Manual:Modelování pro design produktů

This page is a translated version of the page Manual:Modeling for product design and the translation is 100% complete.

Pracovní prostředí PartDesign v programu FreeCAD je univerzální nástroj pro vytváření parametrických 3D modelů, který je obzvláště užitečný pro návrhy pevných těles. Umožňuje vám začít s 2D náčrtky, které lze poté transformovat na 3D objekty pomocí operací, jako je Deska, Otáčka a Kapsa. Tato pracovní plocha je nezbytná pro navrhování dílů, které vyžadují přesnost a parametrickou kontrolu, protože změny v náčrtcích nebo prvcích automaticky aktualizují celý model.

Jednou z klíčových výhod pracovního prostředí PartDesign je jeho vhodnost pro vytváření dílů pro 3D tisk. Vzhledem k tomu, že 3D tiskárny vyžadují pevné, vodotěsné modely, PartDesign Workbench zajišťuje, že všechny prvky zůstanou v rámci jednoho souvislého tělesa. Tím se eliminují běžné problémy, jako jsou mezery nebo překrývající se plochy, které mohou způsobit potíže při slicovánípro 3D tisk. Jakmile je váš návrh hotový, můžete model snadno exportovat jako soubor STL – formát široce podporovaný 3D tiskárnami. Díky tomu je PartDesign Workbench ideální volbou pro vytváření vysoce kvalitních tisknutelných objektů, ať už se jedná o prototypy, návrh funkčních dílů nebo vytváření složitých modelů pro 3D tisk.

Abychom ilustrovali, jak funguje pracovní prostředí PartDesign, namodelujeme tento známý díl Lega. Pokud chcete vyzkoušet jiný objekt, můžete se také podívat na Základní návrh součásti – výukový program 019.

Nyní budeme používat výhradně nástroje Sketcher a PartDesign. Jelikož všechny nástroje z pracovního prostředí Sketcher jsou také součástí pracovního prostředí Part Design, můžeme zůstat v Part Design a nebudeme muset přepínat mezi těmito dvěma prostředími.

V pracovním prostředí PartDesign programu FreeCAD se objekty vytvářejí především ze skic, což jsou 2D profily složené z lineárních segmentů, jako jsou přímky, oblouky nebo elipsy, spolu s řadou vazeb. Tyto vazby určují konkrétní geometrická pravidla pro skicu a lze je aplikovat jak na samotné segmenty, tak na jejich klíčové body, jako jsou koncové nebo středové body. Například můžete použít vertikální vazbu na přímku, aby zůstala dokonale vertikální nebo vazbu polohy (zamknutí), aby se koncový bod nehýbal.

Náčrt je považován za plně zavazbený, když je každý bod uzamčen v poloze příslušným počtem vazeb, což znamená, že žádná část náčrtu nemůže být volně posunuta. Dosažení plně zavazbeného náčrtu je ideální, protože zajišťuje, že návrh je dobře definovaný a stabilní, což umožňuje předvídatelné změny v pozdější fázi procesu návrhu. Na druhou stranu, pokud je přidáno více vazeb, než je nutné – což se označuje jako nadměrně zavazbený náčrt – může to způsobit konflikty v geometrii. FreeCAD vás upozorní na jakékoli nadbytečné nebo konfliktní vazby, protože nadměrné vazby mohou způsobit problémy v dalších operacích, jako jsou extruze nebo řezy.

Přidání správných vazeb je klíčem k vytvoření stabilního parametrického modelu. Pečlivým vyvážením vazeb můžete snadno upravovat nebo přizpůsobovat náčrtky, aniž byste narušili geometrii. Díky této kontrole je Part Design Workbench výkonným nástrojem pro přesné parametrické modelování, zejména pro úkoly jako 3D tisk, kde je pro výrobu přesných a funkčních dílů zásadní zachování správných geometrických vztahů.

Náčrtky mají režim úprav, ve kterém lze měnit jejich geometrii a vazby. Po dokončení úprav a opuštění režimu úprav se náčrtky chovají jako jakýkoli jiný objekt FreeCADu a lze je použít jako stavební bloky pro všechny nástroje Part Design, ale také v jiných pracovních prostorech, jako jsou Part nebo Arch. Pracovní plocha Draft také obsahuje nástroj, který převádí objekty Draft na náčrtky a naopak.

