Creating a simple part with PartDesign



This tutorial aims to teach FreeCAD beginners a few basic features through an example. After covering the basics in the User hub, you will be able to model a first part step by step.

We will cover in this tutorial in particular:


 * Using Part Design workbench v0.17, tracing the sketch.
 * Using Pad and Pocket features.
 * Changing color and transparency.
 * Moving the part manually.
 * Displaying reference dimensions in the sketch.
 * Editing one or more dimensions.
 * Using external geometry feature and using a reference plane to centre a hole.

Using Part Design workbench v0.17, tracing the sketch
Create a new document and select the Part Design workbench. Freecad will start with toolbars at the top, the combo view to the left and the 3D view at the right.

Create body:

Press Create body. A body is a container in which Part Design features are sequentially arranged. It contains its own reference axes and planes. It will be highlighted in light blue, which means that it is active, that is to say that we can edit shapes. If it's not highlighted, double-click it. Let's take the opportunity to rename it.

Rename body:

Click on the body with the right mouse button. Select Rename and type a name, for example "Body part1" and press to validate.

Create sketch:

We will now trace the sketch which defines the general shape of the part. A sketch is a diagram describing a profile to be applied to a feature in order to produce a shape. It can be either "positive" or "additive", like a pad for example; or "negative" or "subtractive", like a pocket.

Here, since the part's general shape is regular along the Y axis, we will create the Pad along this axis.

Press New sketch. FreeCAD then offers to attach this sketch to a plane of the Body; select the XZ plane and press. The interface now changes, the Sketcher now takes over and its toolbars appear over the 3D view. We find ourselves on the XZ plane of the body to trace the sketch.

To aid with sketching, set the following options in "Edit controls" in the Tasks panel to the left:
 * Show grid: checked
 * Grid size: 10 mm
 * Auto constraints: checked

We will trace the following sketch:



Let's start with the first segments:

Select the Line tool. Click on the origin point, first making sure that a small red dot appears besides and to the right of the mouse pointer. Click next on the X axis about 10 squares to the right or at about 100 mm. If the segment is not exactly 100 mm at this point, it does not matter, we will later give it a fixed dimension that will constrain this length.

Do the same for the other segments, try to aim at the points that you have created which must light up in yellow. Which means that these points will be coincident. You should get pretty much this:



Note the small red lines above and beside the segments you have drawn: these are horizontal and vertical constraints. Your lines are forced to stay either horizontal or vertical. Note also the symbol in the form of a small arc on the left: it means that the point is fixed to the Z axis.

Now pick different line segments with the left mouse button and while keeping the left button pressed, drag the mouse to try to move them: some are free, others not.

Applying constraints:

At the top of the combo box, in the Tasks panel, you can read the number of degrees of freedom of the already sketched elements: it must be about 6, the objective of the constraints is to reduce the number of degrees of freedom to 0.

The slanted line should be free to rotate at this time: we will give it an angle constraint to fix it.

Click on the slanted line, then the bottom line; once selected these lines will turn yellow; then click the Constraint_InternalAngle icon.



Enter a value of 30°. Both lines have a fixed angle now. The constraint was created to the left of the sketch; with the mouse, move it inside the profile.

We will now constrain the bottom segment with a dimension: Click on it and then click on  Horizontal distance.

Give the value of 100mm. The vertical segment on the right aligns exactly with the grid of 10 squares. Logic, since a tile is 10mm!

Let's give the overall height to the room by selecting the highest point on the left and the origin. Click  Vertical Distance, enter 50mm.

Do the same for the horizontal length of the slope with 50mm rib as well.

Move the quotes outside the room for better visibility. You should come to something like this: Notice the number of degrees of freedom increased to 2. These are the ends still open.

Dessin de l'arc de cercle:

Cliquez sur Arc, positionnez le centre à environ x=80 y=30. puis cliquez sur le premier point de départ de l'arc qui correspond à la fin du segment en haut puis la fin de l'arc avec l'autre segment (les points doivent s'éclairer en jaune).

Donnons lui une contrainte de rayon: cliquez dessus, puis Rayon ensuite donnez une valeur de 20mm.

Indiquons maintenant que les départ de l'arc soient tangent avec les segments: cliquez sur l'arc, puis le segment du haut, puis Tangente. Un message s'affiche, validez. Procédez de même pour la contrainte de tangence l'autre coté de l'arc.

Nous avons procédé en deux étapes pour réaliser l'esquisse, mais nous aurions pu aussi dessiner complétement l'esquisse avant de la contraindre entièrement.

Esquisse complétement contrainte:

Si vous avez bien travaillé, vous devriez obtenir ceci: l'esquisse est devenue verte, ce qui signifie qu'elle est entièrement contrainte. Il n'y a plus aucune ambiguïté, tout est parfaitement défini. Ceci est confirmé par le message du solveur en haut à gauche. Remarquez également que le centre de l'arc a légèrement bougé, en effet en donnant ces trois dernières contraintes, Freecad a calculé la vraie position du centre.

