Manual:Modeling for product design/ru

Проектирование продукта изначально было коммерческим термином, но в мире 3D это обычно означает моделирование чего-то, что будет напечатано с помощью 3D-принтера, или, в более общем случае, произведено с помощью машины, будь это объёмный принтера или станок с ЧПУ.

Когда Вы печатаете объёмный объект, обязательно нужно, чтобы Ваш объект был твёрдым телом. Конечно, ничего не мешает ему быть пустым внутри. Но Вам всегда следует чётко знать, с какой стороны внутренний материал, а где внешняя сторона, поскольку принтер или ЧПУ должны чётко знать, что заполнено материалом, а что нет. Поэтому верстак PartDesign является лучшим инструментом в FreeCAD для построения таких частей, потому что он всегда следит за тем, чтобы объекты были твердотельны и изготовляемы.

Для демонстрации работы верстака PartDesign, смоделируем эту хорошо известную деталь Лего:



В элементах Лего хорошо то, что их размеры, как минимум для стандартных, легко узнать в Интернет. Их достаточно легко моделировать и печатать в объёме, и при некотором терпении (объёмная печать требует много настройки) Вы сможете сделать элементы, которые полностью совместимы и идеально присоединяются к оригинальным блокам Лего. В показанном ниже примере мы делаем элемент в 1,5 раз больше оригинала.

Мы будем использовать только инструменты модулей Sketcher и PartDesign. Поскольку все инструменты верстака Sketcher включены в верстак PartDesign, мы можем оставаться в PartDesign и не нуждаться в переключении между верстаками.

Объекты PartDesign полностью базируются на Эскизах. Эскизы это двумерные объекты, составленные из линейных сегментов (линий, дуг или эллипсов) и геометрических ограничений. Эти ограничения могут быть применены либо к линейным сегментам или их конечным точкам или центральным точкам, и заставляют геометрию следовать некоторым правилам. Например, Вы можете поместить вертикальные ограничения к сегменту линии, чтобы заставить его быть вертикальным, или установить для конечных точек ограничения позиции, чтобы запретить перемещение. Когда эскиз содержит такой набор ограничений, что никакие точки эскиза не могут быть сдвинуты, говорят о полностью ограниченном эскизе. Когда есть излишние ограничения, которые могут быть убраны без позволения изменений геометрии, он называется переограниченным. Этого следует избегать, и FreeCAD в этом случае сделает предупреждение.

Эскизы имеют режим редактирования, где их геометрия и ограничения могут быть изменены. Когда Вы завершили редактирование, эскизы ведут себя как остальные объекты FreeCAD, и могут использоваться как строительные блоки для всех инструментов PartDesign и для других верстаков, вроде Part или Arch. Верстак Draft так же содержит инструменты, которые преобразуют объекты Draft в объекты Sketch и наоборот.


 * Начнём с моделирования палаллелепипеда, который станет базой для нашего кубика Lego. Далее мы вырежем внутренности, и добавим 8 точек сверху. Поэтому начнём с создания прямоугольного эскиза, который мы потом выдавим:
 * Переключимся на верстак PartDesign
 * Кликнем на кнопке [[Image:Sketcher_NewSketch.png|16px]] Создать эскиз. Появится диалог, спрашивающий, как расположить эскиз, выберем плоскость XY, плоскость "вида сверху". Эскиз будет создан и переключён в режим редактирования, а вид будет повёрнут так, чтобы видеть эскиз сверху.
 * Теперь нарисуем прямоугольник, выбрав инструмент [[Image:Sketcher_CreateRectangle.png|16px]] Создать прямоугольник и кликнув две угловые точки. Можете поместить их где угодно, поскольку правильное положение будет установлено на следующем шаге.
 * Вы увидите, что прямоугольнику сразу будет добавлено множество геометрических ограничений: вертикальные сегменты получат вертикальные ограничения, горизонтальные - горизонтальные ограничения, а каждый угол - ограничение коинцидентности, соединяющее сегменты вместе. Вы можете на пробу подвигать прямоугольник, перетаскивая его линии мышью, и вся геометрия останется соответствующей ограничениям.




 * Теперь добавим ещё три ограничения:
 * Выберите один из вертикальных сегментов и добавьте [[Image:Constraint_VerticalDistance.png|16px]] Ограничение расстояния по вертикали. Установите размер 23,7 мм.
 * Выберите один из горизонтальных сегментов и добавьте [[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|16px]] Ограничение расстояния по горизонтали. Установите его в 47,7 мм.
 * Затем выберите одну из угловых точек и начальную точку (это точка на пересечении красной и зелёной оси), и добавьте [[Image:Constraint_PointOnPoint.png|16px]] Ограничение коинцидентности. Прямоугольник переместится к начальной точке привязки, и эскиз станет зелёным, означая, что он он полностью ограничен. Попробуйте перемещать линии или точки, ничего больше не сдвинется.



