Manual:Modeling for product design/fr

La conception du produit (Product design) est à l'origine un terme commercial, mais dans le monde 3D, cela signifie souvent la modélisation de quelque chose avec l'idée de l'imprimer en 3D (3D-printed) ou, plus généralement, de le fabriquer avec une machine, imprimante 3D ou machine CNC (CNC machine).

Lorsque vous imprimez des objets en 3D, il est extrêmement important que vos objets soient des solides. Car ils deviendront des objets solides réels, c'est évident. Rien ne les empêche d'être creux à l'intérieur, bien sûr. Mais vous devez toujours avoir une idée claire de quels points sont à l'intérieur de la matière et quels points se trouvent à l'extérieur, car l'imprimante 3D ou la machine CNC doit savoir exactement ce qui est rempli de matière et ce qui ne l'est pas. Pour cette raison, dans FreeCAD, l’atelier PartDesign (PartDesign Workbench) est l'outil idéal pour construire de telles pièces, car il veillera toujours pour vous à ce que vos objets restent des solides et réalisables.

Pour illustrer comment fonctionne l’atelier PartDesign, créons ce morceau bien connu de Lego :



La chose pratique avec les pièces de Lego est que les dimensions sont faciles à obtenir sur internet, au moins pour les pièces standard. Il est assez facile de les modéliser et de les imprimer sur une imprimante 3D, et avec un peu de patience (l'impression 3D nécessite souvent beaucoup d'ajustements et de réglages), vous pouvez faire des pièces totalement compatibles et qui s’encastrent parfaitement dans des blocs Lego d'origine. Dans l’exemple ci-dessous, nous allons créer un morceau 1,5 fois plus grand que l'original.

Nous allons maintenant utiliser exclusivement les outils des ateliers Esquisses (Sketcher) et PartDesign. Étant donné que tous les outils de l’atelier Sketcher sont également inclus dans l’atelier PartDesign, nous pouvons rester dans PartDesign et nous n'aurons pas à basculer entre les deux.

Les objets Part Design sont entièrement basés sur des esquisses. Une esquisse est un objet 2D, composé d’éléments linéaires (lignes ou segments de droites, arcs de cercle ou ellipses) et de contraintes. Ces contraintes peuvent être appliquées soit sur des éléments linéaires, soit sur leurs points d'extrémités ou leurs points centraux, et forceront la géométrie à adopter certaines règles. Par exemple, vous pouvez placer une contrainte verticale sur un segment de droite pour le forcer à rester vertical ou une contrainte de position (verrouillage) sur un point d'extrémité pour lui interdire de se déplacer. Lorsqu'une esquisse comporte une quantité définie de contraintes qui interdit les déplacements de tous les points de l’esquisse, nous parlons d'une esquisse totalement contrainte. Quand il y a des contraintes redondantes, qui pourraient être supprimées sans que la géométrie ne soit déplacée, on dit qu’elle est sur-contrainte. Cela devrait être évité, et FreeCAD vous informera si un tel cas se produit.

Les esquisses disposent d’un mode d'édition, où leur géométrie et leurs contraintes peuvent être modifiées. Quand vous avez terminé l'édition, et quittez le mode d'édition, les esquisses se comportent comme n'importe quel autre objet FreeCAD, et peuvent être utilisées comme éléments de construction pour tous les outils de conception de pièces, mais aussi dans d'autres ateliers, tels que Part ou Arch. L’atelier Draft dispose également d'un outil qui convertit les éléments Draft en esquisses, et vice versa.


