Creating a simple part with Part WB/pl

Wprowadzenie
Ten poradnik ma służyć jako pierwsze wprowadzenie do modelowania 3D z wykorzystaniem środowiska pracy Część programu FreeCAD. Po ukończeniu tego poradnika powinieneś umieć tworzyć proste modele 3D przy użyciu elementów pierwotnych takich jak sześciany, cylindry itp. techniką zwaną Constructive Solid Geometry, w skrócie modelowanie CSG. Innym sposobem tworzenia modeli 3D jest użycie kształtu 2D poprzez np. wyciąganie lub obracanie kształtu 2D w przestrzeni 3D. Aby zapoznać się z tą techniką, proszę prześledzić siostrzany poradnik Projekt Części: tworzenie podstawowych brył. Oba poradniki celowo mają wygenerowany dokładnie ten sam model, co pozwala początkującym zapoznać się z dwoma różnymi technikami i ich implementacją w FreeCAD. Definicja tych dwóch technik może być postrzegana jako ściśle podzielona z semantycznego punktu widzenia, jednakże nie ma nic, co bezpośrednio utrudniałoby mieszanie tych technik podczas tworzenia modeli. Istnieją pewne zastrzeżenia, na które należy uważać przy mieszaniu technik modelowania, są one związane głównie z aspektami tego, jak FreeCAD jest zaprogramowany. Istnieje trzeci poradnik przeznaczony jako pierwsze wprowadzenie do przykładu mieszanego modelowania. Używa on środowiska pracy Rysunek Roboczy do stworzenia płaskiego profilu 2D, który jest wykorzystywany do wytłaczania bryły w środowisku pracy Część, do stworzenia takiego samego modelu jak w niniejszym poradniku.

Przed rozpoczęciem proszę zapoznać się ze sposobem operowania w przestrzeni 3D. Po ustawieniu kursora myszki na selektor Profil nawigacji w prawym dolnym rogu okna programu FreeCAD pojawia się okienko z aktualnym profilem myszki, jak na poniższym obrazku.



Wielu nowych użytkowników programów CAD utknęło podczas nauki oprogramowania, jeśli tak się stało, proszę śmiało przeszukać wiki lub forum w celu uzyskania dalszych informacji - istnieje szansa, że inni również utknęli w przeszłości na tej samej konkretnej rzeczy, więc istnieje już odpowiedź na twoje konkretne pytanie. Albo napisz post na forum ze swoimi pytaniami lub odkryciami. Forum ma kilka wątków, w których użytkownicy otrzymują pomoc w wykonaniu różnych zadań, wątki te są często podobne do poradników i często zawierają konkretne ilustracje.

Przewodnik zawiera następujące zagadnienia

 * Model do wykonania,
 * Użycie środowiska pracy Część do tworzenia i manipulowania pierwotnymi elementami konstrukcyjnymi,
 * Zmianę koloru i przezroczystości,
 * Alternatywny sposób na umieszczenie otworu,
 * Wykonanie otworu typu z pogłębieniem,
 * Tworzenie wydrążonego elementu,
 * Alternatywny sposób na umieszczenie fazy,
 * Edycja wymiarów,
 * Organizowanie drzewa w odmienny sposób,
 * Zawijanie.

Model do wykonania




Użycie środowiska pracy Część do tworzenia i manipulowania pierwotnymi elementami konstrukcyjnymi
Utwórz nowy dokument i zapisz go bezpośrednio pod nową nazwą, dobrą praktyką jest upewnienie się, że zapisujesz dokument w regularnych odstępach czasu, lub tuż przed większymi operacjami. Następnie przełącz się do środowiska Część używając selektora środowisk (oznaczony jako 10 na podlinkowanym obrazku) lub przechodząc do menu. FreeCAD uruchomi się z paskami narzędzi u góry, widokiem złożonym po lewej stronie i widokiem 3D po prawej.

Utwórz główny blok bryły
Naciśnij przycisk narzędzia Sześcian, aby stworzyć domyślną bryłę sześcianu. Sześcian pojawi się w oknie widoku 3D, a także jako nowy obiekt w oknie widoku drzewa na pasku bocznym.