Кстати, последнее ограничение коинцидентности (которое фиксирует положение прямоугольника) вовсе не обязательно. Вам не обязательно работать с полностью ограниченными эскизами. Однако, если мы собираемся печатать этот блок в объёме, может быть необходимо держать наши элементы близко к начальной точке (которая будет центром пространства, где может двигаться головка принтера). Добавив это ограничения, мы гарантируем, что наша деталь всегда останется "привязана" к этой начальной точке.


 * Наш базовый эскиз теперь готов, мы можем закончить редактирование нажатием кнопки Закрыть на панели задач, или просто нажатием кнопки Escape. Если нужно, в любое время можно вернуться в режим редактирования двойным кликом на эскизе в древе проекта.
 * Применим к эскизу инструмент [[Image:PartDesign_Pad.png|16px]] Выдавливание, и зададим расстояние 14,4 мм. Прочие опции можно оставить по умолчанию:



Выдавливание в PartDesign действует похоже на инструмент Extrude, который мы использовали в предыдущей главе, но есть много отличий. Главное из них, что это выдавливание не может быть передвинуто, оно навсегда привязано к эскизу. Если Вы хотите изменить положение выдавливания, Вам следует перемещать эскиз. В текущем контексте, где мы хотим гарантировать, что ничего не уйдет со своего места, это добавляет защиту.


 * Мы будем теперь делать вырез внутри блока, используя инструмент [[Image:PartDesign_Pocket.png|16px]] карман, версия инструмента Обрезать. Чтобы сделать выемку, мы сделаем эскиз внизу нашего блока, который будет использовать для удаления части блока.
 * При выбранной нижней гранью нажмите кнопку [[Image:Sketcher_NewSketch.png|16px]] Создать эскиз.
 * Рисуем в этом эскизе прямоугольник




 * Теперь мы ограничим прямоугольник относительно нижней грани. Для этого нам нужно "импортировать" некоторые грани поверхности с помощью инструмента [[Image:Sketcher_External.png|16px]] External geometry. Примените этот инструмент к двум вертикальным линиям на нижней поверхности:



Вы заметите, что этим инструментом могут быть добавлены только рёбра с базовой поверхности. Когда Вы создаёте эскиз с выбранной поверхностью, создается связь между ними, которая важна для дальнейших операций. Вы всегда можете позднее пересоединить эскиз к другой поверхности инструментом Разместить эскиз на грани.


 * Внешняя геометрия не "реальна", она пропадёт при выходе из режима редактирования. Но её можно использовать для наложения ограничений. Установите следующие 4 ограничения:
 * Выделите верхнюю левую точку прямоугольника и верхнюю точку импортированной линии и добавьте [[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|16px]] Ограничение расстояния по горизонтали равным 1,8 мм
 * Снова выделите верхнюю левую точку прямоугольника и верхнюю точку импортированной линии и добавьте [[Image:Constraint_VerticalDistance.png|16px]] Ограничение расстояния по вертикали равным 1,8 мм
 * Выделите нижнюю правую точку прямоугольника и верхнюю точку импортированной линии и добавьте [[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|16px]] Ограничение расстояния по горизонтали равным 1,8 мм
 * Снова выделите нижнюю правую точку прямоугольника и верхнюю точку импортированной линии и добавьте [[Image:Constraint_VerticalDistance.png|16px]] Ограничение расстояния по вертикали равным 1,8 мм




 * Покинув режим редактирования, мы теперь можем выполнить операцию создания кармана. С выделенным эскизом нажимаем кнопку [[Image:PartDesign_Pocket.png|16px]] Карман. Задаём длину 12,6 мм, что оставит толщину верхней поверхности нашей детали в 1,8 мм (вспоминаем, что общая высота нашей детали 14,4 мм).




 * Теперь мы займёмся 8 точками на верхней поверхности. Для этого, поскольку они имеют одну форму, мы используем удобный инструмент [[Image:PartDesign_LinearPattern.png|16px]] Linear pattern верстака PartDesign, который позволяет делать повторы один раз смоделированной формы.
 * Начните с выделения верхней поверхности нашего блока
 * Нажмите [[Image:Sketcher_NewSketch.png|16px]] Создать эскиз.
 * Создайте две [[Image:Sketcher_Circle.png|16px]] окружности.
 * Для каждой окружности выделите её и задайте им [[Image:Constraint_Radius.png|16px]] Ограничение радиуса в 3,6 мм каждой
 * Импортируйте левое ребро базовой плоскости инструментом [[Image:Sketcher_External.png|16px]] Геометрия извне.
 * Поместите два вертикальных и два горизонтальных ограничения в 6 мм между центральными точками каждой окружности и угловых точек импортированного ребра, так чтобы центр каждой из окружности был в 6 мм от края верхней грани:




 * Заметьте снова, что когда Вы зафиксировали все позиции и размеры на Вашем эскизе, он становится полностью ограниченным. Это даёт вам гарантии. Вы можете изменить сейчас первый эскиз, но всё, что мы сделали после этого остаётся привязанным.
 * Покиньте режим редактирования, выделите этот новый эскиз, и создайте [[Image:PartDesign_Pad.png|16px]] Выдавливание в 2,7 мм:




 * 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


 * Эскизирование
 * Верстак PartDesign
 * Верстак Assembly2