CAD (Computer Aided Design) mit FreeCAD

Es folgen einige erste Erfahrungen mit dem kostenlosen CAD-Programm FreeCAD. Ich benötige es vor allem, um meinen 3D-Drucker zu füttern. Soweit nichts anders angegeben ist, beziehe ich mich auf die FreeCAD_0.19. (Letzte Bearbeitung: 01/2022)

Tipp: Wer nicht gerne am Bildschirm liest, sollte es mit dem Smartphone versuchen.

Projekte mit FreeCAD

FreeCAD installieren

• Stabile Version FreeCAD herunterladen
• Paket entpacken und auf c:\Program Files\FreeCAD (Beispiel!) kopieren
• C:\Program Files\FreeCAD 0.19\bin\FreeCAD.exe (Beispiel!) starten

Tubenwickler für den 3D-Druck

Der Tubenwickler

Die Senftube wird nicht richtig leer? Vom vielen Quetschen bekommt die Tube Risse? Hier hilft der Tubenwickler.

Übersicht

• Tutorium: Für Anfänger gedacht
  Schwerpunkte:
  • Skizzieren im Arbeitsbereich Sketcher (sehr ausführlich)
  • Extrudieren im Arbeitsbereich PartDesign
  • Radien und Fasen in der 2D-Skizze und im 3D-Modell
  • STL-Export für den 3D-Druck
  • Verwaltung der Maße in Tabellen [Spreadsheet]
  • Technische Zeichnung mit TechDraw [halb fertig]
• 3D-Druck: problemlos, ca. 3 cm³ Volumen, Material beliebig
• Interner Link: Tubenwickler
• Umfang: Tutorium, FCStd-Datei, STL-Datei, PDF der technischen Zeichnung

Dreieck für Poolbillard [Pool Rack] für den 3D-Druck

Billard-Dreieck für den 3D-Druck
aus drei Einzelteilen
für 3D-Druck und Schrauben M3

Der gebrauchte Poolbillard-Tisch steht endlich im Keller, aber das Dreieck [Pool Rack] für die Kugeln fehlt? Das Dreieck von Thingiverse.com passt nicht auf den 3D-Drucker? Da hilft nur eine Eigenkonstruktion aus kleineren Teilen.

Übersicht

• Tutorium: Für Einsteiger, die mit dem Sketcher klarkommen
  
• Arbeitsbereiche: PartDesign, Sketcher
  Schwerpunkte:
  • Sweeping [Additive Pipe]: Erzeugen eines 3D-Modells mit Profilskizze und Pfad
  • Arbeiten mit Bezugs- und Skizzenebenen zur Vermeidung des topologischen Benennungsproblems
  • Pseudo-Montage in PartDesign zu Präsentationszwecken
• 3D-Druck:
  • problemlos
  • Material beliebig
  • ca. 3 x 30 cm³ Volumen
  • Grundfläche ca. 120x170 mm²
• Interner Link: Pool Rack
• Umfang: Tutorium, FCStd-Datei, STL-Datei

Namensschild

Ein Namensschild

Der Briefkasten braucht ein Namensschild? 3D-Druckteile müssen gekennzeichnet sein? Schlüsselanhänger? Dann muss man Texte auf eine Oberfläche prägen können.

Übersicht

• Tutorium: Für Einsteiger
  
• Arbeitsbereiche: Draft, PartDesign
  Schwerpunkte:
  • Erstellen eines Schriftzuges [ShapeString] in Draft
  • Einbinden des ShapeString in PartDesign mit und ohne ShapeBinder
  • Positionieren des ShapeBinders auf einer Fläche
  • Hinweise zum zweifarbigen 3D-Druck mit einfarbigen Druckern
  • Eigenschaften von Schriftzeichenkontur [Textkontur, Shape String Property]
• Interner Link: Namensschild
• Umfang: Tutorium, FCStd-Datei

Links

• FreeCAD Tutorium: Zeichenfolge Tutorium

Fliegenklatsche

Die Fliegenklatsche aus Blatt, Verbinder und Griff

Die Fliegenklatsche ist eine schöne Fingerübung für FreeCAD und 3D-Druck.

Übersicht

• Schwierigkeit: Für Einsteiger, die mit dem Sketcher klarkommen.
• Arbeitsbereiche: PartDesign, Sketcher
• Schwerpunkte:
  • Wabenmuster mit Mehrfachtransformation
  • umlaufender Rand und Griff mit Sweeping [Additive Pipe]
  • Fasen in der Skizze mit einschränkungserhaltender Verrundung
  • 3D-Druck
• Interner Link: Fliegenklatsche
• Umfang: Tutorium, FCStd-Datei, STL-Datei

Datei-Operationen in FreeCAD - Aus 2 mach 1

2 Kästen in 2 Dateien mit 2 Tabellen

Ziel dieses Tutoriums ist es, zwei ähnliche Dateien mit zwei ähnlichen Tabellen [Spreadsheet] zu einer Datei mit einer Tabelle zusammenzufassen.