Naciśnij przycisk narzędzia Widok izometryczny aby zobaczyć sześcian w przestrzeni 3D.



Wybierz sześcian w oknie widok drzewa, zostanie on podświetlony na zielono. Poniżej widoku drzewa zobaczysz teraz, że sześcian domyślnie jest tworzony z wymiarami długość x szerokość x wysokość jako 10 x 10 x 10 mm. Zmień te wymiary na 100 x 30 x 50 zgodnie z założeniami początkowymi modelu.



Podczas zmiany właściwości, jak na przykład Długość poprzez pole wyboru, można albo wprowadzić wartości, albo użyć kółka przewijania do odmierzenia wartości w górę lub w dół. Oczywiście można również użyć strzałek do zmiany wartości w górę lub w dół. Na obrazku po prawej stronie, właściwość Wysokość znajduje się w trybie edycji, kręcenie kółkiem przewijania, gdy mysz znajduje się nad tą komórką, zmieni wartość o jeden w górę lub w dół.

Kliknij w narzędzie Przybliż i dopasuj wszystko aby zobaczyć cały sześcian.



Tworzenie zaokrąglenia
Aby wykonać zaokrąglony narożnik, w pasku narzędziowym naciśnij narzędzie Zaokrąglenie, co spowoduje otwarcie panelu zadań dla zaokrągleń w oknie widoku połączonego. Zmień wartość w polu wyboru promień na, a następnie w widoku 3D wybierz krawędź szerokości w prawym górnym rogu i kliknij przycisk.



Zamykamy panel zadań i wracamy do widoku Drzewa, w którym zamiast wcześniejszego sześcianu znajduje się teraz obiekt zaokrąglenia.

Widoczność obiektów podrzędnych
Kliknij na znak plusa, aby rozwinąć obiekty podrzędne zaokrąglenia, którym w tym przypadku jest sześcian, utworzony przez nas wcześniej, ale jest on poszarzony. Zaznacz sześcian i naciśnij spację - to przełącza widoczność, więc sześcian jest teraz ponownie widoczny, a ikona nie jest już nieaktywna. Aby usunąć zaznaczenie sześcianu, kliknij w pustym miejscu w widoku drzewa lub oknie widoku 3D.



Tworzenie sfazowania
Następnie tworzymy 30-stopniową fazę, zaczynamy od przełączenia widoczności sześcianu będącego obiektem podrzędnym zaokrąglenia. W środowisku pracy Część jest narzędzie do sfazowania, ale zamiast go używać zrobimy fazę za pomocą innego bloku i cięcia funkcją logiczną.

Utwórz nowy Sześcian o wymiarach 60 x 30 x 30. Zmień kąt umiejscowienia na -30 stopni.



Kąt umieszczenia wykorzystuje wektor umieszczenia (oś) jako oś obrotu. Domyślnie jest to oś Z, która nie odpowiada naszemu kierunkowi docelowemu, zmiana wektora pozycjonowania na oś Y powoduje pożądaną orientację narzędzia tnącego dla fazy.



Takie samo umiejscowienie można osiągnąć również z innymi wartościami, najprostszym alternatywnym przykładem umiejscowienia, które jest takie samo, jest kąt +30 stopni i nadana wartość dla osi Y, równa -1.

Konsola Python
Ponadto należy skorygować położenie, patrząc na rysunek gotowej części, nie ma bezpośredniego wymiaru, który można wykorzystać do zamierzonego przesunięcia w górę. Skoro wymiar w górę jest tym potrzebnym, musimy go obliczyć. Wykorzystajmy do tych obliczeń wbudowaną konsolę Python, jest to podstawowa trygonometria. Jeżeli konsola Python w programie FreeCAD nie jest widoczna, kliknij prawym przyciskiem myszki na puste miejsce w obszarze paska narzędzi i zaznacz opcję konsola Python, ta powinna pojawić się w obszarze roboczym. Gdy już się tam pojawi powinieneś również dodać okienko widoku raportu jeżeli nie jest jeszcze widoczne. Widok raportu w większości przypadków dostarcza przydatnych informacji lub nawet podpowiedzi, co należy zrobić dalej dla różnych poleceń.



