Was soll das?

Bild eines Namensschildes
Abb.01 Ein Namensschild

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

Das vorliegende Tutorium zeigt, wie man mit FreeCAD Texte in 3D-Gebilde verwandelt. Für die 3D-Modelle wird der Arbeitsbereich PartDesign verwendet. Der Text wird im Arbeitsbereich Draft als Schriftzeichenkontur [Shape String] erstellt und dann mit oder ohne Formbinder [Shape Binder] in PartDesign eingebunden.

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

Dateien

Vorgehensweise in FreeCAD

Platte für die Beschriftung

Die Schrift soll in eine Platte 120x65x1 mm geprägt werden.

Screenshot der Platte für ein Namensschild
Abb.02 Platte für ein Namensschild
  • Icon PartDesign  Arbeitsbereich Part Design
  • Icon Body  Neues Dokument [Datei] erstellen
  • Icon Body  Körper erstellen [Body]
  • Sketcher NewSketch  Neues Skizzenblatt anlegen [Skizze, New Sketch] auf xy-Ebene
    • Rechteck 120 x 65 mm
    • Eckenrundung R6
  • Icon Body  Aufpolsterung [Pad] um 1 mm
  • Icon Body  Speichern - Dateiname: Schrift-Stueck

Schriftzug erzeugen

Screenshot der Maske für einen ShapeString
Abb.03a Maske für Schriftzeichenkontur
[Textform, ShapeString]

Um die Kontur eines Schriftzuges zu erstellen, muss man in den Arbeitsbereich Draft wechseln und dort eine Kontur des Textes [Shape String] erzeugen.

  • Icon Workbench Draft  Arbeitsbereich Draft
    → Wohin FreeCAD die Draft-Ebene (Millimeterpapier) legt, spielt keine Rolle.
  • Icon Draft - Shape Stringn  Draufsicht wählen [Top]
    → Schriftzug wird auf die xy-Ebene gelegt
    ... oder ...
    Oberfläche der Platte anklicken
    → Schriftzug wird auf die Oberfläche der Platte gelegt.
  • Icon Draft - Shape String  Form von Text [Kontur von Schriftzeichen, Shape String] (→ Abb.03a)
    • X, Y, Z: ... Position der linken unteren Ecke des Textes ungefähr anklicken.
    • Zeichenkette [String]: Wunschtext eingeben
    • Höhe [Size]: 16 mm wählen
      Gemeint ist die Höhe der Schrift.
    • Schriftartendatei [Font File]: c:\Programme\FreeCAD...\bin\Lib\site-packages\matplotlib\mpl-data\fonts\ttf\DejaVuSans.ttf
      Speicherort der Schriftartendateien manuell ansteuern und Schriftart auswählen.
    • OK
    Shape String erscheint in der Baumansicht (→ Abb.04a)

Shape String [Schriftzug] in den Körper [Body] übernehmen

Screenshot ShapeString in der Baumansicht
Abb.04a ShapeString in der Baumansicht

Nach Erstellen des Schriftzuges [ShapeString] erscheint er in der Baumansicht zunächst außerhalb des Namensschildes [Body] (→ Abb.04a).

Bevor man den Schriftzug [Shape String] auf das Namensschild [Body] prägen kann, muss man den ShapeString in den Body verschieben.

Screenshot ShapeString im Body
Abb.04b ShapeString im Body
  • Icon  Part Design
  • Baumansicht - Kontextmenu auf ShapeString
    • Objekt in anderen Körper verschieben
    • Einen Körper aus der Liste wählen: Namensschild [Body]
    → ShapeString wird Teil des Namensschildes [Body] (→ Abb.04b)

Man kann Shape Strings auch mittels Shape Binder mit dem Body zu verknüpfen. Eine Anleitung dazu befindet sich im → Anhang.

Schriftzug auf der Oberfläche positionieren

Noch steht der Schriftzug mehr oder weniger zufällig in der Landschaft.

