Erste Schritte mit FreeCAD
Beispiel: Tubenwickler für 3D-Druck

Problemstellung: Was soll das?

Abb.01 Tubenwickler im Einsatz

Diese Anleitung erklärt die Modellierung eines einfachen Bauteiles mit FreeCAD. Es wird gezeigt, wie man Maße mit Tabellen verwaltet, eine technische Zeichnung erstellt und eine STL/3MF-Datei für den 3D-Druck ableitet. Der Text ist für Anfänger gedacht und deshalb ausführlich.

Prinzip des Tubenwicklers: Der Tubenwickler ( → Abb.01 und → Abb.02a) wird von der Seite über den Endfalz einer Alu-Tube geschoben, um dann den geleerten Bereich der Tube aufwickeln zu können.

Abb.00b URL

Tipp: Wer am Bildschirm ungestört mit FreeCAD arbeiten möchte, kann diesen Text auf einem Smartphone lesen. (Webadresse → Abb.00b URL)

Version: Diese Anleitung wurde überarbeitet mit FreeCAD 0.20.1 (Revisionsnummer 29410 vom 10.08.2022 für Windows).

Verwendete Begriffe: In meinen Anleitungen versuche ich, einheitliche Begriffe durchzuhalten. Wenn FreeCAD abweichende Begriffe verwendet, ergänze ich diese in [eckigen Klammern].

Dateien

• FreeCAD-Datei (*.FCStd, Stand 01/2022)
  • diese FreeCAD-Datei enthält gleichzeitig Bauteil, Tabelle und Technische Zeichnung des Tubenwicklers.
• STL-Datei (*.STL, Stand 01/2022 -bei Überarbeitung auf 3MF umstellen ---)
  • ist aus der FCStd-Datei abgeleitet und Basis für den 3D-Druck.
• Technische Zeichnung (*.PDF, Stand 01/2022)
  • ist ebenfalls aus der FCStd-Datei abgeleitet.

Konstruktive Vorbereitungen

Entwurf per Handskizze

Abb.02a Entwurf eines Tubenwicklers
Maße einer typischen Tube in [mm]

Koordinatensystem

Abb.02b Tubenwickler mit
Koordinatensystem und Skizzen
Isometrische Darstellung

Hinweise zur gewählten Lage des Koordinatensystems

• Teile für den 3D-Druck lege ich immer auf die xy-Ebene und konstruiere sie für den Druck in z-Richtung. So muss das Bauteil bis zum 3D-Druck nicht mehr gedreht werden.
• Die xz-Ebene liegt in der Symmetrieebene des Tubenwicklers, um Symmetriefunktionen von FreeCAD einfach nutzen zu können.
• Die yz-Ebene liegt am Übergang vom Hebel zur Haspel, damit für die Skizze der Nut keine zusätzliche Bezugsebene erstellt werden muss.

Hinweise zu FreeCAD

• Intern: → Konzept der Koordinatensysteme in FreeCAD
• Eine isometrische Ansicht ähnlich Abb.02b kann man in FreeCAD standardmäßig mit dem Shortcut 0 [Null] aufrufen.
• Natürlich kann man in FreeCAD überall Symmetrieen u.ä. vergeben und Bauteile nachträglich drehen, aber für den Anfang gehen wir den einfachen Weg.

Vorgehensweise in FreeCAD [Arbeitsplan]

1. Neue Datei [Neues Dokument erstellen, Std New]
   Neue Datei und neues Bauteil öffnen.
2. T-förmigen Grundriss auf der xy-Ebene skizzieren und bemaßen (Sketch) und anschließend in z-Richtung wachsen lassen [Extrudieren, Aufpolsterung, Pad]
   → Grundkörper aus Hebel und Haspel
3. Form der Nut auf der yz-Ebene skizzieren (Sketch001) und anschließend in x-Richtung aus dem Grundkörper entfernen [subtraktives Extrudieren, Tasche, Pocket]
   → Grundkörper mit Nut
4. Nacharbeiten (Radien, Fasen ..).

Hinweise zu FreeCAD

FreeCAD nummeriert Elemente nach der Art von Programmierern:

• 1. Skizze: Sketch
• 2. Skizze: Sketch001
• 3. Skizze: Sketch002
• …

Start mit FreeCAD

FreeCAD installieren und Einstellungen wählen

Abb.03 FreeCAD - Bearbeiten -
Einstellungen - Anzeige -
Hintergrundfarbe -

Sprache, Hintergründe u.v.a.m. wählt man in den Einstellungen [Preferences] ( → Abb.03). Ein Überblick:

• Spracheinstellung: Edit - Preferences - General - Change language - ….
• Deutsch: Bearbeiten - Einstellungen - …
• Intern: → Meine Einstellungen

Neue Datei erstellen und benennen

Abb.05 Der Tubenwickler
in der Baumansicht [Modell]

Links und Hinweise:

• Eine FreeCAD-Datei kann mehrere Bauteile [Körper, Body], technische Zeichnungen usw. enthalten. In diesem Fall ist es sinnvoll, die Datei nach der Baugruppe zu benennen.
• Intern: → Der Begriff Baumansicht in FreeCAD
• FreeCAD-Wiki: → Std Neu und Std Speichern

Arbeitsbereich wählen

Abb.04 Arbeitsbereich Part Design

Neues Einzelteil [Körper, Body] beginnen

Abb.06 Körper in der Baumansicht
[Modell]

Links und Hinweise:

• → FreeCAD-Wiki: PartDesign - Körper
• FreeCAD kann in einer Datei mehrere Objekte wie Bauteile [Einzelteil, Körper, Body], Baugruppen, technische Zeichnungen, Baugruppen usw. enthalten.
• Ein neues Bauteil [Einzelteil] beginnt man, indem man einen Körper [Body] öffnet. Mit Körper oder Body ist also ein einzelnes Bauteil [Einzelteil] im Arbeitsbereich PartDesign gemeint.
• Alle Elemente werden in der Baumansicht [Modell, Tree View] dargestellt ( → Abb.06)
• Außerhalb dieser Anleitung würde ich nicht nur Körper, sondern auch alle anderen Zweige der Baumansicht aussagekräftig umbenennen. Hier verzichte ich darauf, um diese Anleitung einfacher zu halten.