Übersicht

• Tutorium: Für Nerds
  Schwerpunkt: Operationen im Inneren einer FCStd-Datei mit einem Text-Editor
• Interner Link: Datei-Operationen
• Umfang: Tutorium, FCStd-Datei

Projekte in der Pipeline

• Schachtel (Sweeping)
• Bleistiftspitzer (Baugruppe)
• Schraubhülsen (druckbare Gewinde, parametrische Konstruktion mit Spreadsheet)

Tutorien an anderer Stelle

Hier finden Sie Links zu Tutorien [Schritt-für-Schritt-Anleitungen].

• Link: Eine Liste von Tutorien bei FreeCAD

Arbeitsbereiche [Workbench]

Workbench bedeutet wörtlich Werkbank und bezeichnet in FreeCAD einen Arbeitsbereich, mit dem unterschiedliche Aufgaben gelöst werden können. Bei der Benamsung der Arbeitsbereiche halte ich mich an die englischen Begriffe, um Verwechslungen zu vermeiden.

Links und Hinweise:

• Arbeitsbereiche, die nicht standardmäßig installiert sind, kann man nachinstallieren:
  • Werkzeuge - Addon-Manager - …
  • Neustart
• FreeCAD Wiki: Liste der Arbeitsbereiche
• FreeCAD Wiki: Alphabetische Liste aller Befehle von FreeCAD mit Link zu den Hilfeseiten.
• Synonyme: Arbeitsbereich, Workbench, Benutzeroberflächenmodus

Menuleiste

Die Menuleiste ist zwar kein Arbeitsbereich, aber für meinen Workflow (Icons kopieren) passt es gut hierher.

•   (Neues Dokument erstellen)
•   (Dokument öffnen)
•   (Dokument speichern)

Arbeitsbereich Drawing (Technische Zeichnung, veraltet)

Der Arbeitsbereich Drawing wird durch den Arbeitsbereich TechDraw abgelöst und sollte nicht mehr verwendet werden

Arbeitsbereich Part

Der Arbeitsbereich Part baut 3D-Modelle im Wesentlichen aus einfachen geometrischen 3D-Formen auf (Quader, Zylinder, Kegel, …) und verknüpft sie durch boolesche Operationen.

Da der Arbeitsbereich PartDesign ebenfalls 3D-Modelle erstellt und ich mit dessen Denkweise vertraut bin, habe ich mich auf PartDesign konzentriert und kenne mich mit Part nicht aus.

Links und Hinweise:

• Video: M6 Mutter in FreeCAD 0.19 von 5hpir3 zeigt nebenbei auch das Zusammenspiel zwischen den Arbeitsbereichen PartDesign und Part.
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich Part
• FreeCAD-Wiki: Part und PartDesign

  Arbeitsbereich PartDesign [Teilekonstuktion]

PartDesign ist ein Arbeitsbereich, mit dem Bauteile (3D-Volumenmodelle) modelliert werden. Dazu werden 2D-Skizzen durch Extrusion, Rotation o.ä. in 3D-Volumenkörper umgewandelt. Durch schrittweises Hinzufügen und Entfernen von Volumenelementen entsteht allmählich das fertige 3D-Modell ähnlich wie in einer realen Fertigung.

• FreeCAD Wiki: Alle Befehle des Arbeitsbereiches PartDesign im Überblick.
• Link: Überblick und Beispiel in PartDesign von jpg87 (französisch und englisch)

Hilfswerkzeuge

•     usw
  •   Neuer Körper [Body] beginnt ein neues Einzelteil und wechselt sofort in den Arbeitsbereich Sketcher.
  •   Neues Skizzenblatt anlegen [Skizze, New Sketch]
    legt eine neues Skizzenblatt an und wechselt sofort in den Arbeitsbereich Sketcher.

Additive und subtraktive Werkzeuge

•       usw
  • Additive Werkzeuge erzeugen oder erweitern einen Volumenköper z.B. Aufpolstern [Extrusion, Pad].
  • Einschränkungen: In einem Körper [Body] darf grundsätzlich nur ein zusammenhängendes Volumenelement vorhanden sein! Mehrere getrennte Volumenelemente sind grundsätzlich nicht möglich, auch nicht als Zwischenschritt. Ich hatte auch schon Probleme mit zwei Volumenelementen, die sich "nur" berührten. (Pool Rack, nochmals prüfen !).
•         usw.
  • Subtraktive Werkzeuge nehmen Teile von vorhandenem Volumen weg, zB. eine Tasche, Bohrung, Nut usw.
  • Einschränkungen: Man darf kein Volumen aus dem Nichts wegnehmen. Das mag exotisch klingen, hat mich aber schon zu Umwegen gezwungen (interner Link: Erstes Loch für ein Wabenmuster bei der Fliegenklatsche).

