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Le basi di FreeCAD

FreeCAD è un Software Libero di modellazione tridimensionale parametrica. È multipiattaforma, e QUI si può trovare la documentazione ufficiale (molte pagine sono disponibili in italiano. Per attivare la traduzione scorrere fino in fondo alla pagina e, tra la selezione delle lingue, cliccare su “italiano”).

Avvio e primi passi

Questa è la schermata iniziale di FreeCAD (di seguito FC). Per iniziare a lavorare occorre chiudere la “Start page” e aprire un nuovo documento; quest'ultima operazione può esser fatta cliccando su “File→nuovo”, oppure cliccando sull'apposito simbolo del foglio bianco presente sotto la voce “File”.

Gli ambienti di lavoroFC possiede 23 diversi ambienti di lavoro (in inglese Workbench), in ciascuno dei quali si trovano specifici strumenti, pulsanti e opzioni. Per realizzare un modello complesso risulta quasi sempre inevitabile utilizzare più ambienti, passando da uno all'altro attraverso il menù a tendina presente nella barra degli strumenti. La stragrande maggioranza delle operazioni che portano alla creazione di una mesh stampabile si svolgono tuttavia in due soli ambienti: Part e Part Design. All'avvio del programma, l'ambiente predefinito è Start.

Illustrazione 1: Schermata iniziale

Navigazione

FreeCAD mette a disposizione diversi stili di navigazione; i comandi riportati qui sotto si riferiscono alla “Navigazione Blender” (per attivarla, fare click col tasto destro in un punto a caso dell'universo 3D e cliccare su Stili di navigazione→navigazione Blender).

L'ambiente PART

Nell'ambiente PART ci sono alcune serie di strumenti.

• Quelli evidenziati in giallo servono a visualizzare la scena da alcune specifiche viste: (frontale, dall'alto, da destra etc.)

• Quelli evidenziati in rosso servono ad inserire dei solidi -semplici o complessi- nella

Illustrazione 2: L'ambiente Part

scena• Quelli evidenziati in blu compiono una serie di operazioni sui solidi: estrusione di

uno sketch, creazione di un solido di rotazione, raccordo o smussamento degli spigoli, unità avanzate di creazione solidi

• Quelli evidenziati in verde servono a compiere le operazioni booleane (vd. Sotto).

Operazioni eseguibili nell'ambiente Part

Inserimento di oggetti; traslazione, rotazione, scaling.

Nell'Illustrazione 3 è stato inserito un cubo nell'universo 3D. Per selezionare l'intera figura occorre cliccare una volta col tasto sinistro sulla voce “Cubo” nella Vista Combinata.

Illustrazione 3

Facendo ciò la figura diventerà verde, e nella parte bassa dello schermo comparirà un nuovo pannello con due schede: Vista e Dati.

Vista serve a modificare le impostazioni con cui l'oggetto viene visualizzato: colore, trasparenza, spessore degli spigoli etc.

La scheda Dati consente invece di modificare le dimensioni, la posizione e l'orientamento dell'oggetto. Per modificare le dimensioni del cubo è sufficiente modificare a mano i parametri Lenght (lunghezza), Width (larghezza) e Height (profondità). Per spostare e/o ruotare l'oggetto si può cliccare sulla voce Placement. Facendolo comparirà un simbolo con tre punti di sospensione (vd. Illustrazione 3). Cliccando su tale simbolo si aprirà una nuova finestra (vd. Illustrazione 4)

Da questa finestra è possibile spostare e ruotare l'oggetto modificando i parametri degli assi X, Y e Z alla voce “Traslazione”. Anche la rotazione può avvenire attorno a tutti gli assi, ed è possibile impostare anche l'angolo di rotazione. Una volta modificati i parametri è necessario cliccare su Apply per rendere effettivi i cambiamenti, e dopo su Ok per chiudere la finestra.

Illustrazione 4

Suggerimento: evidenziando col mouse i dati riportati sui vari assi sotto la voce “Traslazione” e premendo le frecce direzionali sulla tastiera (↑ e ↓) i valori cambieranno di 1mm ad ogni pressione del tasto. In questo modo è possibile spostare “gradualmente” l'oggetto fino a farlo arrivare nella posizione desiderata. Lo spostamento e la rotazione degli oggetti possono essere fatti anche “a mano libera”; facendo doppio click sull'oggetto compariranno dei cerchi e delle frecce attorno allo stesso, e cliccando col tasto sinistro del mouse su di esse si potrà muovere liberamente l'oggetto nell'universo 3D. Quest'ultimo metodo è tuttavia sconsigliabile, in quanto poco preciso. Per tornare alla modalità “normale” (facendo scomparire i cerchi) basta cliccare col tasto destro sul nome della figura nella Vista combinata e selezionare “Completa la modifica” dal menù a tendina che appare.