Po zaimportowaniu modułu math z bibliotek standardowych środowiska Python możemy użyć formuły (50 - math.tan(math.radians(30)) * 50), aby znaleźć odległość w kierunku Z, na jaką należy przesunąć sześcian. Skopiuj wynik formuły z konsoli Python i wklej go do pozycji z dla Cube001. Narzędzie, które ma zostać użyte do wykonania cięcia fazy jest teraz prawidłowo zorientowane i umieszczone.



Wyrażenia
Nie trzeba używać konsoli Python, aby wykonać obliczenia, W większości przypadków, gdy mamy do czynienia z numerycznymi wartościami parametrycznymi, FreeCAD posiada skrót do wbudowanego kalkulatora. Nazywa się on Wyrażenia w FreeCAD, do trybu wyrażania można wejść klikając najpierw w pole wyboru dla pozycji Z, po prawej stronie pojawi się mała niebieskawa okrągła ikona.



Kliknięcie tej ikony otwiera nowe okno Edytor formuły, w którym można wprowadzać formuły i wyrażenia, jak pokazano poniżej. Posługiwanie się wyrażeniami jest potężnym narzędziem, ponieważ można uzyskać dostęp do parametrów z modelu, efektywnie udostępniając wszystkie parametry w modelu jako zmienne do wykorzystania przy tworzeniu wyrażenia. W skrócie, w naszej formule, zamiast wpisywać liczbę 50 w edytorze formuły, możemy wprowadzić parametr nazwany przechowujący wartość 50 sześcianu, z korzyścią, że jeśli zmienimy wysokość sześcianu, pozycja fazy będzie automatycznie podążała. Wartość 50 w obecnym modelu jest określana jako Cube.Length, czyli właściwość Length cechy Cube. Więcej informacji na ten temat można znaleźć na wiki.



Aby wykonać cięcie, z wciśniętym klawiszem najpierw wybierz obiekt zaokrąglenie w widoku drzewa, a następnie ostatnio utworzony sześcian (nazwany Cube001) i na koniec w pasku narzędzi naciśnij przycisk  Wytnij. Twój widok drzewa powinien teraz ponownie zawierać pojedynczy obiekt w korzeniu o nazwie Cut.



Narzędzia pomiarowe
Za pomocą narzędzi pomiarowych w środowisku pracy Część możemy sprawdzić czy nasze obliczenia i umiejscowienie fazy jest poprawne. Naciśnij przycisk Wymiarowanie Liniowe, otworzy się panel zadań, następnie wybierz 2 punkty końcowe jednej strony fazy.



Zgadza się z wymiarem X wynoszącym 50mm, wyczyść pomiar i zamknij okno dialogowe.

Utwórz otwór
Aby wykonać otwór, naciśnij przycisk narzędzia Walec, ustaw promień na wartość  i wysokość.



Następnie musimy ustawić otwór zgodnie z wymiarami na rysunku. Zmień widok na Od góry, następnie kliknij prawym przyciskiem myszy na Walec w widoku Drzewa i wybierz opcję Przekształć z menu podręcznego.



Zmień wartość parametru Przyrost przesunięcia na i za pomocą czerwonej i zielonej strzałki ustaw walec we właściwej pozycji, przesuwając go o  w kierunku osi Y i  w X, przeciągając myszką końce strzałek. Kliknij, aby zamknąć okienko dialogowe Przemieszczenie. Aby wykonać otwór naciśnij klawisz i zaznacz obiekty Cut oraz Walec w widoku Drzewa, a następnie naciśnij przycisk narzędzia  Wytnij na pasku narzędzi. Twój widok Drzewa powinien ponownie mieć pojedynczy obiekt w korzeniu o nazwie Cut001.

Gratulacje, model jest już skończony.



Mając gotowy podstawowy model, poznajmy różne sposoby na zmianę tego modelu, niektóre przykłady są związane z wyglądem, dodatkowymi funkcjami lub po prostu innym rozwiązaniem na wykonanie tego samego.

Zmiana koloru i przezroczystości
Istnieje kilka różnych sposobów zmiany wyglądu obiektów, w tym przypadku użyjmy zakładki widok w części właściwości widoku złożonego. Najpierw wybierz obiekt w widoku drzewa, a następnie edytuj dowolną właściwość, taką jak kolor linii, kolor kształtu lub przezroczystość za pomocą zakładki widoku (znajdującej się na dole okienka widoku złożonego).