Die 1. Skizze: Grundriss des Tubenwicklers

In Befolgung des Arbeitsplanes ( → ….) wird nun das erste Skizzenblatt [Sketch] auf die xy-Ebene gelegt und der T-förmige Grundriss des Tubenwicklers skizziert.

Neue Skizze erstellen

Abb.07a Ebenenauswahl
für ein neues Skizzenblatt

Statt sofort mit dem Skizzieren loszulegen, schließen wir das Skizzenblatt und nehmen uns Zeit für eine Zwischenbetrachtung.

Abb.07b Maske
Skizzenblatt schließen

Zwischenbetrachtung

Abb.07c Baumansicht - … - Sketch
darunter die Eigenschaften(-Ansicht) von Sketch

• In der Baumansicht erscheint unter dem Objekt Körper das Objekt Sketch [Skizzenblatt] ( → Abb.07c)
• Mit einem einfachen Klick auf Baumansicht - Sketch öffnet man die Eigenschaften(-Ansicht) von Sketch.
• Typisch für FreeCAD kann man in Eigenschaften(-Ansicht) von Sketch viele Parameter der Skizze einsehen und ändern ( → Abb.07c).
• Hier kann man seine Bezugsebene [Support] und/oder seine Lage [Attachement] verändern und so das Skizzenblatt [Sketch] beliebig im Koordinatensystem [Origin] verschieben und drehen - auch nachträglich.

Links und Hinweise:

• FreeCAD-Wiki: PartDesign - NewSketch

Vorhandenes Skizzenblatt [Sketch] öffnen

Abb.07d Leeres Skizzenblatt mit
Raster und Koordinatensystem
auf xy-Ebene (rot/grün)

Hinweise zum Skizzenblatt :

• Farben der Achsen (xyz in RGB)
  • x-Achse: rot
  • y-Achse: grün
  • z-Achse: blau
• Farbeinstellungen → siehe Einstellungen von FreeCAD

Grundriss grob skizzieren

Abb.07e Grobe Skizze
mit einigen Randbedingungen

Hinweise zur groben Skizze

• Ich skizziere absichtlich ungenau, damit ich sehe, wo noch Lücken sind, Symmetrien fehlen usw. Andernfalls kann die Suche nach fehlenden Randbedingungen viel Zeit kosten.
• Ich vermeide, Linien dicht neben andere Linien oder Achsen des Koordinatensystems zu skizzieren, weil es später schwierig sein kann, die richtige Linie zu treffen. Wenn Linien übereinander gehören, lege ich dies später fest.
• Die Symbole und in der Skizze bedeuten, dass die zugehörigen Linien senkrecht bzw. waagerecht stehen. Wenn Sie schon beim Skizzieren der Linien auf diese Symbole achten, dann müssen Sie diese Randbedingungen nicht nachträglich ergänzen.
• Die Skizze ist um die x-Achse (rot) gruppiert, damit diese sofort als Symmetrielinie genutzt werden kann. Man kann skizzierte Linien aber auch nachträglich verschieben.

Links und Hinweise:

• Mit Linienzug kann man auch Kreisabschnitte skizzieren, indem man mehrfach "m" wie "Modus" auf der Tastatur drückt.
• → FreeCAD-Wiki: Linienzug skizzieren.

(Geometrische) Randbedingungen

Vorbemerkungen:

• FreeCAD unterscheidet geometrische Randbedingungen (vertikal, parallel, symmetrisch..) und dimensionale Randbedingungen (Maße). Erstere benötigen weniger Rechenaufwand und sollten deshalb bevorzugt werden.
• Auch einfache Skizzen bergen Überraschungen, deshalb sollten Sie Schritt für Schritt vorgehen. Im Zweifelsfall nehmen Sie einen Schritt zurück (Ctrl - Z) und versuchen einen anderen Weg.
• Unter Meldungen des Lösers ( → Abb.07g) zeigt FreeCAD Fehlermeldungen und die Anzahl der Freiheiten [DoF, Degrees of Freedom] an. Haben Sie immer ein Auge darauf und ignorieren Sie nichts, denn je mehr Fehlermeldungen Sie ignorieren, desto mehr müssen Sie später zurücknehmen.
• Wenn FreeCAD überflüssige Randbedingungen meldet, sollte ein Anfänger sie einfach löschen und sein Glück auf's Neue versuchen. Das geht meist schneller als Fehlerquellen zu finden.
• Wenn Sie eigene Skizzen bearbeiten, gehen Sie in kleinen Schritten vor. Es ist einfacher, eine Linie zu skizzieren und sofort einzuschränken als mit einem Dutzend Linien zu jonglieren.

  Randbedingung Koinzidenz [Punkt-an-Punkt]

Abb.07f Zwei grüne Punkte auf dem
Weg zur Koinzidenz

Ergebnis

• Die beiden Linien sind nun an ihren Endpunkten verbunden ( → Abb.07g)
• Testen Sie es, indem Sie eine der Linien mit der Maus verschieben: Der Knotenpunkt darf sich nicht mehr lösen.

Randbedingungen löschen

Abb.07g Eine Randbedingung [Constraint]
in der Skizze und in der Maske

Ergebnis

• Der Knotenpunkt kann von der x-Achse weggezogen werden (Abb.07h)

  Randbedingung horizontal für eine Linie

Abb.07h Grün markierte Linie
für horizontale Lage

Ergebnis

• Die Linie verläuft nun waagerecht ( → Abb.07i)

  Randbedingung vertikal für zwei Punkte

Abb.07i Zwei Punkte markiert
für gleiche Seitenausrichtung

Ergebnis

• Die Punkte haben nun die gleiche Seitenausrichtung ( → Abb.07j)

 Randbedingung symmetrisch zu einer Achse

Abb.07j Zwei Punkte und
die x-Achse markiert
für Symmetrie

Ergebnis

• Die beiden Punkte sind symmetrisch zur x-Achse ( → Abb.07k).
• Die beiden Punkte und die Achse sind mit einem Symmetrie-Symbol gekennzeichnet.

Hinweise zu FreeCAD

• Bei Symmetrien zu einer Achse spielt es im Sketcher keine Rolle, in welcher Reihenfolge man Punkte und Achse markiert.
• Bei Symmetrien zu einem Punkt nimmt Sketcher den zuletzt markierten Punkt als zentralen Punkt.