Bezugswerkzeuge

•        
  • Bezugspunkt, Bezugsgerade und Bezugsebene erstellen die entsprechenden Elemente, die der Orientierung im Raum dienen.
  • Lokales Koordinatensystem: Die Einstellungen für die Bezugswerkzeuge erfolgen in local coordinates. Bisher hat es mir genügt, die richtigen Einstellungen per Versuch und Irrtum zu ermitteln, ohne das lokale Koordinatensystem zu verstehen.
  • Beispiele:
    • Tutorium Bezugsgerade: Richtungsweiser für ein lineares Muster bei der Fliegenklatsche.

Modellierungswerkzeuge

Aufpolstern, Tasche, Bohrung, Sweeping, Helix, Lofting usw. erzeugen bzw. entfernen Volumenelemente.

•     Extrusion [+: Aufpolstern, Polster, Pad], [-: Tasche, Pocket]
  • Prinzip: Extrusion lässt eine Skizze in gerader Richtung zu einem Volumen wachsen. Extrusion erzeugt also Prismen beliebiger Grundfläche. Die Prismen können sich verjüngen oder verbreitern (Schrägungswinkel) und schräg verlaufen (Richtung).
  • Additive Beispiele: Erhöhung, Zylinder, Prismen, Strangpressen (z.B. Zahnpasta aus der Tube drücken).
    Mit Schrägungswinkel: Kegel, Pyramiden, Ausformungsschrägen, …
    Mit Richtung: Schräge Prismen.
    • Tutorium (ausführlich): Tubenwickler
  • Subtraktive Beispiele: Tasche, Passfedernut, T-Nut, Langloch, Senkung, Durchbruch, Vertiefung, Innensechskant, Innenverzahnung, Tannenbaumprofile für Turbinenschaufeln und andere typische Profile zum Räumen.
    • Tutorium (ausführlich): Tubenwickler
    • Tutorium: Sechskant-Durchbruch bei der Fliegenklatsche
    • Tutorium: Prisma mit schrägem Schnitt bei der Fliegenklatsche
  • Bezeichnungen: Wie die Beispiele zeigen, gibt es in der Technik viele Ausdrücke für Extrusion, und keiner davon erscheint mir als ideal für eine umfassende Bezeichnung. Ich verwende den Ausdruck Extrusion bzw. subtraktive Extrusion und ergänze eine Klarstellung in eckigen Klammern, falls es mir nötig erscheint.
•     Drehung [Rotation, Revolution] bzw. umlaufenden Nut [Groove]
  • Prinzip: Drehung erzeugt oder entfernt ein Volumen, indem eine Skizze um eine Achse dreht.
  • Additive Beispiele: Drehteile aller Art, hohle Drehteile (Flasche), runde Segmente (Tortenstück, Lagerschalenhälften).
  • Subtraktive Beispiele: umlaufende Nuten, gedrehte Innenkonturen.
  • Synomyne: Rotation, Revolution,
•   (Gewinde-)Bohrung [Hole]
  • Prinzip: erzeugt Bohrungen, Gewinde usw.
•     Sweeping [Rohr, Pipe]
  • Prinzip: Sweeping funktioniert im Prinzip wie Extrusion, ist aber an keinen geradlinigen Pfad gebunden. Damit ist Sweeping eine elegante Funktion, um ein konstantes Profil entlang eines beliebigen Pfades verlaufen zu lassen.
  • Vorgehensweise: Sweeping benötigt zwei Skizzen: Eine Profilquerschnitt (Skizze1) wird entlang eines Pfades (Skizze2) geführt. Beispiel: Das Profil eines Kreisrings entlang eines beliebigen Pfades ergibt ein gebogenes Rohr (= Pipe).
  • Weitere Möglichkeit: Sweeping kann auch mit zwei Profilskizzen umgehen und passt dazwischen den Querschnitt allmählich an. Beispiel: Übergang von einem runden zu einem quadratischen Querschnitt.
  • Einschränkungen: In einem einzelnen Sweep-Vorgang darf sich das entstehende Volumen nicht überschneiden. Das bedeutet:
    • Die Kurvenradien des Pfades müssen größer sein als die kurveninnere Breite des Profils.
    • Wenn eine Überschneidung des Volumens sinnvoll ist, muss man sich etwas einfallen lassen.
    • Tutorium: Der symmetrische Griff der Fliegenklatsche wird nur zur Hälfte gezeichnet und mit Spiegeln vervollständigt.
  • Additive Beispiele:
    • Umlaufende Ränder aller Art, Rohre …
    • Tutorium: Rand der Fliegenklatsche
  • Subtraktive Beispiele: kurvig verlaufende Tunnel, Kühlkanäle in einem massiven Block.
    • Radien und Fasen zur Umgehung des topologischen Benennungsproblems.
  • Begriffe: Sweeping, Rohr, Pipe (Ich verwende Sweeping, obwohl FreeCAD dies nur für den Sonderfall Helix tut).
•   Helix [zylindrische Spirale]
  • Prinzip: Helix entspricht Sweeping für räumliche Spiralen. Die Spiralen können zylindrisch, kegelförmig und flach sein.
  • Einschränkungen: Ab FC0.20 gelingen mir damit auch Gewinde ;-) (interner Link FC0.19 → Gewinde)
  • Additive Beispiele: Spiralfedern.
  • Subtraktive Beispiele:
  • Synomyne: Helix, räumliche Spirale, Sweeping
•   Loft
  • Prinzip: Loft benötigt mehrere Skizzen mit Querschnitten und erzeugt die 3D-Geometrie durch allmählichen Übergang von einem Querschnitt zum nächsten. Wenn der Pfad des Lofts nicht gerade sein soll, kann zusätzlich eine Skizze mit einem Pfad vorgegeben werden.
  • Additive Beispiele: Rotoren von Windrädern, Löffel.
  • Subtraktive Beispiele:
  • Video-Tutorial Konstruktion eines Kronkorkens von anisim