Přepněte do Pracovního prostředí PartDesign.
Klikněte na tlačítko Vytvořit náčrt a vyberte rovinu XY, která je "zemní" rovinou. Náčrt bude vytvořen a okamžitě se přepne do režimu úprav, přičemž pohled se otočí tak, aby byl náčrt zobrazen ortogonálně.
Nakreslete obdélník výběrem nástroje Obdélník a kliknutím na dva rohové body. Tyto dva body můžete umístit kamkoli, ale neklikejte na žádnou z os. Správné umístění bodů nastavíte v jednom z následujících kroků.
Zjistíte, že k našemu obdélníku bylo automaticky přidáno několik vazeb: svislé segmenty dostaly svislé vazby, vodorovné segmenty vodorovné vazby a každý roh bodové vazby, které segmenty spojuje. Můžete si vyzkoušet pohybovat obdélníkem tažením jeho linií myší, veškerá geometrie bude i nadále vazby dodržovat.
V současné době je náš náčrt nedostatečně zavazben, protože mu chybí čtyři vazby: délka, šířka a poloha X a Y. Tento nedostatek vazbení vám umožňuje volně pohybovat náčrtem podél os X a Y. Dokud nejsou tyto vazby definovány, geometrie není plně uzamčena na místě, což znamená, že velikost i poloha náčrtu zůstávají nastavitelné. Abychom náčrt plně definovali, musíme použít vazby, které specifikují tyto hodnoty a uzamknou náčrt na místě.

Nyní přidáme další tři vazby:
- Aktivujte nástroj pro automatické rozměry, vyberte jeden ze svislých segmentů a nastavte jeho délku na 23,7 mm.
- S aktivním nástrojem vyberte jeden z vodorovných segmentů a nastavte jeho délku na 47,7 mm.
- Aktivujte nástroj pro symetrickou vazbu, vyberte levý horní roh obdélníku, poté pravý dolní roh obdélníku a nakonec počáteční bod (bod, kde se protínají červená a zelená osa). Tím zajistíte, že obdélník zůstane vycentrován k počátečnímu bodu, což omezí jeho rozsah pohybu a zajistí symetrii napříč oběma osami.
Nyní si všimnete, že náš obdélník zezelenal, což znamená, že je plně zavazbený. To znamená, že všechny aspekty náčrtu, včetně jeho polohy, velikosti a tvaru, jsou nyní plně definovány a uzamčeny na svém místě. Obecně je dobré zajistit, aby náčrtky byly plně zavazbeny, protože to pomáhá udržet kontrolu nad návrhem a zabraňuje nechtěným změnám během dalších operací.

Naše základní skica je nyní hotová, můžeme opustit režim úprav stisknutím tlačítka Zavřít v horní části panelu úkolů nebo jednoduše stisknutím klávesy Escape. Pokud to bude později potřeba, můžeme kdykoli znovu vstoupit do režimu úprav dvojitým kliknutím na skicu ve stromovém zobrazení nebo kliknutím pravým tlačítkem myši a stisknutím možnosti Upravit skicu.
Extrudujme ho pomocí nástroje Deska a nastavme vzdálenost 14,4 mm. Ostatní možnosti můžeme nechat na výchozích hodnotách:

Nástroj Deska je podobný nástroji Vysunutí v Pracovní ploše Part, ale s jedním zásadním rozdílem: deska je vždy propojena se svým náčrtem a nelze ji přesouvat samostatně Chcete-li změnit polohu desky, musíte přesunout základní náčrt a zajistit, aby deska zůstala pevně připevněna. Deska vždy zůstane součástí stejného tělesa, čímž se zachová kontinuita vašeho návrhu, což je zvláště užitečné u složitých dílů, kde je třeba prvky vytvářet postupně a vzájemně je sladit. To zvyšuje stabilitu vašeho návrhu, zejména pokud chcete zajistit, aby vše zůstalo správně vyrovnané a ukotvené na svém místě.

Vytvořme osm válců na horní ploše bloku. Nejprve vyberte horní plochu bloku a poté klikněte na možnost Zarovnat k výběru, aby se pohled zarovnal s touto plochou. Získáte tak jasný a přímý pohled, který usnadní přesné umístění válců.
Klikněte na tlačítko Vytvořit náčrt. Nový náčrt bude vytvořen přímo na horní ploše.
Vytvořte dva kruhy kdekoli chcete.
Vyberte střed obou kruhů a osu x (červená čára). Poté stiskněte možnost vazba symetrie.
Vyberte okraj každého kruhu a použijte vazbu shody.
Pomocí nástroje pro automatický rozměr, nastavte průměr jednoho kruhu na 7,2 mm. Jelikož jsme již oběma kruhům nastavily vazbu tak, aby měly stejný průměr, není třeba nastavovat průměr druhého kruhu – automaticky se přizpůsobí tak, aby odpovídal prvnímu kruhu.
Nyní musíme kruhy umístit vzhledem k hranám plochy. Můžete si však všimnout, že nemůžeme přímo vybrat žádné body ani hrany. K vyřešení tohoto problému můžeme použít nástroj pro vytvoření Externí geometrie k odkazu na hrany plochy, což nám umožní přesně navázat kruhy vzhledem k ploše. Stiskněte tlačítko a vyberte levou hranu plochy. Tato hrana se nyní zvýrazní červeně a budete k ní moci vytvořit referenční body, které vám umožní použít vazby pro přesné umístění kruhů vzhledem k okrajům plochy.
Nyní můžete nastavit vzdálenost mezi středy X a Y pro jeden z kruhů na 6 mm. Vzhledem k tomu, že kruhy jsou vzájemně zavazbeny, druhý kruh se odpovídajícím způsobem upraví.