  Randbedingung Punkt an Linie

Abb.07k Punkt-an-Linie binden

Ergebnis

• Die Schulterlinien springen auf die y-Achse ( → Abb.07l)
• Es ist aber nur ein Punkt der Schulterlinien an die y-Achse gebunden, die anderen Punkte folgen zur y-Achse, weil sie untereinander vertikal verbunden [eingeschränkt] sind.
• Bei den Schulterlinien hätte man auch auf die vertikalen Randbedingungen verzichten und stattdessen jeden einzelnen Punkt an die y-Achse binden können.
• Beide Verfahren gleichzeitig würde der Sketcher nichtakzeptieren, weil dann Skizze überstimmt wäre.

Hinweise zu FreeCAD

• Die y-Achse ist eine (unendlich lange) Gerade, deshalb ist es nicht überraschend, dass man den angebundenen Punkt theoretisch unendlich weit nach oben oder unten schieben könnte. Aber das unendlich weite Verschieben ist im Sketcher auch möglich, wenn ein Punkt an eine kurze Linie gebunden ist, denn genau genommen bindet Sketcher den Punkt nicht an die Linie, sondern an die Gerade, auf der die Linie liegt. Analoges gilt für Kreisbögen usw.

Randbedingungen vervollständigen

Abb.07l Grundrissskizze mit allen
geometrischen Randbedingungen

Ergebnis

• Am Ende sollte es so aussehen: → Abb.07l (unmaßstäblich)
• Mind. 2 Punktepaare sind symmetrisch zur x-Achse.
• Jede Linie ist horizontal oder vertikal eingeschränkt (oder durch eine Symmetrie dazu gezwungen).
• Wenn man einen Knotenpunkt mit der Maus verschiebt, ändert sich die Größe der Kontur, aber Form und Symmetrie bleiben erhalten.

Längenmaße

Nachdem man möglichst viele Freiheiten mit geometrischen Randbedingungen entfernt hat, folgt nun die Bemaßung [dimensionale Randbedingung, Constrain Distance].

  Abstand von Punkt zu Punkt (vertikal)

Abb.07m Vertikaler Abstand 6,08 mm
kurz vor der Eingabe mit OK

Ergebnis

• Die Breite 6,08 mm der Haspel ist festgelegt ( → Abb.07n)
• Eine Begründung für das seltsam anmutende Maß 6,08 mm und andere finden Sie im Anhang Konstruktive Hinweise

Hinweise zu FreeCAD

• In der Skizze kann man die Maßzahl (6,08 mm) mit der Maus packen und nach Belieben platzieren. Auf die Regeln für die Anordnung von Maßen in technischen Zeichnungen müssen Sie dabei keine Rücksicht nehmen, denn dort wird unabhängig angeordnet.

  Länge einer Linie (vertikal)

Abb.07n Vertikales Maß einer Linie

Ergebnis

• Die Breite 30 mm ist festgelegt ( → Abb.07o)

Koordinaten eines Punktes (horizontal, X-Koordinate)

Abb.07o Bemaßung einer X-Koordinate

Ergebnis

• Ein Endpunkt der Haspel ist über seine X-Koordinate festgelegt ( → Abb.07p)

Bemaßung vervollständigen

Abb.07p vollständiger bemaßter Grundriss

Ergebnis

• Die fehlende Breite der Hebel 3 mm ist bemaßt → Abb.07p
  • Wenn man die Breite als Koordinate bemaßt, muss der Wert negativ sein, da der Punkt links vom Koordinatenursprung liegt.
• Die Skizze sollte jetzt vollständig bestimmt sein:
  • Alle Linien der Skizze sind hellgrün dargestellt ( → Abb.07p)
  • Der Löser meldet: "Vollständig bestimmte Skizze" ( → Abb.07p)
  • Wenn dies nicht zutrifft, fehlen noch Randbedingungen oder Maße und Sie müssen nacharbeiten …

Sonstige Möglichkeiten für Längenmaße

Abb.07z Icons für die Bemaßung

Hier finden Sie eine Zusammenfassung der möglichen Bemaßungen, auch solche, die bisher nicht gezeigt wurden:

•   Horizontaler Abstand und
    Vertikaler Abstand
  Werden verwendet für …
  • Horizontale oder vertikale Abstände von zwei Punkten
  • Horizontale oder vertikale Längen von Linien
  • X- und Y-Koordinaten einzelner Punkte
•   Distanz [Abstand von Punkt zu Linie, Constrain Distance]
  Wird verwendet für …
  • Abstände zwischen zwei Punkten, die nicht horizontal oder vertikal liegen
  • Längen von Linien, die nicht horizontal oder vertikal liegen
  • Abstände zwischen einer Linie und einem Punkt unabhängig von ihrer Ausrichtung.
•  Sperren
  legt gleichzeitig die x- und die y-Koordinate eines Punktes fest. Die Koordinaten können nachträglich geändert werden.
•  Radius und
   Durchmesser
  sind unter einem Aufklappmenu vereint und bemaßen Kreisbögen.
•   Winkel
  bemaßt Winkel.

Skizze verlassen

Abb.07q Schließen nicht vergessen

Ergebnis

• Sieht aus wie in → Abb.07r
• Der Arbeitsbereich Sketcher wurde wieder geschlossen und Part Design ist aktiv.

Abb.07r Die neue Skizze
in Baumansicht und Grafikansicht

Volumenkörper aus der Skizze erzeugen

Abb.08a Grundkörper
bei der Extrusion in z-Richtung

Ergebnis

• Die 2D-Skizze wird zum 3D-Volumen → Abb.08a. oder → Abb.09a.
• In der Baumansicht verschwindet Sketch unter Pad ( → Abb.08b). Das heißt,
  • andere Funktionen werden nicht mehr automatisch auf Sketch zugreifen. Das ist sinnvoll, weil neue Funktionen idR. neue Skizzen erhalten.
  • Sketch kann weiterhin geöffnet und geändert werden und Pad reagiert auf diese Änderungen
• Eine Begründung für das seltsam anmutende Maß 9,65 mm finden Sie im Anhang Konstruktive Hinweise

Abb.08b Sketch wird Teil von Pad

Hinweise zur Funktion Aufpolsterung von Part Design

• Aufpolsterung [Extrusion, Pad] kann mehr als Skizzen senkrecht nach oben wachsen lassen:
  • Es kann senkrecht nach oben, nach unten und gleichzeitig in beide Richtungen extrudieren, sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch [gerades Prisma].
  • Es kann schräg (nichtnormal) zur Skizze extrudieren [schräges Prisma].
  • Es kann den Querschnitt verjüngen oder verbreitern, z.B. Pyramiden(-stümpfe), Aushebungsschrägen in der Gusstechnik usw.
• → FreeCAD-Wiki PartDesign Polster
• In eigener Sache: Der Begriff Aufpolsterung, den FreeCAD verwendet, ist gar nicht nach meinem Maschinenbauer-Geschmack, stattdessen verwende ich lieber Extrusion und extrudieren.

