Podręcznik:Modelowanie tradycyjne, według CSG

From FreeCAD Documentation
This page is a translated version of the page Manual:Traditional modeling, the CSG way and the translation is 100% complete.

CSG to skrót od Constructive Solid Geometry i opisuje najbardziej podstawowy sposób pracy z geometrią brył 3D, który polega na tworzeniu złożonych obiektów poprzez dodawanie i usuwanie elementów do / z brył przy użyciu operacji logicznych, takich jak łączenie, odejmowanie lub przecinanie.

Jak widzieliśmy wcześniej w tym podręczniku, FreeCAD może obsługiwać wiele typów geometrii, ale preferowanym i najbardziej użytecznym typem dla tego rodzaju obiektów 3D, które chcemy projektować za pomocą FreeCAD, czyli obiektów świata rzeczywistego, jest bez wątpienia geometria bryłowa BREP, która jest obsługiwana głównie przez środowisko pracy Część. W przeciwieństwie do siatek wielokątów, które składają się tylko z punktów i trójkątów, obiekty BREP mają swoje powierzchnie zdefiniowane przez krzywe matematyczne, co pozwala na absolutną precyzję, niezależnie od skali.

Różnicę między nimi można porównać do różnicy między obrazami bitmapowymi i wektorowymi. Podobnie jak w przypadku obrazów bitmapowych, siatki wielokątów mają zakrzywione powierzchnie podzielone na serię punktów. Jeśli przyjrzysz się im bliżej lub wydrukujesz je w bardzo dużym rozmiarze, zobaczysz nie zakrzywioną, ale fasetowaną powierzchnię. Zarówno w przypadku obrazów wektorowych, jak i danych BREP, położenie dowolnego punktu na krzywej nie jest przechowywane w geometrii, ale obliczane na bieżąco, z dokładną precyzją.

W FreeCAD cała geometria oparta na BREP jest obsługiwana przez inne oprogramowanie typu open source, OpenCasCade. Głównym interfejsem między FreeCAD a jądrem OpenCasCade jest środowisko pracy Część. Większość innych środowisk pracy buduje swoją funkcjonalność na bazie środowiska Część.

Chociaż inne środowiska pracy często oferują bardziej zaawansowane narzędzia do budowania i manipulowania geometrią, ponieważ wszystkie one faktycznie manipulują obiektami środowiska Część, bardzo przydatna jest wiedza o tym, jak te obiekty działają wewnętrznie i umiejętność korzystania z narzędzi środowiska Część, ponieważ są one prostsze i często mogą pomóc w obejściu problemów, których bardziej inteligentne narzędzia nie są w stanie prawidłowo rozwiązać.

Aby zilustrować działanie środowiska Część, zamodelujemy ten stół, używając tylko operacji CSG (z wyjątkiem śrub, dla których użyjemy jednego z dodatków, oraz wymiarów, które zobaczymy w następnym rozdziale):

Utwórzmy nowy dokument (Ctrl + N lub menu Plik → Nowy), aby przechowywać nasz projekt tabeli. Dokument jest początkowo nazywany "nienazwanym" w zakładce Model w panelu Widoku złożonego, ale jeśli zapiszesz dokument (Ctrl + Shift + S lub menu Plik → Zapisz jako) jako nowy dokument FreeCAD o nazwie "table.FCStd", nazwa dokumentu zostanie zmieniona na "table", co wyraźniej identyfikuje projekt.

Teraz możemy przełączyć się do środowiska pracy Część i rozpocząć tworzenie naszej pierwszej nogi stołu.