Transformationswerkzeuge

•   Spiegeln [Mirrored]
    lineares Muster [Linear Pattern, gerades Muster]
    polares Muster [Polar Pattern, kreisförmiges Muster]
  • Prinzip: Musterwerkzeuge vervielfachen Volumenelemente und ordnen sie in geraden oder runden Reihen.
  • 
    Abb.10a Zwei lineare Muster
    einer Bohrung
    Beispiel in Abb.10a: Die Bohrung links unten wurde mit zwei linearen Mustern waagerecht und senkrecht angeordnet. Das Ergebnis ist ein Muster in L-Form.
  • Beispiele: Stufen einer Treppe, Bohrungen auf Teilkreisen, Lochreihen.

•   Flächiges Muster [Multi-Transformation, MultiTransform]
  • Prinzip: Innerhalb Multi-Transformation werden mehrere Musterwerkzeuge aufgerufen, die aber nicht nur da ursprüngliche Element anordnen, sondern das ganze jeweilige Muster, das bis dahin entstanden ist. Es entstehen also flächige Muster.
  • 
    Abb.10b Zwei lineare Muster
    in Mehrfach-Transformation
    Beispiel in Abb.10b: Die Bohrung wurde genauso behandelt wie in Abb.10a, aber diesmal innerhalb von Multi-Transformation. Das Ergebnis ist ein flächiges Lochraster.
  • Beispiele:
    • Tutorium: Wabenmuster bei der Fliegenklatsche

Nachbearbeitungswerkzeuge

•   Radius [Kantenabrundungen, Radien, eng.: Fillet]
    Fasen [Kantenabschrägungen, eng.: Chamfer]
  • Prinzip: Radien und Fasen sind typische konstruktive Elemente, um Kanten zu brechen.
  • Einschränkungen: Radien und Fasen, die mit PartDesign erzeugt werden, unterliegen dem topologischen Benennungsproblem.
    Weitere Infos und alternative Möglichkeiten siehe Radien und Fasen bei konstruktiven Elementen
  • Hinweise zur Wortwahl: Fachsprachlich heißt es eindeutig Radius und Fase, aber Radius kann auch ein halber Durchmesser sein und Fase kennt nicht jeder. Deshalb verwende ich zusätzlich die selbsterklärenden Begriffe Kantenabrundung und Kantenabschrägung. Abrunden steht auch umgangssprachlich für die letzte Verbesserung und passt zu den Begriffen abschneiden, absägen, abdrehen usw. Dagegen gefällt mir verrunden nicht, weil es an verschneiden, versägen, verdrehen usw. erinnert.
•    
  weiß noch nicht ;-)

  Arbeitsbereich Sketcher (2D-Skizzen)

Skizze für das Stielloch
eines Hammerkopfes

Im Arbeitsbereich Sketcher erstellt man 2D-Skizzen, die in anderen Arbeitsbereichen benötigt werden, z.B. in PartDesign.
Dort sind Skizzen die Grundlage für alle komplexen Volumenelemente. Andere Arbeitsbereiche, die mit dem Sketcher zusammenarbeiten, werden hier nicht behandelt.

Links und Hinweise:

• intern: Tutorium Tubenwickler - Spreadsheet (sehr ausführlich)
• intern: Arbeitsbereich Spreadsheet (geplant)
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich Spreadsheet
• Video: FreeCAD Tutorium Partdesign & Spreadsheet - von anisim Open Source Engineering Software zeigt die vollständig parametrische Konstruktion eines Tisches mit einem Tabellenblatt für alle Einzelteile.