Positionieren mit der Maus (erst ab FreeCAD 0.20?)

Screenshot Transformieren
Abb.05a "Transformieren" mit der Maus

Wenn man den Schriftzug mit der Maus schubsen möchte - FreeCAD nennt das transformieren -, muss man zunächst ein Kontextmenu bemühen.

  • Kontextmenu auf ShapeString - Transformieren
  • Verschieben des Schriftzuges an den bunten Pfeilspitzen
  • Drehen der Schriftzugebene an den bunten Bällen.
  • Schrittweiten erlauben genaue inkrementale Bewegungen.

Die Methode reicht aus, um den Schriftzug auf die Ober- oder auf die Unterseite der Platte zu verschieben und um ihn richtig herum zu drehen.

Mit FreeCAD 0.19 ist es mir nicht gelungen.

Positionieren nach Koordinaten

Mit Koordinaten platzieren kann man in den → Eigenschaften von Shape String. Für das Beispiel gelten die folgenden Werte, je nachdem, ob die Schrift auf oder unter der Platte entstehen soll:

Werte für Schrift auf der Oberseite

Position X und Y zentrieren den Schriftzug. Position Z = 1 legt ihn auf die Oberseite der Platte.

  • Einstellungen - Daten - Basis - Placement -
    • Winkel: 0°
    • Position X: -60 mm
    • Position Y: -8 mm
    • Position Z: 1 mm
Werte für Schrift auf der Unterseite

Position X und Y zentrieren den Schriftzug. Position Z = 0 legt ihn auf die Unterseite der Platte. 180° um die x-Achse dreht die Schrift nach unten.

  • Einstellungen - Daten - Basis - Placement -
    • Winkel: 180°
    • Achse X: 1
    • Achse Y: 0
    • Achse Z: 0
    • Position X: -60 mm
    • Position Y: -8 mm
    • Position Z: 0 mm

Schriftzug dreidimensional formen

Nach den Vorarbeiten kann man den Schriftzug ganz normal durch Extrusion [Pad oder Pocket] in ein 3D-Gebilde verwandeln:

  • Icon  Workbench - Part Design
  • Baumansicht - ShapeString bzw. ShapeBinder (auswählen)
  • Icon  Tasche [Vertiefung, Pocket]
    • Typ: Abmessung
    • Länge: 0,5 mm (= Tiefe der Prägung)
    • Umgekehrt: Ein / Aus (ggf. ausprobieren)
    → Schrift wird geprägt (tiefer)
    ... oder ...
    Icon  Aufpolsterung [Extrusion, Pad]
    → Schrift wird erhaben (höher)

Sonstige Nacharbeitungen

In den → Eigenschaften von Shape String kann man auch den Wunschtext, die Schriftgröße, die Schriftart und Position und Ausrichtung der Schrift ändern.

Hinweise zum 3D-Druck

Auf Oberflächen kann man Schriftzeichen eingravieren ("Tiefdruck") oder erhöht stehen lassen ("Hochdruck").

Die möglichen Schriftgrößen hängen vom Drucker ab. Ich drucke gewöhnlich mit einer 0,4 mm-Düse, damit sind Schriftgrößen ab 5 mm sinnvoll möglich, bei "Hochdruck" sollte es eher mehr sein.

Im Folgenden einschränke ich mich auf "Tiefdruck".

Schrift zweifarbig drucken (→ Abb.01)

Auch mit einfachen 3D-Druckern kann man waagerecht liegende Schrift mehrfarbig drucken, wenn man zwischendurch das Filament wechselt. Dazu kann man im Slicer Druckpausen festlegen, wenn der 3D-Drucker die Höhe wechselt.

Die folgenden Beispiele gelten für eine Schichthöhe von 0,15 mm (erste Schicht: 0,20 mm, Ihre Werte finden Sie im Slicer). Damit die zweite Farbe nicht durchscheint, drucke ich die Deckschicht mit drei Schichten, also 0,45 mm oder 0,5 mm dick.