Všimněte si, jak se opět po uzamčení polohy a rozměrů všech prvků ve skice stává skica plně zavazbená. Tímto způsobem budete vždy na bezpečné straně. Nyní můžete změnit první skicu, vše, co jsme udělali poté, zůstane nezměněno.
Opusťte režim úprav, vyberte tento nový náčrt a vytvořte desku o velikosti 2,7 mm:

Jelikož jsme jako základ pro tento nový náčrt použili horní plochu základního bloku, bude jakákoli operace návrhu součásti, která na něj bude aplikována, správně vytvořena na základním tvaru. Tyto dva kruhy nejsou samostatnými objekty; budou extrudovány přímo ze stávajícího bloku. To je hlavní výhoda práce v pracovním prostředí Part Design – pokud zajistíte, že každý krok navazuje na předchozí, efektivně vytváříte jeden souvislý pevný objekt.
Nyní můžeme naše dva body čtyřikrát zduplikovat. Vyberte poslední podložku, kterou jsme právě vytvořili.
Stiskněte tlačítko Lineární pole.
Nastavte délku 36 mm (což je celkové "rozpětí", do kterého se mají naše kopie vejít) ve směru "horizontální osy náčrtu" a vytvořte 4 výskyty:

Nyní vyřežeme vnitřek bloku pomocí nástroje Kapsa, což je verze nástroje Part Cut. Pro vytvoření kapsy vytvoříme náčrt na spodní straně našeho bloku, který bude použit k odstranění části bloku.
S vybranou spodní plochou stiskněte tlačítko Vytvořit náčrt.
Nakreslete Obdélník na plochu.
Použijte svazbu symetrie výběrem levého horního rohu a poté pravého dolního rohu a nakonec počátečního bodu (bod, kde se protínají červená a zelená osa).
Pomocí nástroje Externí geometrie vyberte levý okraj spodní plochy. Opět si všimněte, že bude zvýrazněn červeně.
Vyberte horní koncový bod levého okraje spodní plochy a levý horní roh obdélníku. Nastavte vodorovnou a svislou vzdálenost mezi těmito body na 1,8 mm pomocí vazby automatický rozměr.

Vytvořte kruh kliknutím na osu X (červená čára) a poté kliknutím na jiný bod mimo osu X. Tím se automaticky omezí střed kružnice tak, aby ležel na ose X. Tento krok opakujte a vytvořte další dvě kružnice se středy na ose X.
Vyberte hrany všech tří kruhů a použijte vazbu shody.
Nastavte průměr jednoho kruhu na 9,765 mm.
Nastavte vzdálenost mezi středem levého kruhu a levým okrajem obdélníku, který jsme vytvořili dříve, na 10,2 mm.
Nastavte vzdálenost mezi levým a středním kruhem na 12 mm. Tento krok opakujte, abyste nastavili stejnou vzdálenost 12 mm mezi středním a pravým kruhem.

We are almost done.
Vytvořte tři další kruhy ujistěte se, že každý nový kruh je soustředný s jedním z dříve nakreslených kruhů. Alternativně můžete nové kruhy umístit kamkoli do náčrtu a pomocí nástroje pro vazby totožnosti zarovnat jejich středy se středy existujících kruhů.
Výběrem všech tří kruhů se použije vazba totožnosti.
Nastavte průměr jednoho kruhu na 7,2 mm.
Nyní můžete skicu ukončit.

Vyberte dokončený náčrt a použijte nástroj Kapsa s délkou 12 mm.

A je to. Naše cihla je hotová. Pokud chcete změnit její barvu, můžete tak učinit na záložce Zobrazit.

Možná jste si všimli, že historie modelování ve stromovém zobrazení je poměrně rozsáhlá. To je velmi cenné, protože nám umožňuje kdykoli se vrátit a upravit jakýkoli krok v procesu návrhu. Například přizpůsobení tohoto modelu tak, aby vytvořil cihlu 2x2 namísto 2x4, by bylo hračkou – stačilo by jen několik úprav rozměrů a výskytu vzoru. Stejná flexibilita nám umožňuje navrhovat větší, přizpůsobené díly, které nejsou součástí původní sady Lego. Parametrická povaha FreeCADu usnadňuje úpravy stávajících modelů a dává nám plnou kontrolu nad přizpůsobením nebo rozšířením návrhu podle potřeby.

Ale také bychom se mohli chtít zbavit historie, například pokud chceme z této cihly modelovat hrad a nechceme, aby se celá tato historie opakovala v našem souboru 500krát.

Existují dva jednoduché způsoby, jak se zbavit historie. Jedním z nich je použití nástroje Vytvořit jednoduchou kopii v Pracovním prostředí Part, který vytvoří kopii našeho dílu, která již není závislá na historii (celou historii můžete poté smazat). Druhým způsobem je exportovat díl jako soubor STEP a znovu ho importovat.

Stažení