  • Naciśnij przycisk Sześcian.
  • Wybierz sześcian, a następnie ustaw następujące właściwości (w zakładce Dane):
    • Długość: 80mm (lub 8cm, lub 0.8m, FreeCAD działa w każdej jednostce)
    • Szerokość: 80mm,
    • Wysokość: 75cm.
  • Zduplikuj sześcian, naciskając Ctrl + C, a następnie Ctrl + V (lub menu Edycja → Kopiuj i Wklej) (żadna zmiana nie będzie widoczna, ponieważ drugi obiekt nakłada się na pierwszy).
  • Wybierz nowy obiekt o nazwie Cube001, który został utworzony (kliknij na Cube001 w lewej zakładce Model).
  • Zmień jego położenie, edytując jego właściwość Placement:
    • Pozycja x: 8mm,
    • Pozycja y: 8mm.

Powinieneś otrzymać dwa wysokie sześciany, oddalone od siebie o 8mm:

  • Teraz możemy odjąć jeden od drugiego: Zaznaczamy pierwszy, czyli ten, który zostanie, następnie z wciśniętym klawiszem CTRL zaznaczamy drugi, który zostanie odjęty (kolejność jest ważna) i wciskamy przycisk Wytnij:

Zauważ, że nowo utworzony obiekt o nazwie "Cut" nadal zawiera dwie kostki, których użyliśmy jako operandów. W rzeczywistości obie kostki nadal znajdują się w dokumencie, zostały jedynie ukryte i zgrupowane pod obiektem Cut w widoku drzewa. Nadal można je wybrać, rozwijając strzałkę obok obiektu Cut i, jeśli chcesz, ponownie je wyświetlić, klikając je prawym przyciskiem myszy lub zmieniając dowolną z ich właściwości.

Możesz użyć narzędzia Cut i innych narzędzi logicznych również poprzez "Widok złożony" z funkcji logicznych. Daje to bardziej przejrzysty, ale dłuższy sposób wykonania.

  • Teraz utwórzmy trzy pozostałe stopy, powielając nasz sześcian bazowy 6 razy. Ponieważ pozostaje on nadal skopiowany, można go po prostu wkleić (Ctrl + V) 6 razy. Zmień ich położenie w następujący sposób:
    • Cube002: x: 0, y: 80cm
    • Cube003: x: 8mm, y: 79.2cm
    • Kostka004: x: 120cm, y: 0
    • Cube005: x: 119.2cm, y: 8mm
    • Cube006: x: 120cm, y: 80cm
    • Cube007: x: 119.2cm, y: 79.2cm
  • Teraz wykonajmy trzy pozostałe cięcia, wybierając najpierw sześcian "główny", a następnie sześcian, który ma zostać odcięty. Mamy teraz cztery obiekty Cut:

Być może myślisz, że zamiast powielać sześciokąt podstawy sześć razy, moglibyśmy powielić całą stopę trzy razy. To całkowita prawda, jak zawsze w FreeCAD, istnieje wiele sposobów na osiągnięcie tego samego rezultatu. Jest to cenna rzecz do zapamiętania, ponieważ w miarę jak będziemy przechodzić do bardziej złożonych obiektów, niektóre operacje mogą nie dać prawidłowego wyniku i często musimy wypróbować inne sposoby.

  • Teraz wykonamy otwory na śruby, używając tej samej metody cięcia. Ponieważ potrzebujemy 8 otworów, po dwa w każdej stopie, moglibyśmy wykonać 8 obiektów do odjęcia. Zamiast tego zbadajmy inne sposoby i stwórzmy 4 rurki, które zostaną ponownie wykorzystane przez dwie stopy. Utwórzmy więc cztery rurki za pomocą narzędzia Walec'. Możesz ponownie utworzyć tylko jeden i powielić go później. Nadaj wszystkim cylindrom promień 6 mm. Tym razem będziemy musieli je obrócić, co również odbywa się za pomocą właściwości Umieszczenie w zakładce Dane (Uwaga: zmień właściwość Oś przed ustawieniem Kąta, w przeciwnym razie obrót nie zostanie zastosowany):
    • Cylinder: wysokość: 130cm, kąt: 90°, oś: x:0,y:1,z:0, pozycja: x:-10mm, y:40mm, z:72cm
    • Cylinder001: wysokość: 130cm, kąt: 90°, oś: x:0,y:1,z:0, pozycja: x:-10mm, y:84cm, z:72cm
    • Cylinder002: wysokość: 90cm, kąt: 90°, oś: x:-1,y:0,z:0, pozycja: x:40mm, y:-10mm, z:70cm
    • Cylinder003: wysokość: 90cm, kąt: 90°, oś: x:-1,y:0,z:0, pozycja: x:124cm, y:-10mm, z:70cm