  Arbeitsbereich Spreadsheet

Beginn der Maßtabelle beim Tubenwickler

Im Arbeitsbereich Spreadsheet [Tabellenblatt] kann man Maße übersichtlich auflisten und in Skizzen oder Modelle einer FreeCAD-Konstruktion übernehmen. Das Verfahren erleichtert das Ändern von Maßen, z.B. in der Entwicklungsphase oder für Baureihen in verschiedenen Größen. Praktisch ist, dass das CAD-Modell und die Tabelle in einer Datei gespeichert werden.

Links und Hinweise:

• intern: Tutorium Tubenwickler - Spreadsheet (sehr ausführlich)
• intern: Arbeitsbereich Spreadsheet (geplant)
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich Spreadsheet
• Video: FreeCAD Tutorium Partdesign & Spreadsheet - von anisim Open Source Engineering Software zeigt die vollständig parametrische Konstruktion eines Tisches mit einem Tabellenblatt für alle Einzelteile.

  Arbeitsbereich TechDraw [Technische Zeichnungen]

Ansichten des Tubenwicklers

Im Arbeitsbereich TechDraw erstellt man technische Zeichnungen aus 3D-Modellen, die man vorher in anderen Arbeitsbereichen erstellt hat, z.B. in PartDesign. Praktisch ist, dass das CAD-Modell und die technische Zeichnung in einer Datei gespeichert werden.

Links und Hinweise:

• intern: Tutorium Tubenwickler - Technische Zeichnung (sehr ausführlich für einfache Darstellungen)(noch nicht fertig, aber für den Einstieg brauchbar)
• intern: Arbeitsbereich TechDraw (noch nicht fertig)
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich TechDraw

  Arbeitsbereich A2plus [Baugruppen]

Der Arbeitsbereich A2plus ist ein Werkzeug zum Erstellen von Baugruppen aus Einzelteilen. Man öffnet eine Baugruppen-Datei, importiert Einzelteile und verbindet Sie mit Einschränkungen.

A2plus ist ein inoffizielles Addon von kbwbe und muss nachträglich zu FreeCAD installiert werden.

Links und Hinweise:

• intern: Tutorium Spitzer - Baugruppe (geplant)
• intern: Arbeitsbereich A2plus (geplant)
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich A2plus

Arbeitstechniken

Parametrische Bemaßung

Verschoben nach → Parametrische Bemaßung

Abb.11a Bezugsebene auf Schräge

Parametrische Bemaßung ist sozusagen eine ferngesteuerte Bemaßung: Ändert sich hier etwas etwas, muss sich dort etwas anpassen.

Am Beispiel einer Bezugsebene auf einer Schräge werden hier verschiedene Methoden der parametrischen Bemaßung gezeigt. D.h.: Wenn die Schräge durch Konstruktionsänderungen verschoben wird, folgt die Bezugsebene automatisch (→ Abb.11a).

Es enthält die Kapitel

• Ist jedes Maß ein Parameter …?
• Bezugsebene direkt an die Schräge binden
• Maße zu Parametern machen und in verwenden
• Formeleditor
• Referenzmaße: Grafische Lösung statt Formeln
• Parameter in Tabellen verwalten

Blick ins Innere von Körpern

Manchmal möchte man in das Innere eines Körpers schauen, z.B. wenn eine Skizzenebene im Körper liegt oder der Körper eine Innenkontur besitzt. Hier werden Möglichkeiten gezeigt, die (Durch-)Sichtbarkeit von Elementen zu beeinflussen.

Die Abbildungen stammen vom → Tubenwickler

Sichtbarkeit von Elementen ein- oder ausschalten

Abb.23a Sichtbarkeit ein/aus:
Leertaste drücken

• Arbeitsbereich: beliebig
• Baumansicht - Element (markieren, hier: Pad) - Leertaste drücken
  → Sichtbarkeit des Elementes wird ein- bzw. ausgeschaltet
• Pad wird nur sichtbar, wenn Pad UND Body sichtbar geschaltet sind

Bis zur Skizzenebene aufschneiden

Abb.23d Skizzenebene freigelegt

•   Arbeitsbereich Sketcher
•   Skizze freilegen [Schnittansicht-Modus, Abschnitt anzeigen, Schnitt anzeigen, View Section]
  → Öffnet den Blick bis zur Skizze temporär

Bis zur Skizzenebene aufschneiden kann man ab FC0.20 zur Standardeinstellung machen:

• Menüleiste - Ansicht - Einstellungen - Sketch - Anzeige - Skizze im Schnittansicht-Modus anzeigen: ein

Drahtgitteranzeige

Abb.23c Drahtgitteranzeige des Körpers
mit sichtbarer Skizze

•   Arbeitsbereich PartDesign
•   Zeichenstil [Draw Style] -
    Drahtgitter [Wire Frame] -
  → Stellt Elemente als Drahtgitter dar

Elemente durchscheinend machen

Abb.23b Transparenter Körper
mit sichtbarer Skizze

• Arbeitsbereich: beliebig
• Baumansicht - Body (Kontextmenu mit Rechtsklick) - Darstellung - Transparenz: … (% ?)
  → Macht den Körper durchscheinend
• →hat , dadurch wird die Skizze sichtbar