Nut

Abb.09a Skizze der Nut
im Grundkörper

Die notwendigen Schritte sind Wiederholungen und werden deshalb nur kurz aufgelistet. Sie dürfen aber zurück scrollen und spicken und Links helfen dabei ;-)

Nut skizzieren

Abb.09b Skizze der Nut auf der yz-Ebene
Roter Punkt = Koordinatenursprung

Ergebnis

• In der Baumansicht erscheint Sketch001 → Abb.09c

Abb.09c Sketch001 in der Baumansicht

Ergebnis

• So oder so kann man die Skizze nun bearbeiten. Mit Hintergrundmaterial kann man sie besser einordnen, ganz ohne Material kann man sie besser sehen.
• Weitere Möglichkeiten, ins Innere von Körpern zu schauen
  • Interner Link: → Blick ins Innere von Körpern

Hinweise zum 3D-Druck

• Der Winkel 90° zwischen den Schultern ist erforderlich, weil ein 3D-Drucker keine waagerecht auskragenden Strukturen ohne Unterstützung drucken kann. Eine Überbrückung wäre möglich, ist hier aber nicht gegeben.
• Diese und andere Begründungen finden Sie im Anhang Konstruktive Hinweise

Nut: Volumen aus dem Grundkörper entfernen

Abb.09d Nut im Grundkörper

Ergebnis

• Der Tubenwickler ist nun im Prinzip fertig ( → Abb.09d).

Nacharbeiten: Radien und Fasen

Radien und Fasen sind klassische Elemente des Maschinenbaus, die Außenkanten grifffreundlicher und Innenkanten bruchfester machen. Deshalb gibt es im Arbeitsbereich PartDesign die 3D-Funktionen Verrundung [Radius, Kantenabrundung, Fillet] und Fase [Kantenabschrägung, Chamfer].

Leider unterliegen beide Funktionen dem topologischen Benennungsproblem. Deshalb versuche ich, andere Wege zu gehen, wenn der Aufwand vertretbar ist.

Für den vorliegenden Tubenwickler bietet sich die folgende Vorgehensweise an:

1. Die in Druckrichtung senkrechten Kanten können einfach in der 2D-Skizze abgerundet werden - auch nachträglich.
2. Für die waagerechten Kanten gibt es Alternativen, aber die sind so umständlich, dass ich das Problem in Kauf nehme und die Fasen in PartDesign modelliere.

Radien in der 2D-Skizze
mit Sketcher

Abb.10a einschränkungserhaltende
Verrundung

Ergebnis

• Pad übernimmt die Änderungen der Kontur.
• Die senkrechte Kanten des Tuben wicklers sind abgerundet ( → Abb.10d).

Abb.10b Tubenwickler mit Radien

Hinweis zum 3D-Druck

Radien sind haptisch angenehmer als Fasen, aber in der klassischen Fertigung meist schwieriger herzustellen. Dem 3D-Drucker ist die Form gleich, also bevorzuge ich für senkrechte Kanten Radien.

Fasen im 3D-Modell
mit PartDesign

Die Funktionen Radius [Fillet] und Fase [Chamfer] im Arbeitsbereich PartDesign verwende ich, wenn es Alternativen nicht gibt oder mir zu aufwändig sind. Hier betrifft es die waagerechten Fasen an der Ober- und Unterseite und die Einfädelfase am Eingang der Nut.

Umlaufende Fasen an der Ober- und Unterkante

Da alle senkrechten Kanten mit R0,5 abgerundet sind, können die kleineren Fasen 0,2x45° an den waagerechten Kanten umlaufen. Man muss also nur zwei Kanten fasen: oben und unten.

Abb.10c Grün markierter Abschnitt
einer Kante

Zu tun

•   Arbeitsbereich PartDesign
• In der Grafikansicht - Einen Abschnitt einer waagerechten Kante zum Fasen anklicken
  → die Kante wird grün ( → Abb.10c)
•  Fase [Abschrägen, Chamfer]
  Chamfer parameters
  • Hinzufügen [Add] - Klicken Sie die andere Kante an.
  • Typ: Gleiche Distanz
    → ergibt 45°-Fasen
  • Größe: 0,2 mm
  • OK
  → Abb.10d: Die Fasen laufen über die grün markierte Kannte hinaus rund um die ganze Oberseite des Tubenwicklers.

Hinweis zum 3D-Druck

Auf dem Druckbett liegende Kanten mit Kantenabrundung [Radius] haben das Problem, dass sie mit großem Überhang beginnen können, was für den Drucker schwierig ist. Das könnte man im Einzelfall berücksichtigen, aber ich mache mir das Leben einfacher und gebe waagerechten Kanten Fasen.

Fase zum Einfädeln

Erzeugen Sie die "Einfädel"-Fasen 1x45° am Eingangsbereich der Haspel.

Abb.10d Einfädelfase

Zu tun

•   Arbeitsbereich PartDesign
• In der Grafikansicht - Eine senkrechte Kante anklicken
•  Fase
• Chamfer parameters
  • Hinzufügen [Add] - Andere Kante anklicken.
  • Größe: 1 mm

Der fertige Tubenwickler

Abb.10e Der fertige Tubenwickler

Export einer STL-Datei für den 3D-Druck

Für den 3D-Druck muss man den Tubenwickler ins STL-Format exportieren (---bei Überarbeitung auf 3MF umstellen---).

Einfacher Export

Für einfache Fälle genügt der Standardexport.

