendet.
- Vertikalen Abstand festlegen: Bestimmt wird der vertikale Abstand zwischen zwei Punkten oder Linienenden. Wenn nur ein Element ausgewählt ist, wird der Abstand zum Koordinaten-Ursprung verwendet
- Distanz festlegen: bestimmt den direkten Abstand zwischen zwei Punkten oder die Länge einer Linie.
- Radius festlegen: Bestimmt wird der Radius eines Bogens oder Kreises.
- Winkel festlegen: Bestimmt wird der Winkel zwischen zwei Linien.
- Snell's Law: Beschränkt zwei Linien, um ein Brechungsgesetz einzuhalten, um das Licht zu simulieren, das durch eine Schnittstelle geht. introduced in version 0.15
- Internal Alignment: Richtet ausgewählte Elemente an der ausgewählten Form aus (z. B. eine Linie, um die Hauptachse einer Ellipse zu werden).
- Schalten der Einschränkungen von Gesteuert in Steuernd : Schaltet die Symbolleiste oder die ausgewählten Einschränkungen in den Referenzmodus um. Sobald bei Längenangaben der Wert bestätigt wird, wird diese wieder zur Steuernden Bemaßung introduced in version 0.16
Skizzierer Werkzeuge
- Select solver DOFs: Zeigt in GRÜN die noch nicht eingeschränkten Elemente der Skizze an introduced in version 0.18
- Close Shape: Erzeugt eine geschlossene Kontur durch das setzen der Koinzidenz Beschränkung der offenen Endenintroduced in version 0.15
- Connect Edges: Erzeugt verbundene Kontur durch das setzen der Koinzidenz Beschränkung der Linienendpunkte introduced in version 0.15
- Select Constraints: Selektiert die Einshränkungen eines Skizzenelements introduced in version 0.15
- Select Origin: Selektiert den Ursprung der Skizze introduced in version 0.15
- Select Vertical Axis: Selektiert die Vertikale Achse der Skizze introduced in version 0.15
- Select Horizontal Axis: Selektiert die Horizontale Achse der Skizze introduced in version 0.15
- Select Redundant Constraints: Selektiert die redundanten Einschränkungen der Skizze introduced in version 0.15
- Select Conflicting Constraints: Seöektiert die widersprüchlichen Einschränkungen der Skizze introduced in version 0.15
- Select Elements Associated with constraints: Selektiert Skizzenelemente mit Einschränkungen introduced in version 0.15
- Show/Hide internal geometry: Wiederholt fehlende / löscht nicht benötigte innere Geometrie einer ausgewählten Ellipse, eines Ellipsenbogens / einer Hyperbel / Parabel oder eines B-Splines.
- Symmetry: Kopiert ein Skizziererelement symmetrisch zu einer ausgewählten Linie introduced in version 0.16
- Clone: Klont ein Skizzierelement introduced in version 0.16
- Copy: Kopiert ein Skizzenelement introduced in version 0.16
- Move: Bewegt die ausgewählte Geometrie vom letzten Selektionspunkt aus . introduced in version 0.18
- Rectangular Array: Erstellt ein rechtwinkliges Array aus Skizzierelementen introduced in version 0.16
- Delete All Geometry: Löscht alle Geometrie aus der Skizze. introduced in version 0.18
- Delete All Constraints: Löscht alle Einschränkungen aus der Skizze. introduced in version 0.18
Skizze B-spline Werkzeuge
Sketcher Virtueller Raum
- Switch Virtual Space: Erlaubt es Einschränkungen vorübergehend unsichtbar zu machen. introduced in version 0.17 See https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=9&t=26614
Einstellungen
- Preferences...: Verfügbare Einstellungen der Skizziertools.
Mindestanforderung an eine Skizze
Das Erzeugen eines Körpers im Arbeitsbereich PartDesign ist bereits und nur mit Hilfe einer geschlossenen Kurve (Profil) möglich. Die vollständige Bestimmung all ihrer Abmessungen und Eigenschaften (fully constrained) ist dafür noch nicht erforderlich.
Dass eine geschlossene Kurve vorliegt, ist nicht selbstverständlich und nicht erkennbar. Beim Anschluss eines Kreisbogens an eine Gerade z.B. werden die beiden Endpunkte nur übereinander liegend erstellt. Sie müssen mit dem Werkzeug Punkt zu Punkt zu einem einzigen, Gerade und Kreisbogen tatsächlich verbindenden Punkt gemacht werden.
Eine einfache Skizze; links: Kurve nur an vier Stellen (rot, automatische Constraints beim Zeichnen mit ) geschlossen; Mitte: Warnung - ... broken face (unterbrochene Kurve); rechts: Kurve auch an restlichen vier Stellen (grün) geschlossen
Konsequentes parametrisches Arbeiten bedeutet allerdings, dass die Skizze vollständig bestimmt wird.
Vollständiges Bestimmen einer Skizze
Selbst eine noch relativ einfache Skizze kann schon Dutzende von Unbestimmtheiten (in der Combo-Ansicht als Zahl von "Freiheitsgraden" angegeben) enthalten. Sie erst am Ende alle gemeinsam zu beseitigen, ist eine relativ unübersichtliche Arbeit.
Eine einfache Skizze; vollständig bestimmt mit Hilfe von 25 Angaben (constraints), von denen nur 5 Abmessungs-Werte (numerische constraints) sind
Diese Arbeit ist übersichtlicher und einfacher, wenn man die "Freiheiten" jedes zugefügten geometrischen Elements sofort eliminiert, d.h. dieses vermaßt (also Werte für Dimensionen und Platzierungen angibt). Die jeweils vorläufige Vollständigkeit ist erreicht, wenn alle Linien grün angezeigt werden.
Wenn man bis zum Ende des Zeichnens mit dem Bestimmen abwartet, so findet man verbliebene "Freiheiten", indem man die Punkte und Linien mit dem Mauszeiger anfasst und feststellt, wo sie noch nicht fixiert sind. Bei endgültiger Vollständigkeit wird die gesamte Zeichnung grün angezeigt.
Stellt man versehentlich eine Übervermaßung her, erscheint eine Warnung in der Combo-Ansicht mit der Auffoderung, entsprechende Maßnahmen (constraints) rückgängig zu machen.
Tutorien
- Arbeitsbereich Skizzieren (Sketch) für Anfänger
- Arbeitsbereich Skizzieren (Sketch)
- Skizzierer-Mikroturorial - Praxis der Beschränkungen
- Getting started
- Installation: Download, Windows, Linux, Mac, Additional components, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Basics: About FreeCAD, Interface, Mouse navigation, Selection methods, Object name, Preferences, Workbenches, Document structure, Properties, Help FreeCAD, Donate
- Help: Tutorials, Video tutorials
- Workbenches: Std Base, Assembly, BIM, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Surface, TechDraw, Test Framework
- Hubs: User hub, Power users hub, Developer hub