Creazione di primitive geometriche parametrizzate

Cliccando sul pulsante è possibile inserire nella scena dei solidi complessi.

Nell'Illustrazione 5 è stato creato un prisma a base esagonale, il cui raggio è di 2mm e l'altezza 10mm. Tutti questi valori possono essere successivamente modificati attraverso la scheda Dati nella Vista combinata.

Illustrazione 5

Operazioni booleane

Le operazioni booleane ( ) sono processi che permettono di ottenere forme solide complesse tramite la combinazione di due o più solidi primitivi. In particolare, in FC è possibile effettuare operazioni di Unione, Differenza, Intersezione e Sezione tra due o più mesh.

Se nella scena sono presenti almeno due solidi, per eseguire un'operazione booleana è necessario cliccare sul tasto indicato nell'Illustrazione 6. Si aprirà una nuova finestra, che permette all'utente di selezionare il tipo di operazione da eseguire e l'ordine delle forme.

Nell'esempio, si vuole “tagliare” il cubo con il cono. L'operazione sarà quindi quella di Differenza, la prima forma (quella che “subisce” l'operazione) sarà il cubo e la seconda forma (l' “agente”) il cono. Cliccando su Apply il risultato sarà quello mostrato nell'Illustrazione 7.

Illustrazione 6

Nella Vista combinata è ora presenta una voce (Cut) che indica il solido risultante dall'operazione. Cliccando sul + a sinistra della parola Cut compaiono i due solidi (cubo e cono) che hanno generato l'oggetto Cut. È possibile annullare l'operazione booleana cliccando sulla voce Cut e premendo il tasto CANC sulla tastiera (o, in alternativa, cliccando col tasto destro del mouse sulla voce Cut e selezionando “Elimina” dal menù a tendina). In questo modo si tornerà alla situazione precedente all'operazione booleana (cioè con i due solidi sulla scena).

Illustrazione 7

Raccordo e smussamento degli spigoli

Nell'ambiente Part è possibile raccordare o smussare gli spigoli, attraverso i pulsanti indicati nell'Illustrazione 8. Cliccando su uno di essi si apre una finestra che mostra l'elenco degli spigoli presenti nel solido; è possibile selezionarli sia spuntandoli dall'elenco sia direttamente dalla figura. Quando si seleziona uno spigolo, questo diventerà verde, e nella finestra si spunterà automaticamente la casella corrispondente.La voce Raggio si riferisce al raggio che avrà lo spigolo arrotondato; il valore di default è 1, mentre nell'esempio dell'Illustrazione 8 è stato portato a 3. Il risultato è quello mostrato nell'Illustrazione 9.

Illustrazione 8

L'ambiente Part Design

L'ambiente Part Design è il più importante in assoluto in FreeCAD. Esso consente di creare disegni bidimensionali per poi estruderli, usarli per scavare tasche/fori o creare solidi di rotazione. Tali disegni prendono il nome di Sketch. Normalmente la procedura per creare solidi con misure precise consiste proprio nel creare uno sketch in Part Design per poi estruderlo, e, successivamente, creare altri Sketches sulle facce del solido di base per scavare tasche e/o fori.

Illustrazione 9

Creazione di uno Sketch

Concetti di base: i vincoli

Gli sketches sono disegni in cui si possono apporre vincoli a linee, punti, archi, polilinee etc.Apponendo un vincolo di orizzontalità ad una linea, ad esempio, quella linea rimarrà orizzontale fin tanto che quel vincolo non sarà rimosso, indipendentemente dalle modifiche fatte su altre parti del disegno. La procedura normalmente utilizzata per creare solidi con misure precise è di creare prima un disegno “a mano libera” (uno “schizzo”, uno “sketch” appunto), e successivamente apporre gli opportuni vincoli su di esso; così su una linea che deve misurare esattamente 14mm si apporrà un vincolo di misura, o su un foro di cui si conosce la dimensione si userà il vincolo di raggio etc.