In Abb.23b wurde die Skizze (mit roten Punkten) sichtbar gemacht durch:

• Baumansicht - … - Sketch00x - Leertaste
• Der drumherum liegende Körper hat Transparenz: 90

Ansicht - Schnittebene

Beispiel: Mit Abschneiden in Y und Versetzen: 0 wird das Teil oder die Baugruppe an der XZ-Ebene geschnitten dargestellt. Mit Versetzen wird die Ebene in &plusminus: Y-Richtung verschoben. Eine benutzerdefinierte Ebene ist möglich, mehrere Schnittebenen können kombiniert werden.

Einschränkung: Eine Skizze, die in derselben Ebene liegt wie die Schnittebene, wird unvollständig dargestellt.

Radien und Fasen

Radien [Fillet, (Ab-)rundungen, Radius] und Fasen [Chamfer, Abschrägungen] sind typische konstruktive Elemente, um Kanten zu brechen. Dafür gibt es viele Gründe, allen voran der haptische: gerundete oder gefaste Kanten fühlen sich nicht so scharfkantig an.

Normalerweise bringt man Radien und Fasen sowohl in der praktischen Fertigung als auch in CAD als letzten Schritt am 3D-Modell an. FreeCAD bietet dafür im Arbeitsbereich PartDesign die Funktionen und an, aber wie viele Funktionen in PartDesign unterliegen sie dem topologischen Benennungsproblem und sind deshalb nur eingeschränkt nutzbar.

In manchen Fällen gibt es andere Möglichkeiten, um Radien und Fasen zu erzeugen

1. Oft kann man Radien und Fasen schon in der Skizze erzeugen.
   Bevor alte CADler den Kopf schütteln, weil sie den Mehraufwand kennen, sollten sie weiter lesen:
   • 
     Sketcher - Einschränkungserhaltende Verrundung
     FreeCAD bietet eine zeitsparende Funktion: Einschränkungserhaltende Verrundung [Constraint-preserving sketch fillet] im Arbeitsbereich Sketcher.
   • Im Prinzip zeichnet und bemaßt man die Skizze vollständig ohne Rundungen, wie man es sonst auch tut. Erst danach bringt man Einschränkungserhaltende Verrundungen an und damit bleiben alle Maße und Einschränkungen erhalten - man muss nur noch die Radien bemaßen.
   • Das funktioniert auch für 45°-Fasen, wenn man den Radius mit einer Linie abkürzt und anschließend den Radius zu einer Konstruktionslinie macht. Sie finden ein ausführlicheres Beispiele in den Tutorien.
   • Tubenwickler
   • Fliegenklatsche
2. Wenn gar nichts geht, muss man in den sauren Apfel beißen und die PartDesign-Funktionen verwenden
3. Radien und Fasen müsste man auch durch Sweepen erzeugen können, aber mir ist es im 1. Versuch nicht gelungen, vorhandene Kanten als Pfad zu übernehmen. Und wenn man den Pfad neu zeichnen muss, rechnet sich der Aufwand nicht.

Beim 3D-Druck sind Radien an waagerechten Kanten problematisch, wenn sie auf dem Druckbett aufliegen. Je größer der Radius ist, desto stärker wird nämlich der Überhang, den der Drucker bei der zweiten Schichte bewältigen muss. Deshalb verwende ich Radien bevorzugt an Kanten, die senkrecht gedruckt werden, und Fasen an den waagerechten Kanten. Wenn man die Radien etwas größer macht als die Fasen, hat dies zudem den Vorteil, dass die Fasen den Radien folgen und man nur wenige Fasen benötigt.

Gewinde

• Internes Beispiel: Schraubhülse

Probleme

Dem Anschein nach verfügt FreeCAD für die grundlegende 3D-Modellierung über die meisten Funktionen, die ich vom Inventor kenne, und einige mehr. Aber bei der gewohnten Vorgehensweise habe ich mit seltsamen Problemen viele Stunden verbraten. Damit meine ich nicht die üblichen Umsteigerprobleme, denen FreeCAD auch nicht gerade entgegenkommt, sondern zusätzlich:

• Funktionen, Befehle, Fehlermeldungen, Hinweise usw. sind in FreeCAD sehr uneinheitlich bezeichnet.
  Immerhin gibt es auch etwas zum Schmunzeln: "orthographische Ansicht" - richtig buchstabiert, aber im Duden um genau eine Zeile verrutscht ;-)
  Nachtrag: Mittlerweile habe ich gelernt, dass die orthogonale Ansicht im Englischen orthographic view heißt und das ist wohl ein Beispiel für falsche Freunde.
• Beschreibungen und Dokumentationen sind reichlich vorhanden, aber für mich oft unverständlich.
• Für den Umstieg haben mir vor allem Videotutorien und Sitzfleisch geholfen.