 * Commençons par modéliser une forme parallélipipédique qui sera la base de notre brique Lego. Plus tard nous allons creuser l'intérieur, et ajouter les 8 bossages sur le dessus. Commençons donc en faisant une esquisse rectangulaire que nous allons ensuite extruder :
 * Passez à l'atelier de conception de pièces PartDesign (PartDesign Workbench).
 * Cliquez sur le bouton Nouvelle esquisse ([[Image:Sketcher_NewSketch.png|16px]] New Sketch). Une boîte de dialogue apparaîtra pour demander où vous voulez construire votre esquisse, choisissez le plan XY, qui est le plan "sol". L'esquisse sera créée et sera immédiatement changée en mode édition, et la vue sera orientée pour regarder votre esquisse selon la normale au plan de travail.
 * Maintenant, nous pouvons dessiner un rectangle, en sélectionnant l'outil [[Image:Sketcher_CreateRectangle.png|16px]] Rectangle et en cliquant deux sommets en diagonale. Vous pouvez placer les deux points n'importe où, car leur emplacement correct sera défini dans l'étape suivante.
 * Vous remarquerez que quelques contraintes ont été automatiquement ajoutées à notre rectangle: les segments verticaux ont eu une contrainte verticale, les segments horizonaux une contrainte horizontale, et chaque sommet une contrainte point-sur-point qui collent les segments ensemble. Vous pouvez expérimenter le déplacement du rectangle en traînant ses lignes avec la souris, toute la géométrie continuera à obéir aux contraintes.




 * Maintenant, ajoutons trois autres contraintes:
 * Sélectionnez l'un des segments verticaux et ajoutez une contrainte de distance vecticale ([[Image:Constraint_VerticalDistance.png|16px]] Vertical Distance Constraint). Donnez-lui une dimension de 23,7 mm.
 * Sélectionnez l'un des segments horizontaux et ajoutez une contrainte de distance horizontale ([[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|16px]] Horizontal Distance Constraint). Donnez-lui la valeur de 47.7mm.
 * Enfin, sélectionnez l'un des points d'angle, puis le point d'origine (qui est le point à l’intersection des axes rouge et vert), puis ajoutez une contrainte de coïncidence ([[Image:Constraint_PointOnPoint.png|16px]] Point on Point Constraint). Le rectangle va alors passer au point d'origine, et votre croquis devient vert, ce qui signifie qu’il est maintenant complètement contraint. Vous pouvez essayer de déplacer ses lignes ou points, rien ne bouge plus.



Notez que la dernière contrainte point-sur-point n'était pas absolument nécessaire. Vous n'êtes jamais obligé de travailler avec des esquisses entièrement contraintes. Cependant, si nous allons imprimer ce bloc dans une imprimante 3D, il faudra maintenir notre pièce proche du point d'origine (qui sera l'origine de l'espace dans lequel la tête de l'imprimante peut se déplacer). En ajoutant cette contrainte, nous sommes assurés que notre pièce sera toujours "ancrée" à ce point d'origine.


 * Notre esquisse de base est maintenant prête, nous pouvons quitter le mode d'édition en appuyant sur le bouton Fermer en haut du panneau de tâches, ou simplement en appuyant sur la touche Échap. Si nécessaire, plus tard, nous pouvons réactiver le mode d'édition à tout moment en double-cliquant sur le nom de l'esquisse dans l’arbre de construction.
 * Extrudons l’esquisse en utilisant l'outil Extrusion ([[Image:PartDesign_Pad.png|16px]] Pad), et donnons-lui une dimension de 14,4 mm. Les autres options peuvent être laissées à leurs valeurs par défaut :



L’outil Extrusion se comporte comme l'outil Extrude de l'atelier Part que nous avons utilisé dans le chapitre précédent. Il y a quelques différences, cependant, la principale étant qu'un bloc ne peut pas être déplacé. Il est attaché pour toujours à son croquis. Si vous souhaitez modifier la position du bloc, vous devez déplacer l'esquisse de base. Dans le contexte actuel, où nous voulons être sûr que rien ne bougera hors de sa position, il s'agit d'une sécurité supplémentaire.


 * Nous allons maintenant définir l'intérieur du bloc, en utilisant l'outil Poche ou Cavité ([[Image:PartDesign_Pocket.png|16px]] Pocket), qui est la version PartDesign de Part Cut. Pour faire une poche, nous allons créer une esquisse sur la face inférieure de notre bloc, qui sera utilisée pour enlever une partie du bloc.
 * Lorsque la face inférieure est sélectionnée, appuyez sur le bouton Nouvelle esquisse ([[Image:Sketcher_NewSketch.png|16px]] New sketch).
 * Dessinez un rectangle sur la face.




