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Anleitung: Mit FreeCAD ein Objekt erstellen


1 - Einleitung

Warum FreeCAD?

Bevor man mit dem Konstruieren beginnt, stellt sich die Frage, welches Programm soll ich nehmen? Es gibt verschiedene Software. Es gibt kein schlechtes Programm. Jedes deckt bestimmte Anforderungen ab.

Ich selber habe mich für FreeCAD entschieden. Es entspricht am ehesten meinen persönlichen Präferenzen:

  • FreeCAD ist ein 3D-CAD Programm, welches sowohl im Quellcode als auch als ausführbare Datei als freie Software verfügbar ist.
  • Es ermöglicht Konstruktionen im technischen Bereich und in der Architektur.
  • Die Installation und Handhabung ist relativ einfach zu lernen und anzuwenden.
  • Ein eigenes Forum steht hinten dran, wo sehr viele Themen behandelt werden.

Gut zu wissen

2 - Vorwort

Ich* begann an einem Abend mit dem Konstruieren. Es benötigte einige Zeit, um sicherzustellen, dass jeder Schritt gut dokumentiert ist. Speziell am Anfang versuche ich, wirklich jeden einzelnen Schritt zu dokumentieren. Später, wenn Ihr das Programm besser kennt, werden die Schritte grösser.

* Diese Instruktion ist eine Übersetzung aus dem Englischen. Es ist die Interpretation eines Artikels von yvesg auf inganetng.spur-n-schweiz.ch. Da es Veränderungen bei der aktuellen Version von FreeCAD gab, wurde der Text neu formuliert und praktisch alle Grafiken ausgetauscht. Diese Publikation erfolgt im Einverständnis mit yvesg.

3 - Erste Schritte

Arbeitsbereich einrichten

Zuerst wird definiert, in welchem Arbeitsbereich man arbeiten möchte.

Es ist nicht so wichtig, welchen Arbeitsbereich zuerst gewählt wird. Während des Arbeitsprozesses kann jederzeit gewechselt werden.

  • Dafür gehe ich auf das Menü «Ansicht»,
  • dann «Arbeitsbereich»
  • und wähle «Part Design».

Unsere erste Datei erstellen

  • Dann wähle ich «Datei»
  • und «Neu».

Die wichtigsten Symbolleisten

Nun stellen wir sicher, dass wir die benötigten Symbolleisten sehen:

  • Menü «Ansicht» öffnen,
  • dann via «Symbolleisten»:
  • Folgende Leisten benötigen wir:
    - Datei
    - Ansicht
    - Teile-Konstruktion
    - Skizzengeometrien
    - Skizzen-Beschränkungen
    - Skizzier Werkzeuge

Platz schaffen

Die Symbolleisten sind nun mehr oder weniger willkürlich angeordnet. Zum Platz schaffen, ordnen wir diese neu an. Wir platzieren den Cursor auf dem Anfasser an der Linken Seite und ordnen mit gedrückter Maustaste die Leisten neu an. Mit der Zeit wird sich eh eine zweckmässige Anordnung herauskristallisieren.

Mit FreeCAD arbeiten

Ansichten einrichten

Als nächster Schritt richten wir die Ansichten ein.

  • Via «Ansicht» gehen wir
  • zu «Paneele»
  • Wir benötigen:
    - Baumansicht
    - Eigenschaften
    - Combo-Ansicht
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Datei sichern

Jetzt wird es Zeit, die noch leere Datei zu sichern. Das ist ein sehr wichtiger Schritt, den man während des Entwicklungsprozesses immer wieder machen sollte! Es könnte nämlich leicht sein, dass sich FreeCAD ohne Vorwarnung verabschiedet und dann wären alle ungesicherten Arbeitsschritte verloren! Das Sichern geht am Einfachsten mit Nutzung eines Tastaturkürzels:

  • «Ctrl» + «s» für Windows- oder Linux-Betriebssysteme
  • «cmd» + «s» für das Apple-Betriebssystem
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4 - Wir beginnen zu zeichnen

Erste Skizze erstellen

  • Auf die Schaltfläche «Neu Skizze erstellen» klicken.
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Ziel ist es, den Boden des Führerstandes zu zeichnen.

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  • Dazu wird die horizontale Skizzierebene ausgewählt.

Die Bedeutung dieses Schrittes wird sich später besser erschliessen: Es wird dann ersichtlich, welche Operationen möglich sind, um dreidimensionale Objekte zu erstellen.