Zauważysz, że cylindry są nieco dłuższe niż to konieczne. Dzieje się tak dlatego, że podobnie jak we wszystkich aplikacjach 3D opartych na bryłach, operacje logiczne we FreeCAD są czasami nadwrażliwe na sytuacje powierzchnia-na-powierzchni i mogą zawieść. Robiąc to, stawiamy się po bezpiecznej stronie.

  • Teraz wykonajmy odejmowanie. Wybierz pierwszą stopę, a następnie, z wciśniętym klawiszem CTRL, wybierz jedną z rur, które ją przecinają, naciśnij przycisk Wytnij. Otwór zostanie wykonany, a rura ukryta. Znajdź ją w widoku drzewa, rozwijając przebitą stopę.
  • Wybierz inną stopę przebitą przez tę ukrytą rurkę, a następnie powtórz operację, tym razem CTRL + wybierając rurkę w widoku drzewa, ponieważ jest ona ukryta w widoku 3D (możesz również uczynić ją ponownie widoczną i wybrać ją w widoku 3D). Powtórz tę czynność dla pozostałych stóp, aż każda z nich będzie miała dwa otwory:

Jak widać, każda stopa stała się dość długą serią operacji. Wszystko to pozostaje parametryczne i w każdej chwili można zmienić dowolny parametr dowolnej ze starszych operacji. We FreeCAD często nazywamy ten stos "historią modelowania", ponieważ w rzeczywistości zawiera on całą historię wykonanych operacji.

Inną szczególną cechą FreeCAD jest to, że pojęcie obiektu 3D i pojęcie operacji 3D mają tendencję do łączenia się w jedną rzecz. Cięcie jest jednocześnie operacją i obiektem 3D wynikającym z tej operacji. We FreeCAD nazywa się to "cechą", a nie obiektem lub operacją.

  • Teraz zróbmy blat, będzie to prosty blok drewna, zróbmy to z innym Sześcianem o długości: 126cm, szerokości: 86cm, wysokości: 8cm, pozycji: x: 10mm, y: 10mm, z, 67cm. W zakładce Widok możesz nadać mu ładny brązowawy, drewnopodobny kolor, zmieniając jego właściwość Kolor kształtu:

Zauważ, że chociaż nogi mają grubość 8mm, umieściliśmy je w odległości 10mm, pozostawiając między nimi 2mm. Nie jest to oczywiście konieczne, nie stanie się tak w przypadku prawdziwego stołu, ale jest to powszechna rzecz do zrobienia w tego rodzaju "złożonych" modelach, pomaga ludziom, którzy patrzą na model, zrozumieć, że są to niezależne części, które będą musiały być później połączone ręcznie.

Teraz, gdy nasze pięć elementów jest kompletnych, nadszedł dobry czas, aby nadać im bardziej odpowiednie nazwy niż "Cut015". Klikając obiekty prawym przyciskiem myszy w widoku drzewa (lub naciskając F2), możesz zmienić ich nazwę na coś bardziej znaczącego dla siebie lub innej osoby, która otworzy plik później. Często mówi się, że samo nadanie odpowiednich nazw obiektom jest znacznie ważniejsze niż sposób ich modelowania.