Si votre esquisse n'est pas encore verte, un ou plusieurs points ne sont pas coïncidents (2 points sont superposés mais non coïncidents). Faite une petite fenêtre (fenêtre de capture) autour d'un point, et cliquez sur Coïncident.

Procédez de la même manière avec tous les points.

Si votre esquisse n'est toujours pas verte, vérifiez que tous les segments aient une contrainte soit Horizontal, soit  Vertical, rajoutez la éventuellement.

Utiliser les fonctions Pad et Pocket.
Cliquez sur "Fermer" dans la boite combinée, en haut à gauche, l'atelier Part Design est de nouveau activé.

Cliquez sur Orthographic view puis  Fit all, ce qui donne une vue en 3D isométrique centrée.

Cliquez sur Protrusion (ou extrusion), donnez longueur = 30mm. Cliquez sur OK, la forme est réalisée.

Notez que la forme crée est un solide plein.

Création du trou:

Cliquez sur la face supérieure (carrée) de la pièce et cliquez sur l’icône créer un nouveau sketch. Freecad crée une nouvelle esquisse rattachée à cette face. Nous sommes donc sur un plan parallèle au plan absolu XY, mais décalé en hauteur de la hauteur de la pièce c'est à dire 50mm.

Vous pouvez activer une vue en 3D ou rester vue de dessus

Notez que les origines de cette nouvelle esquisse sont celles du body. Elles peuvent être différentes, mais ici, sont confondues avec les origines absolues.

Avec l'outil Circle cliquez à peu près au centre de la face et faites un cercle de n'importe quel rayon.

Sélectionnez le cercle puis Radius, entrez la valeur 5mm.

Sélectionnez le centre du cercle puis Fixe, double cliquez sur la cote des X entrez -65mm (ici nous indiquons une position par rapport à l'origine du sketch). Faites de même pour la cote en Y (-15mm). Le cercle prend sa bonne position et l'esquisse doit être verte, elle est complétement contrainte:

Fermez l'atelier Sketcher et cliquez sur Cavité

Cavité ou "Pocket" est une fonction dite "soustrative", elle enlève de la matière à notre pièce, ici un cylindre puisque l'esquisse est un cercle. Indiquez "à travers tout" pour traverser complètement la pièce. Validez.

Changer couleur et transparence.
Il est possible de changer la couleur de la pièce, c'est souvent utile pour distinguer une pièce parmi d'autres. La transparence de la pièce peut être aussi modifiée, ce qui est pratique pour visualiser les formes internes. Sélectionnez le body et allez dans la partie inférieure de l'affichage de gauche, sélectionnez l'onglet Vue, Cliquez sur le carré gris de "Shape Color" et sélectionnez une autre couleur de la "matière" de la pièce. Changez la valeur de Transparency, avec par exemple 50 et validez (0=totalement opaque,100= totalement transparent).

Le trou est désormais visible à l’intérieur de la pièce. C'est souvent utile pour voir les faces cachées ou interne du modèle

Vous pouvez aussi faire varier "Line Color" et "Line Width" pour changer l'épaisseur des traits et leur couleur du contour de la pièce.

Déplacer manuellement la pièce.
Allez dans "Affichage" et sélectionnez "affichage des axes de coordonnées". Il s'agit des axes absolus (origines machine). Vous devriez voir dans la vue 3D, les 3 axes OX,OY,OZ de couleurs différentes. Ce repère va nous aider à nous orienter dans l'espace. Ce repère est fixe et immuable,c'est soit la vue qui tourne, soit l'objet qui tourne dans cet espace.

Sélectionnez le Body, dans la partie inférieure de la vue combinée à gauche, voir pouvez voir ceci: Cliquez sur les trois petits points, cela ouvre une nouvelle boite. A l'aide des flèches vous pouvez faire varier la position et les angles de la pièce. C'est en fait la position du body (donc son origine) qui bouge dans l'espace, l'orientation de la vue 3D ne change pas.

Autre méthode: Dans la vue combo, sélectionnez le Body et cliquez sur le bouton droit de la souris: cliquez sur "transformer". Une vue comme celle ci apparait: Maintenez et faites glisser les cônes le long des axes et les sphères pour bouger la pièce (le body) dans tous les sens.

Validez. Puis remettez angles et coordonnées à 0.

Afficher des côtes indicatives dans le sketch.
Il peut être utile de connaitre des dimensions de certaines parties du sketch, issues du calcul interne de Freecad. On peut s'en servir juste pour contrôle, ou les utiliser par la suite pour paramétrer d'autres dimensions par exemple.

Double cliquez sur le premier sketch, puis cliquez sur Basculement de Contrainte. A partir de maintenant, on peut afficher des contraintes indicatives: elles seront bleues et n'auront pas d'influence sur les formes du sketch d’où elles sont issues, elles sont calculées automatiquement.

Vous pouvez afficher ces côtes par exemple: On constate que l'arrondi a bien une longueur de 20, car tangent avec les faces.