Niestety, gdy obiekt jest zaznaczony, trochę trudno zobaczyć, jak będzie wyglądał po dostrojeniu nowego wyglądu. Aby zobaczyć efekt końcowy należy odznaczyć obiekt. Oto nowy wygląd modelu, gdzie teraz można zobaczyć otwór przelotowy również w widoku izometrycznym. Innym sposobem edycji wyglądu jest użycie opcji.



Inny sposób na rozmieszczenie otworu
Wykonaj opcję Zapisz jako ... z podaniem nowej nazwy pliku. Następnie usuń obiekt Cut, który dodał otwór i przesuń walec z powrotem do pozycji zerowej. Twój model powinien wyglądać jak na poniższym zdjęciu, które jest punktem wyjścia do zastosowania innej techniki w celu zlokalizowania otworu na środku górnej powierzchni. Zauważ, że kolor wrócił do domyślnej szarości, zmiana wyglądu, której dokonaliśmy, dotyczyła obiektu Cut, który teraz jest usunięty.



Tym razem do usytuowania otworu posłuży środowisko pracy Rysunek Roboczy. Otwór ma tak jak poprzednio znajdować się na środku górnej powierzchni czołowej, co pokrywa się z punktem środkowym przekątnej tej powierzchni.

Rozpocznij od przełączenia środowiska pracy na Rysunek Roboczy, może się okazać, że w widoku 3D pojawi się siatka, widoczność siatki można przełączać za pomocą narzędzia Przełącz widoczność siatki na pasku narzędzi. Podczas korzystania z funkcjonalności przyciągania w środowisku Rysunek Roboczy warto mieć włączone tylko interesujące nas typy przyciągania. Tym razem wystarczy pozostawić włączone punkt końcowy, punkt środkowy i środek okręgu, więc ustawienia przyciągania powinny wyglądać jak poniżej.



Znalezienie punktu, w którym należy umieścić środek walca, można by zrobić poprzez wykonanie przekątnej jako linii pomocniczej i użyć środka walca i punktu środkowego przekątnej do zidentyfikowania punktów, między którymi należy się poruszać, jednak okazuje się, że nie musimy nawet tworzyć żadnych linii pomocniczych, możemy zatrzasnąć się na już istniejącej geometrii bryły.

Zaznacz Walec w widoku drzewa (zmieni kolor na zielony w oknie widoku 3D) i naciśnij przycisk Przesuń na pasku narzędzi. Otworzy się panel zadań do przesuwania obiektów, upewnij się, że Kopiowanie jest odznaczone.



Następnie przesuń kursor myszki do górnej części walca tak, aby w środku okręgu pojawiła się biała kropka, jak na lewym zdjęciu poniżej, to wraz z symbolem środka obok wskaźnika myszki oznacza, że kliknięcie lewym przyciskiem myszki spowoduje przyciągnięcie do białego punktu.



Gdy na górnej ścianie pojawi się biała kropka, kliknij lewym przyciskiem myszki i powtórz czynność dla górnej kwadratowej ściany głównej bryły, jak na prawym obrazku powyżej, i zatwierdź wybór kliknięciem lewego przycisku myszki. Funkcja przyciągania wykorzystuje środek masy dla każdego rodzaju ściany, a w tym przypadku środek masy jest identyczny z geometrycznym środkiem, który jest poszukiwany. Zauważyłeś już, że ruch walca jest animowany, więc zawsze widzisz, co się zaraz stanie.

Powtarzając jeszcze raz krok cięcia logicznego z wcześniejszego etapu, wykonamy otwór przelotowy, który uzupełni model. Korzystając z narzędzia pomiaru liniowego w środowisku Część sprawdzamy czy otwór jest prawidłowo umieszczony. Pomiar może być wykonany tylko pomiędzy punktami, więc pomiar jest wykonany od zera korpusu głównego do punktu szwu walca, co oznacza, że prawidłowa odległość wynosi zamiast, która znajduje się na rysunku, aby uwzględnić dodatkowy promień, zawarty w odległości.