Mit FreeCAD arbeiten

Folgende Informationen werden im linken Ansichtsbereich von oben nach unten aufgelistet:

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  • Applikation zeigt den Namen meiner Datei und meines Sketches. Wenn der Name der Skizze gelb hinterlegt ist, befindet sie sich im Bearbeitungsmodus.
  • Eigenschaften ist momentan noch leer
  • Combo-Ansicht listet folgende Informationen auf:
    • Die Skizze ist noch leer. (Das wird sich bald ändern.)
    • Die Rastergrösse als Hilfe beim Zeichnen ist auf 2 mm eingestellt.
    • Die anderen Auswahlmöglichkeiten sind deaktiviert. Es ist nicht immer von Vorteil, wenn das Programm versucht, sich vorzustellen, was man tun möchte und dann etwas ausführt, was gar nicht erwünscht ist.
  • In der Symbolleiste «Rechteck in der Skizze erstellen» auswählen.
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Technisch gesehen besteht das Rechteck aus vier Linien dessen Enden miteinander verbunden sind.

Mit FreeCAD arbeiten

In der Combo-Ansicht sieht man, dass zu jeder Linie ein «Constraint» gehört.

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  • Constraint 1 bis 4 bedeuten, dass zwei Knoten (Punkte am Ende der Linien) verbunden sind (oder wenn sie identisch sind, dann werden sie «Coincidence Constraint» genannt).
  • Constraint 5 bis 8 bedeuten, dass die vier Linien vertikal oder horizontal angeordnet sind.
  • Es ist möglich, einen Constraint* zu löschen: Markieren und Löschtaste drücken.

* Constraint - Hier klicken um mehr zu erfahren

Unter «Constraints» werden logische Bedingungen, denen eine CAD-Modell-Geometrie unterliegt, oder konstruktive Beziehungen zwischen den CAD-Elementen verstanden.

Die Constraints werden vom Anwender interaktiv definiert oder vom Programm automatisch erzeugt. Man unterscheidet geometrische, algebraische und massliche Bedingungen.

Eine andere Unterscheidung:

  • explizite Constraints = Masse, wie sie in einer technischen Zeichnung zu finden sind.
  • implizite Constraints = Bedingungen, die (bei konventionellen technischen Zeichnungen) vom betrachtenden Menschen interpretiert werden. Dies sind unteranderem Eigenschaften, wie z. B. Symmetrie, Parallelität, Konzentrizität usw.

Ferner wird unterschieden:

  • einstellige Constraints = Bedingungen, die sich auf ein einzelnes geometrisches Element beziehen (z. B.: Länge)
  • zweistellige Constraints = Bedingungen/ Beziehungen zwischen zwei verschiedenen Elementen.


In dem ich eine der vertikalen Constraints (Constraint8) lösche und dann mit gedrückter Maustaste einen Knoten ziehe, kann ich die Form verändern:

Mit FreeCAD arbeiten
  • Nun löschen wir Constraint 1.
  • Dies bewirkt, dass die untenstehenden Elemente nachrutschen und das erste folgende Element in Constraint 1 umbenannt wird!
  • Davon lassen wir uns aber nicht verwirren und öffnen die Figur mittels Verschieben der Punkte:
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Aber eigentlich benötigen wir ein schönes Rechteck mit vertikalen und horizontalen Seiten. Daher beenden wir jetzt diese Lektion.

5 - Auf dem Weg zum ersten 3-D-Element

Ein neues Rechteck erstellen

  • Wir löschen alles oder eröffnen ein neues Projekt.
  • Gemäss den vorherigen Angaben wieder ein Rechteck zeichnen.

Um das Rechteck richtig zu positionieren, braucht es noch mehr Massangaben

  • Dazu wird die untere Linie mit einem Klick ausgewählt.
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  • Um nun den horizontalen Abstand zu definieren, wird die entsprechende Schaltfläche angeklickt:
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  • Eine Distanz von 15 mm eingegeben.
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Es ist auch möglich eine Constraint für einen einzelnen Knoten zu setzen. Beispielsweise die Distanz zwischen dem Nullpunkt und einem Knoten (dieser braucht nicht mit einer Linie verbunden zu sein). Sogar die horizontale und vertikale Länge einer schrägen Linie kann definiert werden. Mehr zu diesem Thema folgt später beim Entwurf von komplexeren Formen.