Zu tun

• 
  Abb.11 Baumansicht des Tubenwicklers
  In der Baumansicht - Chamfer001 (markieren)
  → das ist die Ausbaustufe des Tubenwicklers, den man exportieren möchte. Wenn man z.B. Pad001 markiert, erhält man eine STL-Datei ohne Fillet und Chamfer.
• Menuleiste - Datei - Exportieren
  
  • Speicherort (wählen)
  • Dateiname … (ohne .stl eintippen)
  • Dateityp: STL Mesh (*.stl …)
  • Speichern

Fortgeschrittener Export mit Einstellungen [Eigenschaften(-Ansicht)]

STL beschreibt die Oberfläche in kleinen ebenen Flächen, vermutlich Dreiecken. Wenn das Raster zu grob ist, kann man dies an gewölbten Oberflächen erkennen. Wenn das Raster zu fein ist, steigt der Rechenaufwand.

Die Einstellungen beeinflussen kann man im Arbeitsbereich Mesh Design. Mehr erfahren Sie auf der lesbaren (!) FreeCAD-Hilfeseite Export nach STL.

Verwaltung der Maße in einer Tabelle

Den Tubenwickler benötigt man in verschiedenen Baugrößen. Um die Größen zu ändern, kann man die Maße einzeln im Körper suchen oder übersichtlich in einer Tabelle [Spreadsheet] verwalten.

Tabellenblätter bietet der Arbeitsbereich Spreadsheet.
Im Folgenden werden die wichtigen Maße des Tubenwickler in einer Tabelle erfasst und danach die Tabellenwerte in Körper [Body] eingefügt.

Tabelle starten

Abb.12a Tabelle öffnen
in drei Schritten

Zunächst muss man in den Arbeitsbereich Spreadsheet wechseln, ein Tabellenblatt [Spreadsheet] erstellen und dies öffnen.

Zu tun

1.   Arbeitsbereich Spreadsheet [Tabellenkalkulation]
2.  Kalkulationstabelle erstellen [Create Sheet]
3. Baumansicht - Spreadsheet (Doppelklick)
   … oder …
   Grafikansicht - Reiter: Spreadsheet (Linksklick)

Das erste Maß in der Tabelle

Ein Tabellenblatt des Arbeitsbereiches Spreadsheet funktioniert im Prinzip wie in LO Calc oder MS Excel, erspart aber ein zusätzliches Programm und zusätzliche Dateien.

Die Funktionsweise wird am Beispiel des ersten Maßes erläutert. Tippen Sie zunächst die Tabelle → Abb.12b ab. Das entscheidende erste Maß befindet sich in Zelle B2, alle anderen Zellen sind nur Kosmetik.

Abb.12b Das erste Maß

Zu tun

• A1 bis C1: → Überschrift
  • Text: A1 bis C1 (einzeln anklicken) - (Text eintippen)
  • Hintergrundfarbe: A1 bis C1 (markieren) - Kontextmenu mit Rechtsklick - Eigenschaften - Farbe - Hintergrund: …
• A2 und C2: → Hinweise für die Zelle B2
  
• B2: → Das entscheidende erste Maß
  • Inhalt: 55 (eintippen)
  • Alias: ef_laenge (eintippen)
    Sie können sich auch einen eigenen Alias ausdenken.
    Alias darf keine Sonderzeichen oder Bindestriche enthalten.
    Groß- und Kleinschreibung beachten!
  • Return - Return
    → B2 bekommt eine gelbe Hintergrundfarbe

Funktionsweise

• Alias von B2:
  • Die Zelle kann über ihre Zelladresse (B2) oder über ihr Alias (ef_laenge) angesprochen werden.
• Inhalt in B2
  • Jede Zelle darf Zahlen, Texte oder Formeln enthalten.
• Anordnung A2 - B2 - C2:
  • A2: Vor der Zelle B2 wiederhole ich ihr Alias, um es leicht lesen zu können.
  • C3: Nach der Zelle B3 trage ich eine längere Erklärung ein, falls nötig.
  • In dieser Anordnung können die Spalten A und B platzsparend schmal bleiben.
  • Breite der Spalte A einstellen: Linie zwischen den Spaltenköpfen A und B verschieben.

Links und Hinweise

• Maßeinheit in B2:
  • Für Zahlen ohne Einheit ergänzt FreeCAD die Einheiten [mm] oder [°]
  • Man kann in B2 auch 55 mm oder 5,5 cm oder 0,055 m … eintragen und die Formeln rechnen sogar damit. Eigentlich hervorragend, aber …
  • Wenn man damit anfängt, muss man es durchziehen, und für einfache Maße ist es mir zu umständlich, jedesmal mm tippen zu müssen.
• FreeCAD-Wiki: Ausdrücke [mathematische Formel, Expression]

Maß in den Körper übertragen

Nun muss man das Maß 55 mm im Tubenwickler suchen und durch einen Bezug auf die Tabellenzelle ersetzen. Der Bezug kann Spreadsheet.B2 oder Spreadsheet.ef_laenge lauten.

Die zweite Version kann ich mir leichter merken. Man kann auch die Grafikansicht und das Tabellenblatt auf dem Bildschirm nebeneinander anordnen und die Adresse ablesen. Damit fangen wir an ( → Abb.12d).

zu tun - Anordnung der Fenster

Abb.12c Die Reiter Spreadsheet und Tubenwickler


Abb.12d Zwei Fenster
nebeneinander angeordnet

• Spreadsheet und Körper anzeigen:
  • Baumansicht - Spreadsheet (Doppelklick)
  • Baumansicht - Körper (Doppelklick)
  → Die Reiter Spreadsheet und Körper finden sich am unteren Rand der Grafikansicht ( → Abb.12c)
• Menu - Fenster - Anordnen
  → Die beiden Fenster sind nebeneinander angeordnet ( → 12d).

zu tun - Übertragung der Maße in den Körper

Abb.07p Skizze des Grundrisses

• Baumansicht - Körper - Pad - Sketch (Öffnen durch Doppelklick)
  → Die Skizze des Grundrisses geht auf ( → Abb.07p)
  → Arbeitsbereich Sketcher
• Grafikansicht - Maß 55 (Doppelklick)
  → Maske "Länge einfügen" öffnet sich ( → Abb.12e)

Wenn man möchte, kann man sich ab jetzt auf die Tastatur beschränken:

Abb.12e Maske Länge einfügen

• Maske "Länge einfügen" -
  • Ausdruck eingeben (anklicken, → Abb.12e)
    … oder …
    = (Gleichheitszeichen auf der Tastatur)
  → Formeleditor öffnet sich ( → Abb.12f)

Abb.12f Formeleditor

• Formeleditor - Ergebnis - sp.. (eintippen)
  → bereits nach "sp" erscheint "Spreadsheet" im Auswahlmenu
• Auswahlmenu - Spreadsheet (auswählen)
  • Anklicken
    … oder …
    Pfeil-runter-Taste
  → Spreadsheet wird übernommen
• Formeleditor - Ergebnis - Spreadsheet.ef… (eintippen fortsetzen)
  → bereits nach "ef" erscheint "ef_laenge" im Auswahlmenu

Abb.12g Formeleditor

• Auswahlmenu - ef_laenge (auswählen)
  • Anklicken
    … oder …
    Pfeil-runter-Taste
  → ef_laenge wird übernommen
  → Ergebnis: 55 mm wird angezeigt ( → Abb.12g)
• Enter … oder … OK (mehrfach)

zu tun - Test

Ändern Sie die Länge im Spreadsheet und prüfen Sie die Wirkung in der Skizze.