 * Nous allons maintenant contraindre le rectangle par rapport à la face inférieure. Pour ce faire, nous devons "Importer" certaines arêtes de la face avec l'outil de Géométrie Externe ([[Image:Sketcher_External.png|16px]] External geometry). Utilisez cet outil sur les deux lignes verticales de la face inférieure :



Vous remarquerez que seuls les bords (arêtes) de la face de base peuvent être ajoutés par cet outil. Lorsque vous créez une esquisse avec une face pré-sélectionnée, une relation est créée entre cette face et l'esquisse, ce qui est important pour de nouvelles opérations. Vous pouvez toujours relier une esquisse à une autre face plus tard avec l'outil Accrocher l’esquisse à une face ( Map sketch).


 * La géométrie externe n'est pas "réelle", elle sera cachée lorsque nous quitterons le mode édition. Mais nous pouvons l'utiliser pour placer des contraintes. Placez les 4 contraintes suivantes :
 * Sélectionnez les deux points supérieurs à gauche du rectangle et sur la ligne importée de gauche et ajoutez une contrainte de distance horizontale ([[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|16px]] Horizontal Distance Constraint) de 1,8 mm.
 * Sélectionnez de nouveau les deux points supérieurs à gauche du rectangle et sur la ligne importée de gauche. Ajoutez une contrainte de distance vecticale ([[Image:Constraint_VerticalDistance.png|16px]] Vertical Distance Constraint) de 1,8 mm.
 * Sélectionnez les deux points inférieurs à droite du rectangle et sur la ligne importée de droite et ajoutez une contrainte de distance horizontale ([[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|16px]] Horizontal Distance Constraint) de 1,8 mm.
 * Sélectionnez de nouveau les deux points inférieurs à droite du rectangle et sur la ligne importée de droite et ajoutez une contrainte de distance verticale ([[Image:Constraint_VerticalDistance.png|16px]] Vertical Distance Constraint) de 1,8 mm.



Quittez le mode d'édition et vous pouvez maintenant effectuer l'opération de poche : l'esquisse étant sélectionnée, appuyez sur le bouton Poche ( Pocket). Donnez-lui une longueur de 12,6 mm, qui laissera la face supérieure de notre bloc avec une épaisseur de 1,8 mm (rappelez-vous, la hauteur totale de notre bloc était de 14,4 mm).




 * Nous allons maintenant attaquer les 8 bossages sur la face supérieure. Pour ce faire, comme ils sont une répétition d'une même fonction, nous utiliserons l'outil pratique Copie Linéaire ([[Image:PartDesign_LinearPattern.png|16px]] Linear pattern) de l’atelier PartDesign, qui permet de modéliser une fois et de répéter la forme.
 * Commencez par sélectionner la face supérieure de notre bloc.
 * Créez une nouvelle esquisse ([[Image:Sketcher_NewSketch.png|16px]] New sketch).
 * Créez deux cercles ([[Image:Sketcher_Circle.png|16px]] circles).
 * Ajoutez une contrainte de rayon ([[Image:Constraint_Radius.png|16px]] Radius Constraint) de 3,6 mm à chacun d'eux.
 * Importez l’arête gauche de la face de base avec l'outil Géométrie Externe ([[Image:Sketcher_External.png|16px]] External geometry).
 * Placez deux contraintes verticales et deux contraintes horizontales de 6 mm entre le centre de chaque cercle et les points d'angle du bord importé, donc chaque cercle a son centre à 6mm de la bordure de la face :




 * Notez comment, une fois de plus, lorsque vous verrouillez la position et la dimension de tous les éléments de votre esquisse, celle-ci devient complètement contrainte. Cela vous assure du résultat pour la suite. Vous pourriez modifier la première esquisse maintenant, tout ce que nous avons fait ensuite serait conservé.
 * Quittez le mode d'édition, sélectionnez cette nouvelle esquisse et créez une extrusion ([[Image:PartDesign_Pad.png|16px]] Pad) de 2.7mm :




