Arch panel tutorial/de

Dies ist ein Mehrfach-Posting eines Tutorials, das zuerst auf Open-Source Ecology erschienen ist.

Präsentation von FreeCAD


FreeCAD ist ein parametrisches 3D-Modellierungsprogramm. Parametrische Modellierung erlaubt es Dir, einfach Dein Design zu modifizieren, indem Du in deiner Modellierungshistorie zurückgehst und die Parameter änderst. FreeCAD ist Open-Source (LGPL-Lizenz) und sehr modular, erlaubt dadurch umfangreiche Erweiterung und Anpassung, dank der intensiven Nutzung der Python-Programmiersprache.


 * FreeCAD-Website: http://www.freecadweb.org/
 * FreeCAD-Dokumentations-Wiki: http://www.freecadweb.org/wiki/index.php?title=Main_Page/de
 * FreeCAD-Arbeitsbereiche: http://www.freecadweb.org/wiki/index.php?title=Workbench_Concept/de
 * FreeCAD-Forum: http://forum.freecadweb.org/
 * Erste Schritte mit FreeCAD: http://www.freecadweb.org/wiki/index.php?title=Getting_started/de
 * Architektur-Tutorial: http://www.freecadweb.org/wiki/index.php?title=Arch_tutorial/de

FreeCAD installieren
Du hast die Möglichkeit, die letzte stabile Version (im Juli 2018 die Version 0.16) oder eine Entwicklerversion (momentan 0.17) zu installieren. Tatsächlich sind Entwicklerversionen normalerweise ziemlich stabil, und Du wirst ernsthaft ermuntert, eine Entwicklerversion auszuprobieren, solange Du keinen bestimmten Grund hast, es nicht zu tun. Wenn Du Entwicklerversionen selbst herunterlädst, dann solltest Du von Zeit zu Zeit nachsehen und neu installieren/aktualisieren, um von den Verbessereungen zu profitieren, weil die FreeCAD-Entwicklung ziemlich zügig vorangeht.


 * Auf Windows: Lade die aktuellste Version für Deine Windows-Version (32- oder 64-Bit) von . Doppelklicke zur Installation der Datei (Anm. d. Ü.: 0.16 ist die letzte Version für XP).
 * Auf Mac OS: Lade die aktuellste Version von . Doppelklicke zur Installation der Datei.
 * Auf Ubuntu: Die von Ubuntu bereitgestellte Version ist normalerweise veraltet, daher raten wir, stattdessen das von der FreeCAD-Community gewartetet PPA zu verwenden.
 * Auf anderen Plattformen: In den am meisten verwendeten Linux-Distriutionen (Debian, Fedora, etc.) ist FreeCAD in den offiziellen Software-Repositories enthalten. Es mag allerdings nicht immer die aktuellste Version sein. Falls die von Dir benötigte Version nicht verfügbar ist, ist Deine einzige Option, FreeCAD selbst zu kompilieren (Anweisungen auf der FreeCAD-Webseite)

Zusätzliche optionale Inhalte

 * IFC Import/Export aktivieren: Um Projekte ins/vom IFC-Dateiformat zu exportieren bzw. importieren, verlässt sich FreeCAD auf den ifcOpenShell-Importer, den Du separat von herunterladen musst. Achte darauf, eine Python-2.7-basierte Version zu verwenden, das ist die gleiche für FreeCAD verwendete Python-Version.
 * Drawing dimensioning workbench: Ein zusätzlicher Arbeitsbereich für FreeCad, der viele zweckmäßige Werkzeuge zum Hinzufügen von Abmessungen und Anmerkungen zu FreeCADs 2D-Zeichenblättern bietet: https://github.com/hamish2014/FreeCAD_drawing_dimensioning (Installationshinweise auf der Webseite)
 * Assembly2 workbench: Ein zusätzlicher Arbeitsbereich für FreeCAD, der eine Reihe von wichtigen Baugruppen-Werkzeugen bietet: https://github.com/hamish2014/FreeCAD_assembly2 (Installationshinweise auf der Webseite)

Schnellstarthinweise
Die Sammlung der im FreeCAD-Wiki verfügbaren Tutorien ist immer noch sehr spärlich. Allerdings nutzen viele Mitglieder der FreeCAD-Community youtube, um Video-Tutorien zu veröffentlichen. Achte darauf, dass Du FreeCAD-bezogenen Inhalt auf youtube suchst, das ist sicherlich die beste Quelle für Lernmaterial.

FreeCAD ist eine sehr technische Anwendung und die Lernkurve kann sehr steil sein. Vertraue auf Tutorien und das Dokumentation-Wiki und zögere nicht, im Forum Fragen zu stellen, wenn Du ein bestimmtes Problem hast. Auf klar gestellte Fragen gibt es normalerweise sehr schnelle und umfangreiche Antworten.

Eine sehr grobe Liste von Dingen, die Du wissen musst

 * Das FreeCAD-Interface ist in Arbeitsbereiche unterteilt. Arbeitsbereiche sind einfach Werkzeugsammlungen (Symbolleisten von Knöpfen und Menüs), die zusammengefasst sind, normalerweise für eine bestimmte Aufgabe. Wenn Du zu einem anderen Arbeitsbereich wechselst, zeigt Dir das Interface die Werkzeuge dieses Arbeitsbereichs. Aber der Inhalt Deines 3D-Dokuments ändert sich nicht. Du arbeitest immer noch am gleichen Dokument und an den gleichen Objekten.


 * FreeCAD ist immer noch in Entwicklung, es gibt immer noch viele Bugs, und die Anwendung könnte manchmal abstürzen. Sichere oft und aktiviere Sicherungsdateien in Bearbeiten → Einstellungen → Dokument


 * Die meisten FreeCAD-Objekte sind parametrisch. Das bedeutet, dass ihre Geometrien automatisch aus einer Reihe von Parametern erstellt werden. Diese Parameter sind immer in der Eigenschaft-Ansicht änderbar. Sie sind immer unterteilt in die Parameter, die die Geometrie selbst beeinflussen (Daten-Reiter) und die Parameter, die nur die Anzeige des Objekts (Ansicht-Reiter) beeinflussen. Allerdings sind durch andere Anwendungen erzeugte und in FreeCAD importierte Objekte nicht durch Parameter definiert und deshalb nicht änderbar.


 * Einige Arbeitsbereiche (PartDesign und Arch) sind gemacht, um nur mit Volumenkörpern arbeiten, und sie werden die Arbeit an Objekten verweigern, die keine Volumenkörper sind. Eine gute Faustregel ist, möglichst nur mit Volumenkörpern zu arbeiten.


 * Obwohl FreeCAD Netzobjekte importieren und mit ihnen arbeiten kann (Mesh-Arbeitsbereich), ist es vorrangig gedacht, mit einem fortgeschritteneren Objekttyp namens brep zu arbeiten, der von den meisten Arbeitsbereichen genutzt wird (Part, PartDesign, Draft, Sketcher, Arch). Wenn Netz-basierte Dateien (.dae, .orb, .stl...) importiert werden, musst Du normalerweise diese Objekte in brep-Objekte konvertieren, bevor Du etwas Interessantes mit ihnen machen kannst. Volumenkörper-basierte Dateiformate (.step, .iges) erzeugen beim Import in FreeCAD direkt brep-Objekte. 2D-Formate (.dxf, .svg) erzeugen ebenfalls brep-Inhalte.


 * FreeCAD hat verschiedene Wege oder Arten, um die Maus-Knöpfe zu nutzen. Diese Arten können in den Einstellungen gesetzt werden oder ändern sich während der Laufzeit durch Rechtsklicken auf den Hintergrund der 3D-Ansicht. Sie sind beschrieben auf http://www.freecadweb.org/wiki/index.php?title=Mouse_Model. Die am besten gefallenden Arten für die CAD-Arbeit sind CAD oder Gestures.

Übung: Eine Dachhaut modellieren
To showcase a typical workflow in FreeCAD, let's model a roof panel as described on http://opensourceecology.org/wiki/MicroHouse_4_Roof_-_Module_-_Build_Instructions. To do that,we will start from drawing the different pieces in a 2D constrained sketch, then we will take advantage of the special Arch Window object, which is able to build complex 3D objects from a 2D sketch containing the contours of several pieces. Finally, since what we need is not a window but a roof panel, we will simply convert our window object to another Arch type.

1. Open FreeCAD, then set your preferred units to “imperial”
In menu Edit → Preferences → General → Units

2. Switch to the sketcher workbench and create a new sketch in the XY plane.


Usually, unless there is a specific reason not to do so,you'll always want to start drawing your 2D sketches on the ground plane, around the (0,0) origin point. Then, it is the 3D object generated from that, that will be moved/rotated into position.

3. Draw two rectangles. On each of them, place a vertical constraint of 16 ft and an horizontal constraint of 2 in.


Don't worry about the dimensions your pieces have when you draw them, the constraints will resize them accordingly. To add a dimension constraint (vertical or horizontal), you can either select a line, or two points (with CTRL pressed).

4. Once your two rectangles have the correct size, place a vertical constraint of 0 in between their corner points, and a horizontal constraint of 4 ft.


This ensures that our two rectangles are correctly positioned in relatin to each other.

5. Add the two additional 2 in x 6 in pieces


Add two more rectangles and repeat the process. Note that in the example above, we didn't specify the length of these pieces, but rather placed a distance constraint between their extremities and the long vertical pieces, and we let a small gap of 0.05 inches between them. This is because if we make the rectangles touch each other, FreeCAD might deduce the loops wrongly, and we might get strange results with the Arch window tool. This little trick ensures that each rectangle will be recognized as an independent loop by the Arch window tool.

6. Add the corner reinforcement pieces


Same thing. Make them 6 inches wide, and separated them from other rectangles by 0.05 inches.

=== 7. Draw 7 intermediary reinforcement pieces, set their width to 2 inches, and constrain their left and right endpoints at 0.05 inches of the vertical rectangles (or at 0 inch of the endpoints of the other horizontal rectangles) ===



Depending on your system, FreeCAD might begin to be slow to process new constraints. This is the disadvantage of using constrained objects, they quickly swallow up a lot of system resources. You must always consider if you absolutely need them. You can also delete constraints when they have done their job. These dimensions won't be fixed anymore, but unless you move the pieces around, they won't change. If needed, you can aslo always re-add constraints later.

8. Calculate the spacing between the 7 reinforcement pieces and set vertical constraints between them.
In our case, our total length is 192 inches, minus the two end pieces (2 x 2 inches) and the two corner reinforcements (2 x 6 inches), = 192 – (4 + 12) = 176. Removing the 7 reinforcement pieces ( 7 x 2 ) = 162. Divinding this by 8 gives us the space between each reinforcement: 20.25.



9. Obtaining a fully constrained sketcher
On the right panel, you can see the message “2 degrees of freedom”. This means that our sketch is not fully constrained (it still has two “ways” of being deformed). This is because, although no piece of it can now move in relation to the others, the whole sketch can still move vertically and horizontally. To prevent this, we can simply take one of its corner points, select the origin point of the grid (where the green and red axes intersect) and press the Point Constraint button. This turns our sketch green, meaning it is fully constrained, no part of it can move anymore.



This is actually not absolutely necessary. But it is always better to keep track of the exact position of objects (we are now certain that our corner is at the (0,0) point). In case something goes wrong later, or we need to figure out the position of an object built upon this sketch, this will be useful.

We can now press the “close” button and our base sketch is built:



10. Switch to the Arch workbench and, with the sketch selected, press the “window” button
Our sketch has now vanished and one of its rectangles has been extruded slightly into a solid piece:



Although this seems wrong, it is simply because the Arch Window tool has created a default piece from the biggest loop it could find in the base sketch. We will fix that soon. Also, notice take note that the sketch has not disappeared, it has simply been turned off and “swallowed” by its new parent object. You can still find it in the tree view, by expanding the window object, and turn its display on/off by pressing the SPACE key.

11. Edit the window components by double-clicking it in the tree view


When double-clicking the window, its base sketch becomes visible again, and we get its edit interface: At the left, a list of the loops found in the base sketch, at the right the solid pieces built on it.

Begin with removing the “Default” piece.

Then, select the first loop (Wire0). It will highlight in the 3D view. Press the “Add” button to create a new piece from it. Give it a name, make sure the correct wire is set, and give it a 6 inches extrusion. The offset should stay 0 since we want it placed “on the ground”.

The “Type” value will be used to attribute materials to the window (not implemented yet), so you can currently leave to “Frame”.



Then press the “Create component” button. Sometimes FreeCAD fails to guess correctly the direction of the extrusion, and you must therefore edit your component and change the 6 inches value by -6 inches.

Repeat this for all the needed pieces:



When closing the edit panel we obtain the object above. Note that by default, window objects are represented semi-transparent. Since this will actually not be a window, we can just turn that off by setting its Transparency value to 0 in its View properties.

12. Add the cover panel
We now have our panel frame, but not the base panel itself. To do that, the best way is to open our base sketch, and add a new rectangle. Remember though to not make any of the corners of that rectangle coincident to corners of other rectangles, in order not to confuse our window object, which might require us to redo the whole series of components if the order of the loops would change.

We can therefore constrain this new rectangle 0.05 inches inside the perimeter. This will require us to place 4 new constraints.

We can then edit our window again, and add new components. We can see that a new Wire has been found. This time, we will use it to add a 8mm polycarbonate panel (note that you can mix units without problems in FreeCAD, and write “8mm” as the thickness, even if you are working in inches). We will also give it an offset of 0.05 inches, so it is slightly offsetted from the frame, just for consistency, as all the parts of our object have that offest between them.



We can now create another component based on the same Wire, in order to place another panel on top of our frame. This time, we will give it an offset of 6.05 inches. Our panel is finally complete:



13. Turn the window into another type of Arch component
This is not really necessary at the moment, but it might become important later when we export or work to other construction-oriented applications, for example via IFC, we don't want our panel to be identified as a window.

The Arch workbench of FreeCAD provides an easy way to handle that, which is that any object type can always become another, by being the base of another type. In this case, let's turn our window into a Panel object, simply by selecting the window and pressing the Panel tool.



Notice that the color of the resulting panel has changed, that is because materials support in FreeCAD and the Arch module is still incomplete. When it is finished, this will be properly handled.

14. Duplicating the panel
Our panel can then be duplicated and copied over in several ways, for example by using copy/paste. But a more interesting way is to use the Draft Clone tool (also present on the Arch workbench, like all other Draft tools). The Clone tool keeps the relationship between the base object and its clone, so any modification to the base object will reflect in all its clones.



In the current development version of FreeCAD, clones of Arch objects are now Arch objects themselves too.

15. Rotating and positioning the panels.
While the assembly workbench of FreeCAD is not ready yet, we need to position our pieces manually, either by manipulating their Placement property, or by using the Draft Move and Rotate tools, which are actually only visual ways to modify the Placement of objects.

Both Draft Rotate and Move tools make use of the Draft Snapping system. Different snapping positions (endpoints, midpoints, etc) are available, that can be switched on/off, allowing to perform very precise positionning and rotations.