• Spreadsheet - Zelle B2: 50 (Maß ändern)
• sehr lange warten
  … oder …
  Skizze schließen und wieder öffnen
  … oder …
  Ein beliebiges Maß öffnen und wieder schließen
  → Das Maß in der Skizze folgt der Änderung im Spreadsheet

Alle Maße in der Tabelle

Abb.12h Tabelle für den Tubenwickler

Wenn Sie es durchziehen wollen, finden Sie in der Tabelle ( → Abb.12h) alle notwendigen Maße für die Haspel des Tubenwicklers.

zu tun

Zellen B2:B5 - Endfalz der Tube

• Die Maße wurden an einer Tube gemessen.
  → Abb.02a
  → Abb.09b

Zellen B8:B9 - Maße für den 3D-Druck

• Die Maße orientieren sich an empfohlenen Werten für meinen 3D-Drucker (Schichthöhe 0,15 mm; erste Schicht 0,20 mm; Düsendurchmesser 0,4 mm). Empfehlungen für Ihren Drucker finden Sie in Ihrem Slicer bei den Druckeinstellungen.
• Bodendicke: 1,1 mm
  → 7 Schichten übereinander
• Wandstärke: 1,29 mm
  → 3 Perimeter nebeneinander
• Der Winkel 90° zwischen den Schultern (nicht in der Tabelle) ist für den 3D-Druck notwendig, weil 45° Überhang mit den meisten Druckern und Filamenten funktioniert.

Zellen B12:B13 - Berechnungen

• B12 - Breite der Haspel
  • Ergibt sich aus der Dicke des Endfalzes und 2 Wandstärken
  • Formel mit Zell-Aliasen:
    =ef_dicke + 2 * dr_wand
• B13 - Höhe der Haspel
  • Ergibt sich aus 2 Bodendicken (Boden und Decke), aus der Endfalzbreite und aus der halben Differenz zwischen Dicke und Spaltmaß des Endfalzes (Höhe der Schultern)
  • Formel mit Zell-Adressen:
    2 * B8 + B3 + (B4 - B5) / 2

Speicher für verschiedene Baugrößen

Abb.12i Maße für andere Tuben
--- Zeilen vertauscht, ändern ---

In → Abb.12h finden Sie die Maße für die Endfalze anderer Tuben. Man kann sie einfach per Kopieren & Einfügen [Copy & Paste] in den Zellbereich B2:B5 kopieren und hat schon einen Tubenwickler in anderer Größe.

Wenn man Pech hat, muss man allerdings die Fasen [Chamfer] reparieren - das ist der Fluch des topologischen Benennungsproblems.

Technische Zeichnung

Noch geht es nicht ohne technische Zeichnungen, und darauf hat auch jemand bei FreeCAD reagiert mit dem Arbeitsbereich TechDraw.

Leider unterliegt auch TechDraw dem topologischen Benennungsproblem und das kann bedeuten, dass nach einer kleinen Zeichnungsänderung alle Maße und Anmerkungen nochmal erstellt werden müssen.

Für den Tubenwickler wird es reichen und hier geht es auch nur um den schnellen Einstieg. Eine ausführlichere Beschreibung ist geplant für den Bleistiftspitzer.

Technische Zeichnung starten

Abb.13a Eine Technische Zeichnung starten
--- 1 2 3 ergänzen ---

Zunächst muss man in den Arbeitsbereich TechDraw wechseln und ein Zeichenblatt [Seite, Page] erstellen.

Zu tun

1.   Arbeitsbereich TechDraw [Techn. Zeichnung]
2.   Neues Zeichenblatt (Vorlage) [Page Template]
   
   • Dateiname: A4_Portrait_ISO7200TD.svg (auswählen)
   • Öffnen
   oder:

2.   Neues Zeichenblatt (Standard) [Page Default]
   • Baumdiagramm - Seite - Vorlage - Template - Template …
   • Dateiname: A4_Portrait_ISO7200TD.svg (auswählen)
   • Öffnen
   
   → In der Baumansicht erscheint Seite [Page]
   → In der Grafikansicht erscheint das Zeichenblatt [Seite, Page]

Hinweise

• (Zeichen-)Vorlagen [Template] …
  • … enthalten Format (A4 hoch, A3 quer …), Rahmen und Schriftfeld, aber keine Strichstärken usw.
  • … kann man für ein Zeichenblatt [Seite, Page] auch nachträglich ändern in Eigenschaften(-Ansicht).
  • FreeCAD-Wiki: TechDraw Vorlagen
• Ein Zeichenblatt [Seite, Page] …
  • … erbt Format Rahmen und Schriftfeld von der gewählten Zeichenvorlage [Template]
  • … erbt Maßstab, Linienarten, Linienbreiten
    • … aus den → Bearbeiten - Einstellungen - TechDraw
    • FreeCAD-Wiki: TechDraw Einstellungen
  • Interner Link: Eigenschaften(-Ansicht) eines Zeichenblattes
  • … speichert die Zeichenvorlage und die geerbten Werte in Eigenschaften(-Ansicht) [Page Property]
    • Baumansicht - Seite (Einfachklick)
      → Eigenschaften(-Ansicht) erscheinen unterhalb der Baumansicht.
•  Zeichnungsblatt aus der Standardvorlage erstellen [Page Default]
  • Öffnet das Zeichenblatt mit der Standardvorlage ohne Rückfrage.
  • Die Standardvorlage kann eingestellt werden unter:
    Menu - Bearbeiten - Einstellungen - TechDraw - Allgemein - Standard-Zeichnungsvorlage: …
    Bereits erstellte Zeichnungen sind davon nicht betroffen.