3D-Druck mit der Schrift nach unten

Wenn man beim 3D-Druck die Schrift sozusagen auf das Heizbett [Druckplatte] legt, hat man den Vorteil, dass man auf der Rückseite des Namensschildes problemlos Befestigungselemente o.ä. vorsehen kann. Außerdem wird die Fläche auf dem Heizbett besonders glatt.

Der Druck beginnt mit der Hintergrundfarbe unter Aussparung der Buchstaben (silbergrau in → Abb.01).
Nach dem Filamentwechsel wird die Farbe der Buchstaben ohne Aussparung gedruckt (weiß in → Abb.01).

  • Der Druck beginnt mit den Schichten 0,2 mm, 0,35 mm und 0,5 mm.
  • Die Buchstaben müssen also mindestens 0,5 mm tief eingeprägt werden.
  • Der Filamentwechsel muss bei Beginn der vierten Schicht stattfinden, also wenn der Slicer 0,65 mm anzeigt.
  • Im Zweifelsfall kann man die Buchstaben etwas tiefer prägen.
3D-Druck mit der Schrift nach oben

Wenn die Schrift auf dem 3D-Drucker nach oben entstehen soll, wechselt man das Filament vor der drittletzten Schicht.

  • Der Druck endet mit den Schichten 0,65 mm, 0,80 mm und 0,95 mm.
    • Man erkennt, dass schon 1 mm für die Dicke des Namensschildes unglücklich gewählt ist.
    • Ob der Drucker bis 0,95 mm oder bis 1,1 mm druckt, muss man im Slicer prüfen.
  • Hier muss der Filamentwechsel bei 0,65 mm stattfinden.
  • Im Zweifelsfall kann man die Buchstaben etwas tiefer prägen.

Schrift vollständig durch die Platte stanzen

Screenshot Text mit Stegen
Abb.06a Vorstufe zum
durchbrochenen Text

Bei dünnen Teilen kann man die Buchstaben auch vollständig durch die Platten stanzen. Damit die losen inneren Teile von Buchstaben wie A, B, o usw. nicht herausfallen, muss man Stege einbauen.

PartDesign erschwert dies, da es weder einzelne Buchstaben noch lose Elemente zulässt. Die Fehlermeldung dazu lautet: Pad: result has multiple solid.
Wie so oft bei FreeCAD muss man also einen Umweg suchen, diesmal um immer ein zusammenhängendes Teil zu haben:

  • Platte mit großer Dicke erstellen
  • Schriftzug nicht ganz hindurch prägen
  • Stege für die Buchstaben A und B skizzieren und aufpolstern (→ Abb.06a)
  • Platte von der Seite oder von unten her auf die gewünschte Dicke rasieren [Tasche, Pocket] (→ Abb.06b)
Screenshot durchbrochener Text
Abb.06b durchbrochener Text
mit Stegen

Alternativ besorgt man sich eine Schriftart mit Stegen. Bei der Suche helfen die Stichwörter "Schriftart Schablone" bzw. "Font Stencil"

Anhang

Eigenschaften eines Shape String [Shape String Property]

Screenshot Eigenschaften eines Shape String
Abb.07 Eigenschaften eines Shape String
Shape String Property

Wenn man in der Baumansicht auf ShapeString klickt, erscheinen unter der Baumansicht die Eigenschaften von ShapeString (→ Abb.07).

Wie in FreeCAD üblich, kann man in den Eigenschaften zahlreiche Einstellungen nachbearbeiten, z.B. Wunschtext, Schriftgröße, Schriftart und die Position und Ausrichtung der Schrift).

Daten - Attachment

  • Support: ---?---
  • Map Mode: Deactivated
    scheint für gebogene Flächen o.ä. nötig zu sein.