Quando si crea un nuovo Sketch (cliccando sul pulsante cerchiato nell'Illustrazione 10) si apre una finestra di dialogo che chiede su quale piano si desidera disegnare: dall'alto (piano XY), frontalmente (piano XZ) o di lato (piano YZ). Dopo aver scelto una di queste tre opzioni si apre la schermata di disegno. Nella Vista combinata, nella scheda Azioni, ci sono tre paragrafi:

• quello centrale consente di agire sulla griglia. Si può scegliere se visualizzarla o meno (vivamente consigliato lasciarla in vista), regolare la dimensione (di default è 10mm), attivare o meno lo Snap (cioè l'aggancio automatico delle linee/punti ai nodi

Illustrazione 10

della griglia) e i vincoli automatici (vd. Sotto)• il paragrafo in basso mostra i vincoli via via inseriti nello sketch. I vincoli sono

limitazioni che si inseriscono nel disegno per renderlo parametrico. Spuntando l'opzione Vincoli automatici FreeCAD assegnerà ad alcuni tratti del disegno dei vincoli (il più delle volte si tratta di vincoli di orizzontalità e verticalità; il software in pratica “intuisce” che si vuol creare una linea perfettamente orizzontale o verticale, e inserisce da solo i relativi vincoli).

• Il paragrafo in alto serve per le “comunicazioni” che FreeCAD invia all'utente. Principalmente si tratta di Vincoli ridondanti o vincoli in contrasto (vd. Sotto).

Gli strumenti per disegnare

Punto

Linea tra due punti

Cerchio

Arco

Polilinea

Rettangolo

Asola

Raccordo

Rifila

Geometria esterna

I vincoli

Nome Descrizione

Puntoé utile quando un profilo è interrotto - per esempio dove due punti di finelinea sono uno accanto all'altro, ma le linee devono essere unite. In questo caso, un vincolo di coincidenza sui rispettivi punti finali chiude la breccia.

Punto su lineaBlocca un punto su una linea

VerticalitàRende verticale una linea

OrizzontalitàRende orizzontale una linea

ParallelismoRende parallele due linee

PerpendicolaritàRende perpendicolari due linee

TangenteIl vincolo Tangente costringe due curve ad essere tangenti. Le linee sono trattate come infinite, e gli archi sono trattati come cerchi o ellissi completi. Il vincolo è anche in grado di collegare due curve costringendole ad essere tangenti nella giunzione, e quindi rende levigata la loro congiunzione

UguaglianzaRende uguali due linee

SimmetriaRende due punti simmetrici rispetto ad una linea

BloccoVincola completamente qualsiasi elemento selezionato (sia nella misura che nella posizione)

Distanza orizzontaleFissa la distanza orizzontale tra due punti

Distanza verticaleFissa la distanza verticale tra due punti

MsuraFissa la misura di una linea

RaggioFissa il raggio di un cerchio o di un arco

AngoloFissa la misura dell'angolo tra due linee

Un esempio concreto

Nell'Illustrazione 11 vediamo un esempio di come si può procedere per creare un oggetto (in questo caso un porta-termometro per automobili) con FC. Nell'ambiente Part Design si crea un nuovo Sketch (in questo caso in vista frontale, assi XZ), e si comincia a tracciare il “profilo di base” della figura a mano libera. Nell'esempio è stato sufficiente usare lo strumento Polilinea. Una volta chiusa la Polilinea si procede ad inserire i vari vincoli, riportati nell'apposita finestra a sinistra; sono presenti vincoli di misura, di orizzontalità, di verticalità, di distanza orizzontale tra punti. Quando tutti i vincoli sono stati inseriti, si può procedere all'estrusione dello sketch con

l'apposito pulsante . La successiva finestra di dialogo chiederà di impostare la misura dell'estrusione; nell'esempio, 110mm.

Illustrazione 11

Ora occorre creare due fori sulla superficie estrusa, per poter fissare l'oggetto tramite delle viti. Per far ciò la procedura consiste in:

-creare un nuovo sketch sopra la faccia in questione

-utilizzare il pulsante per scavare una tasca/buca

Illustrazione 12

Per creare uno sketch sopra una faccia occorre cliccare una volta col tasto sinistro del

mouse sulla stessa (che diventerà di colore verde chiaro), e poi cliccare il pulsante . Apparirà la griglia sopra la faccia e si potrà procedere. Nell'Illustrazione 13 è stata selezionata la faccia estrusa, e si è creato uno sketch contenente due cerchi, ognuno dei quali aventi i seguenti vincoli:

• vincolo di raggio di (1,5mm)• vincolo di distanza verticale dal bordo esterno della faccia (30mm). Per poter

impostare questo vincolo è stato necessario rendere prima selezionabili i bordi

esterni, con l'apposito pulsante

Una volta impostati i suddetti vincoli, si preme sul pulsante e, nella finestra di dialogo che appare, alla voce Parametri tasca si seleziona Attraverso tutto dal menù a tendina.

Nell'esempio illustrato è stato creato un ulteriore sketch, contenente dei cerchi (concentrici ai precedenti) trasformati poi in tasche; servono per l'alloggiamento della testa delle viti. Il risultato finale è visibile nell'Illustrazione 14.

Illustrazione 13

Illustrazione 14