Ansicht einfügen

Abb.13b Draufsicht

Die Draufsicht des Tubenwicklers ist für FreeCAD eine sogenannte primäre Ansicht. Das bedeutet, dass man diese Ansicht im 3D-Modell in die gewünschte Blickrichtung dreht und dann in die 2D-Zeichnung übernimmt. TechDraw behält die Blickrichtung anschließend bei, auch wenn das 3D-Modell wieder gedreht wird.

Zu tun

• Baumansicht - Körper (Doppelklick)
  → Tubenwickler erscheint in der Grafikansicht
  → Arbeitsbereich PartDesign wird aktiv
•   Grafikansicht - Navigationswürfel [Steuerwürfel, NavigationCube] (Draufsicht einstellen in T-Form)
• Baumansicht - Körper (einfacher Linksklick)
  → Wenn der Tubenwickler grün ist, funktioniert es immer
•  Arbeitsbereich TechDraw [Techn. Zeichnung}
•   Ansicht einfügen [View]
• Baumansicht - Seite (Doppelklick)
  … oder …
  Grafikansicht - Seite (einfacher Linksklick)
  → Das Zeichenblatt [Seite, Page] enthält die Draufsicht

Hinweise

• Um Maßstab und Lage der Ansicht kümmern wir uns später
•   Ansichtengruppe [Projection Group]
  • fügt eine Mehrtafelprojektion mit mehreren, ausgerichteten Ansichten ein
  • ist komfortabel, aber unflexibel
  • Video: FreeCAD-Anleitung - Zeichnungsableitung eines Bauteils mit Bemaßung von anisim
    → Einfügen einer Projektionsgruppe ab ca. 08:00.

Ansichtsrahmen / Bearbeitungsmodus

Abb.13c Draufsicht
mit und ohne Ansichtsrahmen

Zunächst erscheint die Draufsicht mit Ansichtsrahmen [Frame], Label und vielen dicken Punkten ziemlich unübersichtlich. Diese Elemente gehören aber nicht zur eigentlichen Ansicht und werden auch nicht gedruckt.

Die Punkte werden zum Bemaßen benötigt und am Rahmen kann man die Ansicht hin- und herschieben, deshalb bleiben sie vorläufig stehen.
Aber wenn Sie sehen wollen, wie die Zeichnung aussieht, bitte sehr:

Im Moment nicht nötig

•  Arbeitsbereich TechDraw
•   Ansichtsrahmen ein- oder ausschalten [Toggle Frame]

Schnittansicht einfügen

Abb.13d Schnittansicht

Eine Schnittansicht ist für FreeCAD eine sogenannte sekundäre Ansicht. Das bedeutet, dass diese Ansicht von einer (primären 2D-)Ansicht des Zeichenblattes [Seite, Page] abgeleitet wird.

Zu tun

•  Arbeitsbereich TechDraw
• Grafikansicht - Page - Draufsicht [Page] (am Rahmen der Ansicht [View] anklicken)
•   Schnittansicht einfügen [Section View]
  Schnittansicht erstellen
  • Schnittausrichtung: Blick nach oben
  • Skalieren: … (machen wir später)
  • Ort der Schnittebene: … (automatisch erzeugter Wert genügt)
  • OK
• Ansichten am Rahmen packen und grob positionieren

Eigenschaften(-Ansicht): Maßstab, Position, …

In der Maske Schnittansicht hätte man den Maßstab ändern können, beim Einfügen der Erstansicht wurde gar nicht erst danach gefragt. Hier und in vielen anderen Fällen hilft ein universelles Konzept von FreeCAD: Eigenschaften(-Ansicht) [Property].

Zu jedem Element von FreeCAD gehört eine Liste von Eigenschaften [Parametern]. Wenn man in der Baumansicht auf das Element klickt, werden seine Eigenschaften(-Ansicht) unterhalb der Baumansicht angezeigt. Dort kann man viele Parameter nachträglich verändern.

Damit Sie ein Gefühl dafür bekommen, werden wir einige Eigenschaften in der technischen Zeichnung betrachten:

Eigenschaften(-Ansicht) einer Seite

Abb.13e Eigenschaften(-Ansicht)
von Seite [Page]

Die Seiteneigenschaften [Page Property] enthalten einen Maßstab [Scale], der von allen Elementen auf der Seite übernommen wird, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde.

Da alle Ansichten des Tubenwicklers in M2:1 angezeigt werden sollen, ändert man den Maßstab am Besten hier.

Zu tun

• Baumansicht - Seite (anklicken)
  → unter der Baumansicht erscheint Eigenschaften(-Ansicht) der Seite ( → Abb.13e
• Eigenschaften(-Ansicht) - Page - Scale: 2 (eintippen)
  → sobald man einen anderen Wert anklickt, werden die Ansichten größer
• Ggf. die Ansichten auseinander verschieben

Eigenschaften(-Ansicht) der Vorlage

Abb.13f Eigenschaften(-Ansicht) von Template

Hier könnte man die Zeichenblattvorlage ändern, also z.B. die Blattgröße von A4 hoch [A4 Portrait] auf A3 quer [A3 Landscape] wechseln.

Eigenschaften(-Ansicht) einer Ansicht

Abb.13g Eigenschaften(-Ansicht) von View

Hier kann man die Position einer Ansicht exakt ausrichten. Normalerweise würde ich das erst tun, wenn alle Maße eingetragen sind, aber wenn wir schon einmal hier sind…

Zu tun

• Baumansicht - View (anklicken)
  → Abb.13g
• Eigenschaften(-Ansicht) - Basis - …
  • X: 65 mm (eintippen)
  • Y: 150 mm
  • Lock Position: : true (auswählen)
  → in der Grafikansicht ist die Ansicht mit einem Schlosssymbol markiert.
  → verhindert versehentliches Verschieben der Ansicht.

Hinweise

• Die Position wird von der linken unteren Ecke des Zeichenblattes bis zur Mitte der Ansicht in Millimeter gemessen.
• Unter HLR Parameters kann man die Darstellungen unsichtbarer Kanten (HLR = Hidden Line Rules) beeinflussen, aber das geht für eine Einsteigerübung zu weit.

Eigenschaften(-Ansicht) einer Schnittansicht

Abb.13h Eigenschaften(-Ansicht) von Section

Wenn die Schnittansicht dieselbe X-Position wie die Ansicht bekommt, liegen beide Ansichten exakt übereinander.