Wykonanie otworu z pogłębieniem stożkowym
Wróć do środowiska Część i utwórz stożek używając narzędzia Stożek na pasku narzędzi. Zmień wartość promień1 na i promień2 na  - da to 2mm pogłębienia. Nadając wysokość stożkowi 7mm otrzymamy kąt wierzchołkowy 90 stopni lub kąt pogłębienia 45 stopni. Warto zauważyć, że znów równie dobrze można by użyć narzędzia Fazka.

Podczas pracy z programem FreeCAD będziesz miał do czynienia z kilkoma różnymi sposobami na osiągnięcie pozornie tego samego rezultatu. Nie ma absolutnej pewności co do tego, jaki jest właściwy sposób na osiągnięcie konkretnego efektu końcowego - jednak w konkretnym kontekście jeden konkretny sposób pracy może być bardziej elastyczny, pozwalać na wykorzystanie późniejszych funkcji itp. Sposób w jaki budujesz modele 3D będzie ewoluował w czasie, gdy będziesz poznawał coraz więcej funkcji i możliwości programu FreeCAD.



Przekształć stożek tak, by był "współśrodkowy" z otworem i "współpłaszczyznowy" z górną powierzchnią głównej bryły. Użyj do tego celu dowolnej metody opisanej wcześniej w tym poradniku.

In the picture below the move is made with Transform and an increment setting of 1 mm, since the cone has a characteristic dimension of 7 mm, meaning that the earlier increment setting of 5 mm will not allow for correct positioning. The Wireframe rendering is used to easier see that the cone is in the right position.



To complete the model, let's make use of the Boolean command instead of first selecting objects and apply a specific boolean operation. Press the toolbar button and a task panel opens as per the below picture to the left.



Three items needs to be specified, the operation type, the first shape and the second shape. The cone is supposed to be cut, this is called Difference in this command, instead of Cut. The first shape is our Cut001, it is listed under compounds, since it is build from several solids. The second shape is the Cone. Once the correct settings are made for the command, click the button to execute the operation. This has all been done in the picture to the right, and there one can also see that a compound Cut002 is now listed, this is our final model shape. After having changed the appearance the final model looks like this.



Making a hollow piece
Do a save-as under a new name. FreeCAD has all of the typical operations of a 3D modeller, one of them is Thickness, which is used to hollow out parts.

Rotate the view so that the bottom face of the model is visible.



Select the bottom face of the model, then in the Part Workbench select Thickness and the screen should look like below.



Click, as you can see there is now a radius on the hollowed out part.



Moreover, when taking a measurement of the width of the part, it is now 32 mm, so the thickness has been applied outwards. Let’s edit that, double-click the model in the Tree view and modify the join-type settings to intersection and the thickness setting to -1.



Now the outer width of the part is 30 mm, same as before and the corners are all sharp corners.



A different way to position the chamfer
Do a save-as under a new name. Then delete features so that the model looks like below.



Make a Cube with dimensions 30x30x60, ending up like below.



Change the placement by first rotating -120 degrees around the Y-axis.



Finally, change the position to X=50 and Z=50 and make the cut to produce the same result as earlier.



This once again highlights that there are always several ways to produce the same outcome, which is a recurring theme when it comes to 3D modeling. When it comes to basic geometries or solids, one can use different workbenches in FreeCAD as well as different commands and still have the same outer shape of a solid. You simply need to find your own way to a set of preferred tools and workflow that you are comfortable in using. Modeling in parametric 3D is a process of constant learning, and takes practice to master.

Editing dimensions, face colors and TNP
FreeCAD is a parametric 3D modeler, this allows you to change any placement or dimension and the model will update accordingly. In general this works, but it is possible to break a model when edited – for example when a fillet is based on an edge that no longer exists due to editing. When a model breaks during editing, it is referred to as TNP, Topological Naming Problem.

Go ahead and experiment with changing dimensions and placements to see if you can break the model, do not forget to recalculate the model after changes if required. This can be done with the Refresh button in the toolbar, if the icon is grayed out it is not needed to refresh the object.