Die grundlegenden Probleme, auf die ich immer wieder stoße, (Geburtsfehler ?) sind folgende:

Topologisches Benennungsproblem - Topological Naming Problem

FreeCAD bezeichnet intern alle Elemente mit Nummern, z.B. Face1, Face2, Edge1 usw. Bei jeder Änderung der Konstruktion werden die Elemente neu aufgebaut und ggf. neu nummeriert. Das Problem ist, dass ein Element, das sich auf ein anderes Element bezieht, nach dem Umnummerieren seinen Bezug verlieren kann.

Das heißt: Wenn man eine Skizze auf Fläche7 oder eine Fase auf Ecke8 legt, und danach in dem 3D-Modell auch nur ein einziges Maß ändert, muss man damit rechnen, dass die Skizze und die Fase nicht mehr wissen, wo sie hingehören. Für meine Geschmack wird da viel Potential und engagierte Entwicklerarbeit verschenkt.

Lösungsansätze:

• Ich entsage den Freuden des parametrischen Konstruierens und lege keine Skizzen auf Flächen des bisherigen Modells und projiziere keine Geometrien usw. Stattdessen verwende ich Arbeitsebenen uä. und verankere alles im Koordinatensystem, auch wenn das einen Griff zum Taschenrechner erfordert.
• Für Fasen, Radien usw. siehe auf dieser Seite unter Radien und Fasen bei konstruktiven Elementen
• Auf die technische Zeichnung eines 3D-Modells soll das topologische Benennungsproblem auch durchschlagen, aber damit habe ich noch keine Erfahrung.

Weitere Infos

• Link zu FreeCAD: Topologisches Benennungsproblem

Instabile Skizzen

Ein weiteres Problem, das mich häufig trifft, sind "instabile" oder "versprungene Skizzen". So nenne ich es, wenn sich auch vollständig bestimmte Skizzen ändern, weil FreeCAD neue und völlig überraschende Interpretationen der Abhängigkeiten gefunden hat. Auch dieses Problem macht viel Arbeit, aber ich weiß nicht, ob die Ursache dafür ebenfalls beim topologischen Benennungsproblem liegt. Beispiele:

Sechseck nach dem Umspringen
(eine der Seiten des Quadrates ist dreifach)

Sechseck wie gewünscht

• Beispiel 1: Instabiles_Sechseck.FCStd
  Dieses Bauteil enthält einen sechskantigen Durchbruch [subtraktive Extrusion, Tasche, Pocket] in einer quadratischen Platte [additive Extrusion, Aufpolsterung, Pad], erstellt im Arbeitsbereich PartDesign. Das Sechseck in Sketch001 ist mit der Polygon-Funktion des Sketcher gezeichnet und vollständig bestimmt (alle Seiten gleich lang, eine Kante senkrecht, alle Ecken Punkt auf Objekt mit dem Umkreis, Mittelpunkt des Umkreis zum Koordinatennullpunkt bemaßt).
  Problem: Wenn man die Mittelpunktsbemaßungen ein paar Mal ändert, verspringt das Sechseck früher oder später.
  Probieren Sie es: Das Bauteil ist parametrisch bemaßt, sie müssen nur das Spreadsheet öffnen und ein bisschen mit Maßen x0 und y0 in den Zellen B5 und C5 spielen. Irgendwann wird aus dem Sechseck ein Quadrat mit 3 Linien übereinander oder irgendeine andere mathematisch korrekte, aber praktisch unbrauchbare Interpretation eines regelmäßigen Sechsecks.

Skizze wie gezeichnet

Skizze nach dem Umspringen

• Beispiel 2: Rand
  Die beiden Screenshots zeigen eine Skizze vor und nach dem Umspringen mit Veränderungen am oberen und unteren Ende.
• Beispiel 3 (ohne Bild): Nach einer Konstruktionsänderung sind eine Gerade und ein Kreis zwar noch tangential verbunden, bilden aber keinen fließenden Übergang mehr, sondern einen spitzen Winkel.

Fehlermeldungen in FreeCAD

Eingabefehler: Failed to validate broken face

• Status: gelöst
• Fehlermöglichkeit: Die Skizze, der extrudiert, rotiert .. werden soll, enthält keinen geschlossenen Linienzug.
• Fehlermöglichkeit: Der geschlossene Linienzug enthält Konstruktionslinien
• Hilfsmittel zur Analyse von Skizzen: Sketcher - Skizze überprüfen

Formel Editor: Ergebnis: Failed to parse expression

• Status: gelöst
• Auftreten: Beim Versuch, ein Maß durch einen Parameter zu ersetzen.
• Fehlermöglichkeit: Die Fehlermeldung erscheint, bis FreeCAD die Formel lesen kann.
• Fehlermöglichkeit: Die Formel im Formeleditor begann mit einem Gleichheitszeichen

Meldung über die Transformation: 18 Transformationen überschneiden die Basis nicht
Transformation failed

Fehlermeldung

• Status: gelöst
• Die Fehlermeldung tritt auf beim Versuch, ein Sechseck ohne Zusammenhang zu transformieren.
• Fehlerursache: Vermutlich hängt es mit der Manie von FreeCAD zusammen, dass Volumen zusammenhängend sein müssen.
• Lösung: Ich habe die Sechsecke auf ein 'Blech' (flaches Pad) gesetzt, das ich am Ende der Konstruktion per SubtractivePad wieder entferne.