  • Die rechte Seitenlinie markieren.
  • Die gelb markierte Schaltfläche anklicken
  • 18.25 mm eingeben
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Den horizontalen Abstand festlegen

  • Auf den unteren linken Knoten klicken
  • Schaltfläche «horizontaler Abstand»
  • Wert 48.4375 mm eingeben
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Nun muss noch die Nullposition definiert werden.

  • Unterer rechter Knoten anklicken
  • Schaltfläche «vertikaler Abstand»
  • Wert  -8.125 mm eingeben
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Meldung des Lösers

Nachdem dies erledigt ist, erscheint in der Combo-Ansicht der Text «Vollständig eingeschränkte Skizze».

  • Nun auf die Schaltfläche «Schliessen» klicken.
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Im nächsten Schritt einen Block generieren

  • Auf «Block» klicken; dies bewirkt das die Skizze aufgepolstert wird.
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Aus der Skizze wird ein 3-D-Objekt.

Unser Ziel ist aber kein Würfel sondern eine Bodenplatte:

  • Beim Parameter der Aufpolsterung also 0.6 mm eingeben.
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Die Symbolleiste Ansicht

Damit kann die Bodenplatte aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet werden.

  • Die verschiedenen Ansichten werden mit dem Drücken der Tasten 0 bis 6 gesteuert.
Mit FreeCAD arbeiten

Das Objekt kann im Raum auch frei gedreht werden:

  • Im Bereich der Arbeitsfläche rechts klicken,
  • «Navigationsstile» auswählen,
  • anschliessend ein Klick auf «OpenInventor».
  • Mit gedrückter Maustaste lässt sich unser Objekt in alle Richtungen bewegen.
Mit FreeCAD arbeiten

Noch ist unsere Konstruktion nicht ausserordentlich interessant.

Zum weiter Zeichnen wechseln wir in den Navigationsstil «CAD». Diese Ansicht ist bequemer zum weiter Arbeiten:

  • Es genügt auf der Oberfläche, irgend eine Kante anzuklicken.
  • Navigationsstile/CAD auswählen

In der Ansicht «OpenInventor» müsste man gleichzeitig noch die Taste «Ctrl» drücken.

Mit FreeCAD arbeiten

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sollte die Bodenplatte an einem Ende aufgebogen werden.

Mit FreeCAD arbeiten
  • Ansicht «unten» oder Taste 5
  • Kante abrunden mit einem Klick auf die entsprechende Schaltfläche.

Der Standartwert in FreeCAD für Radien beträgt 1 mm. Unser Teil ist jedoch nur 0.6 mm hoch. Daher kann es passieren dass FreeCAD einen Fehler meldet.

Mit FreeCAD arbeiten
  • Den Radius auf 0.45 mm setzen.

In der Baumansicht wird diese Aktion als «Fillet» angezeigt.

Mit FreeCAD arbeiten
Die rechte Kante bearbeiten
  • Rechte Kante markieren
  • Schaltfläche «Abschrägen»
  • Analog zum vorherigen Schritt 0.56 mm eingeben.

In der Baumansicht wird diese Aktion als «Chamfer» angezeigt.

Mit FreeCAD arbeiten

In der Baumansicht sind nun drei Einträge, die die drei bisherigen Arbeitsschritte zum Erstellen der Bodenplatte abbilden.

Mit FreeCAD arbeiten

Klickt man einen dieser Einträge an und drückt die Leertaste, kann das Teil aktiviert oder deaktiviert werden. So werden die einzelnen Erstellungsschritte sichtbar. Zum Bearbeiten eines Eintrages genügt ein Klick.

Mit FreeCAD arbeiten

6 - Konstruktion des Führerstandes Teil 1

Neupositionierung

Der Führerstandsboden soll auf der richtigen Höhe definiert werden. Aus diesem Grunde muss dieses Teil  um 6.88 mm angehoben werden.

  • Baumansicht wählen
  • Sketch anklicken
  • Eigenschaften anwählen
  • Gepunktete Schaltfläche
  • Bei der Z-Achse 6.88 mm eingeben
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X-Achse ändern

Nun zeigt sich, dass der Boden in der x-Achse zu kurz konstruiert ist.

  • In der Baumansicht Doppelklick auf Sketch
  • In der Combo-Ansicht Constraint9 anklicken
  • Neuer Wert 18.25 mm eingeben

Nicht immer klappt die nachträgliche Änderungen von Werten. Gelegentlich stürzt FreeCAD ab.

Mit FreeCAD arbeiten

Fortsetzung folgt ...

An diesem Punkt endet die Anleitung. Aber keine Angst, die englische Vollversion findet sich hier:
Beginning of the project