Reposition the cylinder
Here is an example of the cylinder moved from the center to one side of the main body by using Transform on the cylinder. As can be seen in the picture, the cone is still in the original position, not affected by the move of the cylinder.



When you move the cylinder and break through the outer surface, in version 0.19 you are loosing part of the color settings on your model. FreeCAD reverts to the user default settings for shape colors and transparency in the 3D view, however the Cut002 shape still shows the colors and transparency that it had before as seen in below picture.

Fixing the colors


Here is one way to get it back. First change transparency one tick up or down and then back, that brings back the transparency. You can do the same trick on shape color. Another way to get the color back is to right-click Cut002 in the Tree view and select Set Colors in the context menu. In the task panel that displays, click, that brings back the color to the one set in the view-properties.



The Set Colors command allows you to select individual faces of a shape and set a unique color on the selected faces.

Multiple solids
Another example where the cube that is making the chamfer has been translated and rotated.



As can be seen when repositioning the chamfer in this way, the end result is 3 disjoint solids. Part Workbench allows this, PartDesign Workbench does not, either you will get an multiple solids error or it will simply not render all solids.

Problem nazewnictwa topologicznego
Going back to the original completed model, let’s explore how the faces are named.

Here the selection view has been made active, just to show clearly what is selected and not, also coloring is adjusted so that the selection is easier to see.



Selecting one side face and the cylinder inner face gives that they are internally called face 2 and 9, where face 2 is the side face. Face numbering can be different for you.

Moving the cylinder so that the cavity ends up on the side face, and doing the selection of faces now gives a different number for the cylindrical face.



Face 2 is the right side of the original face 2, the left side of former face 2 is now face 8. The cylindrical part was face 9, but is now face 7. FreeCAD reassigns the numbering and the order is not necessarily preserved. The total face count in the first model is 10, in the version with the cylindrical face piercing the side face, the total face count is 11. So obviously face numbering has to change when the so called topology changes. This probably feels like a minute detail, but turns out to be quite important in parametric 3D CAD. Imagine that you have used the cylindrical face as reference for another feature, it used to be called face 9, but is now called face 8. The reference to the intended cylindrical surface is lost. Since FreeCAD, at least in currently released versions does not keep track of the intended face, it only keeps track of the numbered face, a model breaks when a reference is made to a face that later is renumbered. This is called TNP, Topological Naming Problem.

You are encouraged to learn how to avoid broken models due to TNP, further reading can be done elsewhere on the wiki, which largely focuses on a sketch driven workflow, the underlying mechanism is the same though. The renumbering described here for faces goes for all geometrical entities, faces, edges and vertexes.

Organizing the tree a bit differently
Do a save-as under a new name. Then delete all the cuts ending up with a model looking like below.



When using the Part Workbench and modelling feature rich solids, the tree structure of a solid can become hard to decipher. So far we have created one primitive / feature and applied a boolean operation. In the Part Workbench one can bundle primitives into one boolean operation. In our case we have the cylinder, cone and cube that are all a cut boolean operation.

Instead of making a cut for each primitive, we can first apply a boolean union, Fuse the primitives intended for the boolean cut, and then make the cut between the Fillet and the Fusion.

Using this approach, the Tree view ends up looking like below, which is just a different way of building the same model. Compare this with the original Tree view, none is better than the other, however when making more complex models, one approach over the other can have benefits in ease of modifying/reorganizing the model if needed.



Wrapping up
Having gone through the tutorial you are now briefly acquainted with the user interface of FreeCAD and you have learned the basics in using the Part Workbench. You should now be able to build simple models after your own liking. The Part Workbench is one of the workbenches that can be used to create solids, the PartDesign Workbench is another. The different workbenches have different capabilities and workflows. Learning FreeCAD in full, especially considering all add-ons and macros takes years, so keep on exploring new and different ways of making models – take different tutorials on the wiki, the learning never stops when working with FreeCAD. It is suggested that you learn sketches and the PartDesign Workbench next if your focus is on creating solids. If your focus is modelling buildings your next learning should be the Draft and Arch workbenches.

At last, FreeCAD is made by volunteers in their spare time. If you want to further advance FreeCAD’s capabilities, consider contributing to FreeCAD, for example by improving the documentation.