Daten - Basis

  • Winkel: 180°
    Achse - X: 1
    → dreht die Schriftebene 180° um die X-Achse und ist z.B. nötig, wenn die Schrift spiegelverkehrt ist oder sein soll.
  • Position X, Y, Z: ...
    Sind die Koordinaten der linken unteren Ecke des Schriftfeldes

Daten - Draft

  • Font File [Schriftartendatei]: c:\Programme\FreeCAD...\bin\Lib\site-packages\matplotlib\mpl-data\fonts\ttf\DejaVuSans.ttf
    Speicherort der Schriftartendateien manuell ansteuern und Schriftart auswählen.
    • Hinweis: Intuitiv oder einfach bedienbar?
      Nee, FreeCAD! Und das heißt oft: Kein Mitleid mit den Anwendern ;-)
  • Make Face: --- ? ---
  • Höhe [Size]: 16 mm wählen
    Gemeint ist die Höhe der Schrift.
  • String: Wunschtext
    kann hier geändert werden
  • Tracking [Laufweite, Zeichenabstand]: 0 mm
    → Eine größere Zahl als 0 erhöht den Abstand zwischen den Zeichen.

Ansicht - Basis

Nicht belegt

Ansicht - Display Options

--- Noch nicht bearbeitet ---

Ansicht - Draft

--- Noch nicht bearbeitet ---

Ansicht - Object Style

--- Noch nicht bearbeitet ---

Ansicht - Selection

--- Noch nicht bearbeitet ---

ShapeString mit ShapeBinder in den Body verlinken

Screenshot ShapeString in der Baumansicht
Abb.04c ShapeBinder im Body
verknüpft den ShapeString

ShapeBinder scheint ein universelles Verfahren zu sein, um extern erstellte Elemente in einen Body von PartDesign zu verknüpfen (FreeCAD-Wiki: PartDesign Formbinder):

  • Icon  Part Design
  • Baumansicht - ShapeString (anklicken)
  • Icon  Formbinder erstellen [Shapebinder]
    OK
    → ShapeBinder im Namensschild [Body] verlinkt zum ShapeString (→ Abb.04c)

Hinweis: Wenn man mit ShapeBinder arbeitet, kann man nach dem Einprägen des Textes in der Darstellung von FreeCAD kaum erkennen, ob eine Vertiefung gelungen ist. Vor einem 3D-Druck empfiehlt es sich, die STL-Datei im Slicer zu kontrollieren ;-).

Notizen

Exaktes Positionieren des Schriftzuges

Screenshot Begrenzungsrahmen
Abb.05b Bezugsrahmen des Schriftzuges
--- kippend verkürzen---

Wenn man Schriftzug exakt in platzieren möchte, muss man Breite und Höhe des Begrenzungsrahmens des Schriftzuges kennen. Auf der Suche danach bin ich einmal auf Zahlen am Bezugsrahmen gestoßen, kann es im Moment aber nicht reproduzieren.

In → Abb.05b sind die Zahlen am Begrenzungsrahmen zu erkennen. Sie sind recht klein und es ist nicht ganz einfach, sie lesbar zu machen.

  • 0.00: Bezugspunkt des Rahmens
    → Wenn man den Rahmen mit Koordinaten platziert, ist dieser Punkt gemeint.
  • 119.44: Breite des Rahmen
  • 15.89: Höhe des Rahmens

Um den Schriftzug wie das Namensschild zum Koordinatensystem zu zentrieren, ergeben sich also die Koordinaten aus der jeweils halben Breite und Höhe des Rahmens:

  • Eigenschaft ShapeString - Daten - Basis - Placement -
    • Position X: -59,72 mm
      Position Y: -7,945 mm

Hinweis: Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Zentrierung des Textes von seiner Größe abhängt. Deshalb wäre es schön, wenn man einen Bezugspunkt in der Mitte des Textes hätte.