Wenn man die Schnittansicht größer darstellen wollte, könnte man zB. Scale: 5 wählen. Dazu gehört auch Scale Type: Custom , sonst kommt der Maßstab der Seite irgendwann zurück.

Mit den Eigenschaften Caption und Section Symbol kann man eine (Schnitt-)Ansicht beschriften. Caption gehört im Gegensatz zu Label zur Zeichnung und wird ausgedruckt.

Zu tun

• Baumansicht - Section (anklicken)
  → Abb.13g
• Eigenschaften(-Ansicht) - Basis - …
  • X: 65 mm (eintippen)
  • Y: 250 mm
  • Lock Position: : true (auswählen)
  • Caption: Schnitt A - A (eintippen)
• Eigenschaften(-Ansicht) - Section - … (nicht mehr in Abb.13h)
  • Section Symbol: A (eintippen)
    → beschriftet die Schnittverlaufslinie

Hinweise

• Unter Cut Surface Format kann man die Schraffur beeinflussen, aber das geht für eine Einsteigerübung zu weit. Ich blick's ja selber noch nicht ;-)

Mittellinien

Abb.13i Mittellinie zwischen zwei Linien

"Im Anfang war die Mittellinie", hatte ich einst gelernt, als Schriftfonts noch in Schriftschablonen daher kamen …

Es folgen zwei Methoden, die schon in FreeCAD 0.19 funktioniert haben. In FC 0.20 sind zahlreiche Werkzeuge hinzu gekommen.

Achtung 1: Im Arbeitsbereich TechDraw dagegen muss man bei Mehrfachauswahlen die Strg-Taste gedrückt halten.

Achtung 2: Ich weiß noch nicht, wie man Mittellinien wieder löschen kann …

Zu tun

•  Arbeitsbereich TechDraw
• Schnittansicht - 2 Linien (anklicken mit gedrückter Strg-Taste)
  → Linien werden grün → Abb.13i
•   Mittellinie zwischen zwei Linien [2 Line Center Line]
  → Maske Mittellinie erstellen:
  • Stil: Strich-Punkt
    (wählen, denn so steht's in der Norm)
  • OK

Abb.13i Mittellinie auf einer Fläche

• Draufsicht - T-förmige Fläche (anklicken
  → Fläche wird grün → Abb.13j
•   Mittellinie auf einer Fläche [Face Center Line]
• …

--- Achtung, ab jetzt folgt Baustelle ! ---

Bemaßung

Schriftfeld

Tabelle einfügen

Ansichten exakt positionieren

Tabellen

•   Tabellenansicht einfügen
• Vorgehensweise:
  • AB TechDraw:
  • Tabelle [Spreadsheet] in der Baumansicht markieren
  • Tabellenansicht einfügen → Fügt den Zellbereich A1:B2 ein.
  • Eigenschaften(-Ansicht) eines Tabellenblattes: Gewünschten Zellbereich in Cell Start und Cell End eingeben.

Tipps & Tricks

Beliebige Schnittverläufe

• TechDraw 0.20 kann standardmäßig nur gerade Schnitte darstellen.
• Für beliebige Schnitte kann man …
  • … eine Kopie des Körpers anlegen und das gewünschte Material entfernen
  • … die geschnittene Kopie als Ansicht einfügen
  • … die Schraffur manuell zuweisen
  • Schnittverlaufslinie?
  • → FreeCAD-Wiki Beispiel von Shalmeneser (Sat Sep 18, 2021, 7:55 pm)

Bemaßungen, Ansichten bemaßen

Maße werden an Fangpunkten angebunden. Die Menge der Fangpunkte kann man in Eigenschaften(-Ansicht) der Ansicht - Iso Count beeinflussen. Je höher der Wert, desto mehr Fangpunkte gibt es.

Mittellinien u.ä.

In FreeCAD 0.20 sind eine Menge neuer Zeichnungslemente hinzugekommen. Hier notiere ich meine Erfahrungen wie sie kommen.

•  Mittellinien eines Kreises ["Fadenkreuz", Circle Center Lines]
  • Erstellt eine "Fadenkreuz" in einer Bohrung.
  • Bietet eine Maske an, mit der man Linienarten, Linienbreiten usw. einstellen kann.
  • Wenn die Maske einmal geschlossen ist, habe ich noch keinen Weg gefunden, die Fadenkreuze zu bearbeiten oder wenigstens zu löschen.
  • Das Fadenkreuz wird offensichtlich aus zwei Linien (waagerecht, senkrecht) gezeichnet, die man einzeln anwählen kann.
  • Nach dem Bemaßen sind mir regelmäßig die Maße versprungen von der Mitte des Fadenkreuzes zum Ende einer der Linien. Vielleicht muss man genau darauf achten, welche der beiden Linein man erwischt. Besser wird es wohl sein, die kleine Mittelpunktmarkierung zu bemaßen, die TechDraw automatisch liefert.
  • Diese Fadenkreuze verschieben sich sehr häufig. Vielleicht hängen sie am Ende des topologischen Benennenungsproblems.

• Link: Grundkurs FreeCAD 0.19 - Übung #01 - Winkelprofil - Teil2 - Technische Zeichnung in flowwie's corner.

Anhänge

Alternativer Arbeitsplan

Links und Hinweise

• FreeCAD-Wiki: 
• Fachlehrerseite.de: Bemaßung von Zeichnung mit FreeCAD v0.18 von Bernhard Seibert
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich PartDesign enthält neben Erklärungen auch Listen aller Funktionen und Randbedingungen mitsamt den Links zu detaillierten Beschreibungen.
• FreeCAD-Wiki: PartDesign - Formelemente bearbeiten erklärt, wie mit PartDesign gearbeitet werden soll. Das würde ich nicht gleich, aber bei Gelegenheit lesen, weil es hilft, einige Probleme mit dem Konzept von PartDesign zu vermeiden.
• FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich Sketcher enthält neben Erklärungen auch Listen aller Funktionen und Randbedingungen mitsamt den Links zu detaillierten Beschreibungen. Das finde ich gut, weil ich da nix erklären muss ;-)
• Leider sind in FreeCAD auch vollständig bestimmte Skizzen nicht immer stabil, also sicher vor überraschenden Veränderungen → Details (interner Link)

Notizen