Problemlösung

Error: result ist not a solid

• Befehl: Sweeping und Helix
  Der Fehler ist aufgetreten beim Versuch, ein Gewindeprofil auf einen Bolzen zu schneiden.
• Fehlerursache: Sweeping und Helix haben so viele Einschränkungen/Probleme, dass sie für Gewinde schlicht nicht brauchbar sind.
• Details und Lösungsversuche findet man im guten FreeCAD Tutorium: Gewinde für Schrauben.

Eingabefehler: Unsupported sub-shape type

Pad: result has multiple solid

• Wann trat der Fehler auf?
  Billard-Dreieck: Skizze auf eine vorhandene Fläche kann nicht aufgepolstert werden.
• Hintergrund:
  Es scheint in FreeCAD eine Regel geben, dass in PartDesign ein Teil nicht zwei getrennte Volumina auftreten dürfen. Dabei wollte ich ein Volumen an ein anderes anbauen, sodass nach meiner Auffassung kein zweites getrenntes Volumen entstehen sollte.
• Lösung:
  Ich habe die Skizze so gelegt, dass sich die Teilvolumina nicht nur berührten, sondern überschnitten.

Eingabefehler ToposDS::Face

Eingabefehler TopoDS_Buider::Add (sic!)

• Fehler tritt auf bei Fase [Chamfer]
  Ich hatte ein Element mit Fasen nachträglich vereinfacht, sodass einige Fasen wegfielen. Das merkt FreeCAD offensichtlich nicht von alleine und zeigt sogar die alte Form an, wenn man doppelklickt auf Combo-Ansicht - Aufgaben - Fillet parameters - Edge123.
• Suchmaschinenanfrage "freecad TopoDS_Buider::Add" = erfolglos
• Combo-Ansicht - Modell - RMK: Fillet - Objekt neu berechnen = erfolglos
• Alle Kanten [Edge] löschen in: Combo-Ansicht - Aufgaben - Fillet parameters - Edge…
  und neu vergeben.
• Bewertung: Nicht befriedigend

Eingabefehler Index out of bound

• Fehler tritt auf bei Fase [Chamfer]
• Suchmaschinentreffer
  • FreeCAD Forum: Creating a pocket from an image und Bug in profile operationsüber einen Bug.
• Googelt man den Fehler, kommt man auf etwas, das wie Programmcode für eine Helix aussieht.

Sketcher::SketchObject / Sketchxxx: Links go out of the allowed scope

Wo findet man die Nummer der Skizze (sketchxxx)?

• Die Fehlermeldung erscheint in Ansicht - Panele - Ausgabefenster .
• xxx steht für die Nummer der Skizze. Wenn man die Skizze umbenannt hat, erfährt man ihre Nummer in den Eigenschaften des übergeordneten Elements: Combo-Ansicht - Modell - Element - Eigenschaft: Sketch Based - Profile - Wert: Sketchxxx
• Lösung: Die Skizze wurde nicht verwendet und gelöscht, die Fehlermeldung trat nicht mehr auf.

Maßliche Einschränkung - Invalid property specification

• Die Fehlermeldung erscheint, als im Teil Kasten in der Skizze des Pfades das Maß für die Rundung der äußeren Kante ersetze. R5 statt R6 ergibt noch keine Fehlermeldung, erst später entdecke ich eine Warnung bei einem nachgeordneten Rdaius [Fillet]. Als ich R5 durch ebenfalls den Wert 5mm aus dem eingebetteten Spreadsheet ersetze, erfolgt die Fehlermeldung.
• freecad "invalid property specification" ergibt in Suchmaschinen einige Links auf Programmcode - nützt mir nix.
• Fehlersuche: Die Warnung der nachgeordneten Rundung [Fillet] verschwindet, nachdem ich den Radius dieser Rundung verringert habe. Am o.g. Fehler ändert sich nichts.
• Fehlersuche: Deutliche Vergrößerung des Radius im Spreadsheet auf 10 mm → keine Änderung.
• Fehlersuche: Neuer Parameter mit anderem Namen im Spreadsheet auf 10 mm → keine Änderung.
• Maßnahme: Ich bleibe bei R6 ohne Parameter aus dem Spreadsheet.

Links

Notizen

• Video: FreeCAD Tutorial 14 - Schlitten von BPLRFE anschauen