On peut voir également que Freecad calcule la face de gauche (50-50xTAN 30°), ainsi que la cote de distance de l'axe de l'arc avec l'origine.

Faire varier une ou plusieurs dimensions.
En cours de modélisation, on peut faire varier les cotes du modèle. C'est très simple, pour l'épaisseur de la pièce double cliquez sur Pad, puis entrez une nouvelle valeur, 40mm par exemple. Dans la partie basse de la vue combo, on peut changer cette valeur également. Validez, la forme de l'objet a changé.

Faites de même pour la longueur totale de la pièce: double cliquez sur Sketch, puis double cliquez sur la cote de 100, donnez lui 110mm puis validez.

On constate que la pièce à grossi, mais le trou n'est plus centré au milieu de la face car il a été localisé dans le référentiel du corps actif (le body). Ce qui ne correspond pas forcement à ce que l'on voudrait, le trou devrait rester au centre, quelques soit la dimension de la face.

Centrer le trou.
Première méthode à l'aide de la géométrie externe.

Reprenez le sketch du trou, passez en vue 3D et effacez ses 2 positions en X et Y.

Puis cliquez sur Géométrie externe.

Nous allons maintenant créer deux segments dans le sketch, mais issus d'une forme (ou fonction) externe à celui ci et précédemment définie: celle du Pad.

Cliquez sur une arrête sur le dessus de la pièce et qui est en travers. Par exemple coté pente.

Il doit apparaitre maintenant un segment violet à la place de cette arrête. Faites de même pour l'autre arrête coté arrondi.

On peut maintenant se servir de ces segments (et surtout les points des extrémités) pour centrer le cercle, il faut cependant rajouter encore deux segments de construction: par exemple les diagonales.

Cliquez sur Mode Construction, nous passons en mode lignes de construction: les segments seront en bleu et ne seront pas des arrêtes sur la pièce. Ils vont permettre d'accrocher le centre du cercle. Créez les diagonales de la même manière que vous avez dessiné les premiers segments. Assurez vous que tous les points soient coïncidents. Sélectionnez ensuite le centre du cercle, puis les deux diagonales bleues et cliquez sur Point sur objet, le cercle doit se centrer à l'intersection des diagonales, c'est dire au centre de la face. L'esquisse doit être verte, complétement contrainte (c'est indispensable). Remarquez qu'à part le rayon du cercle, il n'est donc plus nécessaire de donner une valeur numérique comme contrainte. Quittez le sketcher, on constate que le cercle s'est bien centré. (la fonction pocket n'a pas été effacée, mais modifiée). Si vous changez à nouveau les dimensions de la pièce, l'épaisseur ou la longueur, le cercle doit rester centré sur la face.

Se passer de lignes de construction:

Il est souvent possible d'éviter de créer des lignes de construction. Vous pouvez reprendre le sketch, effacer les diagonales et utiliser la contrainte Symétrie entre les deux sommets opposés des segments de géométrie externe et le centre du cercle (sélectionnez les points dans cet ordre): Nous obtenons exactement la même chose pour la position du trou. En fait, grâce aux contraintes disponibles dans l’atelier Sketcher, il existe de nombreuses méthodes possibles. Cet exemple montre qu'il est souvent préférable de choisir la méthode la plus simple, limitant ainsi le nombre d'objets créés ainsi que les erreurs qui pourraient en découler.

Deuxième méthode à l'aide d'un plan de référence.

Voici une autre méthode, plus rapide qui est possible depuis la version 0.17: l'utilisation d'un plan de référence et son attachement (ou dépendance).

Commencez par effacer le la fonction "Pocket" ainsi que le sketch du trou. Sélectionnez la face du dessus et cliquez sur PartDesign Point/fr : crée un point de référence dans le corps actif. Le mode d'attachement choisi doit être "centre de masse".

Comme la face est rectangulaire, son centre de masse correspond au centre de ses diagonales. Validez, un point de référence est crée. Sélectionnez encore la face du dessus et tout en appuyant sur la touche CTRL, sélectionnez à gauche le point que vous venez de créer, Relâchez CTRL et cliquez sur PartDesign Plane/fr. Un plan de référence est crée avec comme origine le point.

Il est désormais très facile de centrer le cercle! Sélectionnez à gauche ou sur la vue 3D le plan que vous avez crée, et cliquez sur Créer une esquisse, un sketch se crée avec comme origine, l'origine du plan. Il suffit alors de dessiner le cercle de 5mm de rayon sur cette origine, puis validez (le sketch doit être vert impérativement).

Vous obtenez avec "Pocket", comme créé précédemment, le trou et toujours centré.



Ce tutoriel est terminé, enregistrez ce fichier, vous pouvez vous amuser à explorer diverses fonctions. Changez d'autres côtes, faites d'autres formes, placez d'autre trous sur les autres faces, c'est en se trompant que l'on progresse!

Vous pouvez aussi continuer avec cet autre tutoriel d'une pièce un peu plus compliquée:

https://www.freecadweb.org/wiki/Basic_Part_Design_Tutorial_017/fr