  • Umieścimy teraz kilka śrub. Obecnie istnieje niezwykle przydatny dodatek opracowany przez członka społeczności FreeCAD, który można znaleźć w repozytorium FreeCAD addons, o nazwie Elementy złączne, który bardzo ułatwia wstawianie śrub. Instalacja dodatkowych stołów roboczych jest łatwa i opisana na stronie dodatków.
  • Po zainstalowaniu środowiska Elementy złączne i ponownym uruchomieniu FreeCAD, pojawi się ono na liście środowisk pracy i możemy się do niego przełączyć. Dodanie śruby do jednego z naszych otworów odbywa się poprzez wybranie okrągłej krawędzi naszego otworu:

  • Następnie możemy nacisnąć jeden z przycisków śrub w Fasteners Workbench, na przykład EN 1665 Śruba sześciokątna z kołnierzami, seria wzmacniana. Śruba zostanie umieszczona i wyrównana z naszym otworem, a średnica zostanie automatycznie dobrana do rozmiaru naszego otworu. Czasami śruba zostanie umieszczona odwrotnie, co możemy skorygować, odwracając jej właściwość "'odwróć'". Możemy również ustawić jej przesunięcie na 2 mm, aby postępować zgodnie z tą samą zasadą, której użyliśmy między blatem a nóżkami:

  • Powtórz tę czynność dla wszystkich otworów i nasz stół jest gotowy!

Wewnętrzna struktura obiektów Część

Jak widzieliśmy powyżej, w programie FreeCAD możliwe jest zaznaczanie nie tylko całych obiektów, ale także ich części, takich jak okrągłe obramowanie naszego otworu na śrubę. Jest to dobry moment, aby przyjrzeć się, w jaki sposób obiekty części są konstruowane wewnętrznie. Każdy warsztat, który tworzy geometrię części, będzie na nich oparty:

  • Wierzchołki: Są to punkty (zazwyczaj końcowe), na których zbudowana jest cała reszta. Na przykład linia ma dwa wierzchołki.
  • Krawędzie: krawędzie są geometrią liniową, taką jak linie, łuki, elipsy lub krzywe NURBS. Zazwyczaj mają one dwa wierzchołki, ale niektóre szczególne przypadki mają tylko jeden (na przykład zamknięty okrąg).
  • Polilinie: Polilinia to sekwencja krawędzi połączonych punktami końcowymi. Może zawierać krawędzie dowolnego typu i może być zamknięta lub nie.
  • Ściany: Ściany mogą być płaskie lub zakrzywione i mogą być utworzone przez jeden zamknięty przewód, który tworzy granicę ściany, lub więcej niż jeden, w przypadku gdy ściana ma otwory.
  • Powłoki: Powłoki to po prostu grupa powierzchni połączonych krawędziami. Mogą być otwarte lub zamknięte.
  • Bryły: Gdy powłoka jest szczelnie zamknięta, to znaczy nie ma "wycieku", staje się bryłą. Bryły posiadają pojęcie wnętrza i zewnętrza. Wiele stołów warsztatowych polega na tym, aby upewnić się, że obiekty, które produkują, mogą być zbudowane w prawdziwym świecie.
  • Złożenia: Złożenia są po prostu zbiorem innych kształtów, bez względu na ich typ, w jeden kształt.

W widoku 3D można wybrać poszczególne wierzchołki, krawędzie lub powierzchnie. Wybranie jednego z nich powoduje również zaznaczenie całego obiektu.

Uwaga na temat udostępnionego projektu

Możesz spojrzeć na powyższy stół i pomyśleć, że jego konstrukcja nie jest dobra. Mocowanie nóżek do blatu jest prawdopodobnie zbyt słabe. Być może chciałbyś dodać elementy wzmacniające lub po prostu masz inne pomysły, aby go ulepszyć. W tym miejscu udostępnianie staje się interesujące. Możesz pobrać plik utworzony podczas tego ćwiczenia z linku poniżej i zmodyfikować go, aby był lepszy. Następnie, jeśli udostępnisz ten ulepszony plik, inni mogą być w stanie uczynić go jeszcze lepszym lub wykorzystać dobrze zaprojektowany stół w swoich projektach. Twój projekt może podsunąć inne pomysły innym ludziom, a ty być może przyczynisz się choć trochę do stworzenia lepszego świata...

Do pobrania

Więcej informacji: