FreeCAD

Site officiel Manuel

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FreeCAD est un logiciel Open Source de modélisation 3D volumique (et non surfacique, comme par exemple Blender). Il est très adapté à la réalisation de pièces mécaniques, et on peut aussi s'en servir avec une approche paramétrique.

• CSG : Constructive Solid Geometry, ou Géométrie par Construction de Solides, paradigme de modélisation de solides procédant par combinaisons de formes primitives (sphères, cônes, parallélépipèdes…), qu'on oppose à l'approche surfacique. Voir sur le wiki de FreeCAD : https://wiki.freecadweb.org/Constructive_solid_geometry/fr, ou sur wikipedia : https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9om%C3%A9trie_de_construction_de_solides
• opérations booléennes : opération sur deux volumes pour en obtenir un nouveau . Les différentes opérations font référence aux opérations booléennes utilisées en maths et en programmation sont :
  • l'union (OR)
  • la soustraction (NOT)
  • l'intersection (AND)
  • l'exclusion (XOR)
• degrés de liberté : comment un objet peut bouger dans l'espace. Ici, ce terme sera employé pour fixer les esquisses : est-ce qu'on peut la translater en X, Y, est-ce qu'elle peut tourner sur elle-même. https://fr.wikipedia.org/wiki/Degr%C3%A9_de_libert%C3%A9_(g%C3%A9nie_m%C3%A9canique)

https://www.freecadweb.org/downloads.php

On peut aussi installer des ateliers sous formes de modules complémentaires (addons).

Il faut aller dans Outils/Addon manager et normalement la liste se charge, on peut trouver son module et cliquer sur Install. En ce moment (v0.18) ça n'a pas l'air de marcher, il faut peut-être les télécharger et installer à la main depuis : https://github.com/FreeCAD/FreeCAD-addons

Par exemple MOOC, pour le MOOC FreeCAD de la plateforme Fun (Mines telecom), ou encore A2plus pour les assemblages.

La plupart du temps le redémarrage de FreeCAD est nécessaire après l'installation d'un nouveau module.

FreeCAD dispose d'une grande gamme d'ateliers, sortes d'apps dans le logiciel, qui permettent de faire des tâches différentes dans le même fichier.

• Arch : pour l'architecture
• Complete
• Draft : conception rapide et “simplifiée”
• Drawing : remplacé par TechDraw
• FEM : Finite Element Analysis
• Image : pour travailler avec des images rasterisées (en pixels, non vectorielles)
• Inspection : en développement
• Mesh Design : conception 3D surfacique et non solide, avec des triangles, comme dans Blender.
• <none> : ne pas cliquer !!!
• OpenSCAD
• Part Design : outil principal, création de solides paramétriques, opérations booléennes… Etroitement lié à l'atelier Sketcher.
• Part : moins développé que Part design, permet des opérations simples.
• Path : pour générer du GCODE. En développement
• Plot : graphiques
• Points : nuages de points ???
• Raytracing : pour faire des rendus photoréalistes, avec matière, lumière, et non plus seulement une géométrie simple avec arrêtes visibles. (télécharger LuxCoreRender standalone)
• Reverse Engineering : en développement. Pour convertir des formes 3D non paramétriques en objets freeCAD paramétriques.
• Robot : simule ou analyse des mouvements de robots ?
• Ship : pour faire des bateaux (fonctionnalités d'hydrostatique, etc.). Non maintenu.
• Sketcher : pour travailler des esquisses, dessins 2D vectoriels fermés qui peuvent ensuite être extrudés dans Part Design…
• Spreadsheet : pour utiliser des données sous forme de tableaux (excel…)
• Start : atelier de la page de démarrage
• Surface :
• TechDraw : pour faire des plans techniques avec cotes et compagnie, afin de travailler avec des artisans extérieurs par exemple
• Test Framework
• Web

Dans tout logiciel de conception 3D, il est important de savoir se repérer et de régler la vue de l'objet. Dans FreeCAD, on peut soit le faire manuellement, soit utiliser quelques boutons de vues prédéfinies.

Le réglage manuel dépend de votre mode de navigation (gesture, touchpad, etc. ça se règle en bas à droite de la fenêtre). En général on zoom avec la mollette, on sélectionne avec le clic gauche. En mode Gesture on tourne (rotate) avec un cliqué-glissé gauche, on pan (déplacement latéral) avec un cliqué-glissé droit.

Avec le clavier, on pan avec les flèches, on zoom avec Ctrl++ ou Ctrl+- Voir le wiki de FreeCAD.

On peut aussi utiliser le cube de navigation en haut à droite.

Quant aux vues standard, la vue isométrique/axonométrique est en générale pratique.

On notera aussi l'outil d'ajustement de zoom à l'objet

Déjà, créer un nouveau fichier…

On peut créer un volume élémentaire (cube, sphère…) à l'aide des boutons jaunes de l'atelier Part.

Dans l'atelier Part Design, créer un corps . C'est indispensable avant de créer des volumes.

Créer ensuite une esquisse et choisir dans quel plan on la dessine (XY c'est le plan horizontal, pour un plan vertical choisir soit XZ soit YZ). On bascule automatiquement dans l'atelier Sketcher.

Créer l'esquisse à l'aide de lignes, d'arcs, ou d'autres formes (ellipses, rectangles…).

Créer une symétrie dans l'esquisse : dessiner la portion à reproduire. La sélectionner, et sélectionner soit un axe (symétrie axiale) soit un point, ou rien (symétrie centrale). Cliquer sur l'outil symétrie

Règles générales : l'esquisse doit être fermée, et sans chevauchements.

Il faut ensuite contraindre l'esquisse pour qu'elle n'ait plus de degrés de liberté. La fenêtre à gauche indique le nombre de degrés restants. Si on peut bouger un point ou un segment de l'esquisse à l'aide de la souris, elle n'est pas complètement contrainte.

Types de contraintes (boutons rouges en haut) :

• dimensions : longueurs des segments, distance entre les points, diamètres (préciser en mm). C'est comme ça qu'on fixe les dimensions de notre objet. Notons qu'on peut utiliser des noms de variables ou faire référence à d'autres longueurs pour une approche paramétrique, mais on verra ça plus en détail plus loin. On peut fixer des distances horizontales, verticales, ou la longueur totale “à vol d'oiseau”
• angles : on peut régler l'angle des points/segments avec des contraintes angulaires (par exemple 30°), ou avec des contraintes de verticalité, horizontalité, perpendicularité, parallélisme.
• symétries : on peut régler des symétries par rapport à un point (symétrie centrale) ou à un axe (sym. axiale)
• Coïcindences, tangeantes : permet de fixer des points entre eux au même endroit, ou des points sur des lignes, des lignes par rapport à des arcs…

Notons qu'il faut contraindre à la fois l'esquisse par rapport à elle-même (ses dimensions, ses angles…), et par rapport au repère (XY…), ce dernier point peut être fait avec des symétries par rapport aux axes, ou des coïncidences avec l'origine…

Il y a souvent 10 méthodes pour arriver au même résultat, par exemple, contraindre un segment à être perpendiculaire à un autre qui est horizontal revient exactement au même que le contraindre à être vertical.

Une fois l'esquisse fermée, on rebascule dans Part Design, on peut alors créer une protrusion , ou une révolution . Il existe aussi d'autres méthodes pour créer des solides par lissage ou profilage, voir plus loin…

Les opérations booléennes sur les solides consistent à prendre au moins deux solides et à les combiner (voir le lexique avec le détail des opérations : union, soustraction, intersection, exclusion). Ce type d'opération est plus souvent réalisé avec l'atelier Part.

Avec Part Design, on va plus souvent ajouter ou supprimer des volumes en faisant une nouvelle esquisse, souvent sur une face du premier volume, puis en réalisant une protrusion ou une cavité (poche).

Sélectionner une face, puis créer une esquisse dessus , et créer une protrusion ou une cavité

On peut enlever de la matière sur les arêtes avec des congés ou des chanfreins (sélectionner une ou plusieurs arrêtes avant de cliquer). On peut alors régler le rayon de l'arrondi.

Dans Part Design, l'outil lissage, ou loft , permet de créer une surface entre deux esquisses qui ne sont pas dans le même plan.

On a vu comment créer une première esquisse sur un des plans d'origine (XY…) ou sur une face d'un solide, mais comment créer une esquisse dans le vide ? Il faut créer un plan de référence.

Il s'agit d'un plan qui va servir de support à une future esquisse. On peut soit le créer à partir d'un des plans d'origine (XY, XZ, ou YZ) et le décaler en Z, soit on peut aussi créer un plan à partir d'une face d'un solide, ou à partir d'un segment (il peut être tangent à celui-ci).

On utilise l'outil plan de référence On peut alors créer une nouvelle esquisse sur celui-ci.

Sélectionner la première esquisse, cliquer sur l'outil lissage additif (loft).

Dans la fenêtre qui s'affiche à gauche, on peut alors ajouter la deuxième esquisse, et régler les paramètres.

Une méthode simple pour créer des rouages, au lieu de répéter une forme par symétrie, est d'utiliser l'outil adapté dans Part Design : Involute Gear .

Pour des rouages plus complexes, installer l'atelier FCGear.

Pas d'outil intégré pour l'instant, on peut soit installer le module Fasteners Workbench, soit le faire à la main : https://wiki.freecadweb.org/Thread_for_Screw_Tutorial

Importer l'image : Se rendre dans l'atelier Image et “Créer une image plane dans l'espace 3D”. Laisser un léger offset négatif (-0,1) pour que le plan de l'image ne se confonde pas avec le plan de l'esquisse.

Redimensionner l'image : outil met le plan de l'image à l'échelle en utilisant la distance entre 2 points. Entrer la distance connue/voulue entre deux points, sélectionner le 1er point, le 2nd, puis l'image sur le panneau de gauche et faire entrer. Cet outil est plus précis quand on applique une mise à l'échelle sur une grande dimension, par exemple le plus grand côté/la longueur de l'objet. Si on met à l'échelle en utilisant par exemple une petite dimension, correspondant par exemple à l'épaisseur du bois, on augmente la marge d'erreur et l'imprécision. (illustrer)

Dessiner/Décalquer par-dessus l'image : se rendre dans Sketcher et créer une esquisse dans le même plan que l'image, sans l'offset. Dessiner les contours de la forme à partir de l'image. On garde les contraintes habituelles quand on dessine une esquisse, elle doit être une forme fermée sans chevauchements.

Extruder la forme pour créer un volume : dans Part Design, créer un corps, extruder l'esquisse avec une protrusion… On peut bien sûr aussi choisir une autre méthode pour créer du volume à partir d'esquisses : révolution, lissage…

On peut, quand on contraint notre esquisse ou solide, entrer une formule à la place d'une valeur numérique. C'est l'occasion de ne pas réécrire la même contrainte plusieurs fois, pour n'avoir qu'une valeur à modifier quand les contraintes sont liées. Par exemple, si nos pièces dépendent de l'épaisseur d'un matériau qu'on va usiner, c'est mieux de ne modifier cette épaisseur qu'à un seul endroit du fichier.

Imaginons qu'on a entré notre variable d'épaisseur avec une contrainte de distance entre deux points d'une esquisse. Mettons que cette contrainte est la neuvième (on voit la liste des contraintes à gauche). On veut régler une autre dimension de l'esquisse en fonction de cette épaisseur, et la multiplier par 3, on va entrer dans la formule : Constraints[8]*3 (8 pour la 9 car on compte à partir de 0).

L'éditeur d'expression fait normalement des auto-suggestions quand on commence à taper, et affiche des erreurs, ce qui permet de mieux s'y retrouver dans l'arborescence. Si ça ne marche pas, on peut essayer de nommer les contraintes qu'on réutilise dans les expressions, c'est beaucoup plus pratique.

Quand on n'est plus dans l'esquisse, mais dans un autre endroit de l'arborescence, par exemple une protrusion, ou une autre esquisse, il va falloir indiquer le nom de cette esquisse avant la contrainte, sinon ça ne marchera pas. Par exemple si c'est Sketch, on entre Sketch.Constraints[8].

Plus d'infos : https://wiki.freecadweb.org/Expressions/fr#R.C3.A9f.C3.A9rence_aux_donn.C3.A9es_CAO

On peut aussi entrer des variables dans un tableau avec l'atelier Spreadsheet.

On peut ensuite faire référence aux cellules de ce tableau, soit grâce à leur numéro de cellule, soit en leur donnant un nom (clic droit sur la cellule, Propriétés, Alias).

Ne pas oublier l'unité (mm)

Exemple de formule pour régler une dimension sur la valeur d'une cellule : Spreadsheet.A1

Lire https://wiki.freecadweb.org/Manual:Using_spreadsheets/fr

Quand on modélise différentes pièces qui doivent être assemblées ensemble, on peut vouloir vérifier nos assemblages, faire des simulations de mouvements, etc.

Il existe un atelier très adapté à ça, A2plus (pour Assembly 2 plus). L'installer avec l'addon manager (voir plus haut). Redémarrer FreeCAD.

Créer un nouveau fichier, aller dans l'atelier A2plus et importer des objets depuis d'autres fichiers qu'on aura créé avant (premier bouton). Une fois qu'on a plusieurs objets, on peut les déplacer, et surtout les contraindre comme on a fait pour les esquisses en 2D.

Sélectionner deux faces de deux objets différents (sélection multiple avec Ctrl). L'outil planeCoincident apparait en couleur (parmi d'autres outils de contraintes). Cliquer dessus, cliquer sur Solve (résoudre) puis Accept.

Même chose, sélectionner les faces cylindriques et l'outil axisCoincident apparait en couleur.

Cliquer sur le bouton jaune DOF (Degree Of Freedom). Si la petite fenêtre rouge affiche 0, alors il reste 0 degrés de liberté.

Pour plus de facilité il est parfois nécessaire de déplacer la pièce (bouton move).

Préparer son fichier → Imprimer en 3D avec FreeCAD : https://www.sculpteo.com/fr/tutoriel/preparer-votre-fichier-pour-limpression-3d-avec-freecad/

Puis export STL…

Une fois son objet modélisé, on se rend dans l'atelier Path et on crée un Parcours de travail (Tâche, Job) .

On peut agir sur les infos (nom du job…), sur le fichier de sortie (processor : linuxcnc…)… Dans Setup/Stock on peut modifier la forme du matériau dans lequel on va creuser, indiquer ses dimensions, son épaisseur.

L'outil Tool Manager permet d'éditer la liste des fraises à disposition.

On peut ajouter les différents types de forets qu'on va utiliser (contournage, perçage, gravure) avec leurs caractéristiques précises.

On peut alors utiliser le bouton “Create Tool Controllers” (toujours dans la fenêtre Tool Manager).

Préambule : attention au rendu des angles, notamment les angles droits. Quand on un angle droit extérieur, convexe, pas de soucis, mais quand on fait un angle droit interne, concave (comme un creux carré), la géométrie de la fraise ne peut pas aboutir à un angle droit parfait (c'est comme essayer d'avoir un angle pointu avec un gros feutre rond). Il faut en tenir compte pour l'assemblage, donc soit prévoir des finitions à la main, soit des angles arrondis dans l'autre pièce à emboiter.

Outil Contournage (Profilage à partir d'une face) . Dans Géométrie de base, on peut alors cliquer sur la ou les faces à détourer (face du dessus en général). Dans profondeur, régler les points de départ (épaisseur totale), d'arrivée (0, origine), et l'épaisseur à creuser par passage (étape, par exemple de 3mm). On règle aussi dan opération le type d'outil à utiliser. En cliquant sur appliquer on voit un aperçu du chemin généré par le GCODE.

Créer un creux : outil Poche . On va enlever plus de matière (“remplissage” négatif).

Utiliser un outil fait pour, c'est-à-dire un foret et pas une fraise (la fraise est en général plus chère et s'use).

outil post processeur

Une fois qu'on a un objet modélisé, aller dans l'atelier TechDraw.

Créer une nouvelle page par défaut

On peut la renommer en allant dans la section Données en bas à gauche. Elle va aussi s'afficher sous forme de nouvel onglet (voir les onglets en bas de la fenêtre).

Cliquer sur Nouvelle Vue (il faut avoir sélectionné l'objet, ou en tout cas son dernier solide, dans l'arborescence à gauche). Par défaut, ça crée une petite vue de face dans la page. On peut changer sa taille en ajustant la propriété Scale dans le panneau des données à gauche.

Sélectionner une vue normale et cliquer sur Nouvelle Vue en Coupe On peut ajuster le sens de la coupe, mais aussi l'offset en X, Y, Z. Faire ok pour créer la nouvelle vue en coupe. Une barre pointillée s'affiche par dessus la première vue, elle symbolise la coupe.

Des vues liées permettent d'afficher un objet sous plusieurs orientations (vue de face, avant droit, etc.). Cliquer sur Sélectionner les projections à ajouter. On peut aussi changer l'échelle (personnalisée).

Sélectionner des points ou des axes pour ajouter des cotes (diamètre, distance, etc.) à l'aide des boutons jaunes prévus à cet effet.

Sélectionner une face du dessin, cliquer sur le bouton hachurer et régler le type de géométrie et l'échelle des hachures.

Le cartouche désigne l'encadré en bas à droite de la page, qui contient les informations textuelles. On retrouve des cartouches dans d'autres types de fichiers, comme par exemple quand on fait un circuit imprimé… Pour l'éditer, simplement cliquer sur les pastilles vertes des différents champs.

D'abord, masquer l'affichage des boîtes englobantes, puis exporter soit en SVG soit en DXF à l'aide des boutons…

Faire un rendu photoréaliste peut être utile pour se donner une idée de l'aspect réel de l'objet qu'on modélise, pour l'insérer dans une image ou encore pour faire une présentation…

Il faut installer un moteur de rendu externe, LuxCoreRender (https://luxcorerender.org/download/, choisir la version standalone, noter l'emplacement d'installation).

On va ensuite dans l'atelier RayTracing, indiquer dans les Préférences l'emplacement du moteur LuxCoreRender qu'on vient d'installer.

Ensuite : on crée un nouveau rendu LuxCoreRender, on importe un objet, on règle la caméra, la matière, la lumière, on règle la taille de l'image à produire et on démarre le rendu.

Blender est également un logiciel de conception 3D, mais il possède son propre moteur de rendu. Exporter votre fichier dans FreeCAD, en format .STL ou .OBJ.

L'importer dans Blender, puis se référer à la doc Blender, ici c'est FreeCAD…

• Modéliser une brique de LEGO : https://wiki.freecadweb.org/Manual:Modeling_for_product_design
• Icônes FreeCAD sur leur wiki : https://wiki.freecadweb.org/Artwork — https://wiki.freecadweb.org/Artwork_Gui/fr (voir sous-pages pour les icônes liées aux ateliers spécifiques, comme Part Design). Bien copier le lien du fichier et pas de la page sinon ça ne marchera pas
• A2plus tutorial : https://www.youtube.com/watch?v=mnkecA9S7kc