 * Notice that, as earlier with the pocket, since we used the top face of our base block as a base for this latest sketch, any PartDesign operation we do with this sketch will correctly be built on top of the base shape: The two dots are not independent objects, they have been extruded directly from our brick. This is the great advantage of working with the Part Design Workbench, as long as you take care of always building one step on top of the previous one, you are actually building one final solid object.
 * We can now duplicate our two dots four times, so we get eight. Select the latest Pad we just created.
 * Press the [[Image:PartDesign_LinearPattern.png|16px]] Linear pattern button.
 * Give it a length of 36mm (which is the total "span" we want our copies to fit in), in the "horizontal sketch axis" direction, and make it 4 occurences:




 * Once again, see that this is not just a duplication of an object, it is a *feature* of our shape that has been duplicated, the final object is still only one solid object.
 * Now let's work on the three "tubes" that fill the void we created on the bottom face. We have several possibilities: create a sketch with three circles, pad it then pocket it three times, or create a base sketch with one circle inside the other and pad it to form the complete tube already, or even other combinations. Like always in FreeCAD, there are many ways to achieve a same result. Sometimes one way will not work the way we want, and we must try other ways. Here, we will take the safest approach, and do things one step at a time.
 * Select the face that is at the bottom of the hollow space we carved earlier inside the block.
 * Create a new sketch, add a circle with a radius of 4.8825mm, import the left border of the face, and constrain it vertically and horizontally at 10.2mm from the upper corner of the face:




 * Leave edit mode, and pad this sketch with a distance of 12.6mm
 * Create a linear pattern from this last pad, give it a length of 24mm and 3 occurences. We now have three filled tubes filling the hollow space:




 * Now let's make the final holes. Select the circular face of the first of our three "pins"
 * Create a new sketch, import the circular border of our face, create a circle with a radius constraint of 3.6mm, and add a [[Image:Constraint_PointOnPoint.png|16px]] Point on Point Constraint between the center of the imported circle and our new circle. We now have a perfectly centered circle,and once again fully constrained:




 * Leave edit mode, and create a pocket from this sketch, with a length of 12.6mm
 * Create a linear pattern from this pocket, with a length of 24mm and 3 occurences. That's the last step, our piece of lego is now complete, we can give it a nice color of Victory!



You will notice that our modeling history (what appears in the tree view) has become quite long. This is precious because every single step of what we did can be changed later on. Adapting this model for another kind of brick, for example one with 2x2 dots, instead of 2x4, would be a piece of cake, we would just need to change a couple of dimensions and the number of occurences in linear patterns. We could as easily create bigger pieces that don't exist in the original Lego game.

But we could also need to get rid of the history, for example if we are going to model a castle with this brick, and we don't want to have this whole history repeated 500 times in our file.

There are two simple ways to get rid of the history, one is using the Create simple copy tool from the Part Workbench, which will create a copy of our piece that doesn't depend anymore on the history (you can delete the whole history afterwards), the other way is exporting the piece as a STEP file and reimporting it.

Assembling

But the best of both worlds also exists, which is the Assembly2 Workbench, an addon that can be installed from the FreeCAD-addons repository. This Workbench is named "2" because there is also an official built-in Assembly Workbench in development, which is not ready yet. The Assembly2 Workbench, however, already works very well to construct assemblies, and also features a couple of object-to-object constraints which you can use to constrain the position of one object in relation to another. In the example below, however, it will be quicker and easier to position the pieces using Draft Move and  Draft Rotate than using the Assembly2 constraints.


 * Save the file we did until now
 * Install the Assembly2 Workbench and restart FreeCAD
 * Create a new empty document
 * Switch to the Assembly2 workbench
 * Press the Import a part from another FreeCAD document button
 * Select the file we saved above
 * The final piece will be imported in the current document. The Assembly2 workbench will determine automatically what is the final piece in our file that needs to be used, and the new object stays linked to the file. If we go back and modify the contents of the first file, we can press the Update parts imported into the assembly button to update the pieces here.
 * By using the Import a part from another FreeCAD document button several times, and moving and rotating the pieces (with the Draft tools or by manipulating their Placement property), we can quickly create a small assembly:



Downloads


 * The model produced during this exercise: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/lego.FCStd

Read more


 * The Sketcher
 * The Part Design Workbench
 * The Assembly2 Workbench