Manual:Traditional modeling, the CSG way/it: Difference between revisions

Revision as of 17:09, 12 February 2017

CGS sta per Geometria solida costruttiva e rappresenta il modo più semplice per lavorare con la geometria solida 3D, con cui si creano oggetti complessi con l'aggiunta e la rimozione di pezzi a o da solidi usando le operazioni booleane, come unione, sottrazione o intersezione.

Come si è visto in precedenza in questo manuale, FreeCAD è in grado di gestire diversi tipi di geometrie, ma il tipo preferito e più utile per gli oggetti 3D che si vogliono progettare con FreeCAD, cioè gli oggetti del mondo reale, è, senza dubbio , quella solida, la geometria BREP che viene gestita principalmente dall'ambiente Part. A differenza dei poligoni mesh, che sono fatti solo di punti e triangoli, gli oggetti BREP hanno le loro facce definite da curve matematiche che permettono una precisione assoluta, a prescindere dalla scala.

La differenza tra i due può essere paragonata alla differenza tra le immagini bitmap e quelle vettoriali. Come nelle immagini bitmap, le mesh poligonali hanno le loro superfici curve frazionate in una serie di punti. Se si guardano da molto vicino, o si stampano molto grandi, non si vede una curva, ma una superficie sfaccettata. Invece nelle immagini vettoriali, come con i dati BREP, la posizione di un punto di una curva non viene memorizzata nella geometria, ma calcolata al volo, con assoluta precisione.

In FreeCAD, tutta la geometria basata su BREP è gestita da OpenCasCade, che è un'altra parte di software open-source. L'interfaccia principale tra FreeCAD e il kernel OpenCasCade è l'ambiente Parte. La maggior parte degli altri ambienti costruiscono la loro funzionalità sull'ambiente Parte.

Anche se altri ambienti offrono spesso degli strumenti più avanzati per costruire e manipolare la geometria, dato che in realtà manipolano tutti degli oggetti Parte, è molto utile sapere come questi oggetti lavorano internamente, ed essere in grado di utilizzare gli strumenti di Parte, poiché, essendo più semplici, spesso possono aiutare a risolvere dei problemi che gli strumenti più intelligenti non riescono a risolvere in modo corretto.

Per illustrare il funzionamento dell'ambiente Parte, modelliamo questo tavolo, utilizzando solo operazioni CSG (tranne le viti, per cui useremo uno degli addons, e le dimensioni che vedremo nel prossimo capitolo):

Creare un nuovo documento (Ctrl + N o il menu File -> Nuovo documento), passare all'ambiente Parte, e cominciare con la prima gamba:

Premere il pulsante Box
Selezionare il box, quindi impostare le seguenti proprietà (nella tabella Dati):
- Lunghezza: 80 mm (o 8 cm, o 0.8 m, FreeCAD opera in qualsiasi unità)
- Larghezza: 80 mm
- Altezza: 75 cm
Duplicare il box premendo Ctrl+C poi Ctrl+V (o menu Modifica -> Copia e Incolla)
Selezionare il nuovo oggetto che è stato creato
Cambiare la sua posizione modificando la sua proprietà Placement:
- Posizione x: 8 mm
- Posizione y: 8 mm

Si dovrebbe ottenere due parallelepipedi, uno scostato dall'altro di 8 millimetri:

Ora possiamo sottrarre uno dall'altro: Selezionare il primo, vale a dire quello che rimane, poi,con il tasto CTRL premuto, selezionare il secondo, quello da sottrarre (l'ordine è importante) e premere il pulsante Taglio:

Osservare che l'oggetto appena creato, chiamato "Cut", contiene ancora i due cubi usati come operandi. In realtà, i due cubi sono ancora lì nel documento, sono semplicemente stati nascosti e raggruppati sotto l'oggetto Cut nella vista ad albero. È ancora possibile selezionarli espandendo la freccia accanto all'oggetto Cut, e, se lo si desidera, renderli nuovamente visibili cliccandoli con il tasto destro o modificando le loro proprietà.

Ora creare le altre tre gambe duplicando il cubo di base 6 altre volte. Dato che è ancora copiato, si può semplicemente incollarlo (CTRL + V) 6 volte. Cambiare la loro posizione con la seguente:
- cube002: x: 0, y: 80 cm
- cube003: x: 8 mm, y: 79.2 cm
- cube004: x: 120 cm, y: 0
- cube005: x: 119.2 cm, y: 8 mm
- cube006: x: 120 cm, y: 80 cm
- cube007: x: 119.2 cm, y: 79.2 cm

Ora fare gli altri tre Tagli, selezionando prima il cubo "ospite", quindi il cubo da tagliare. Ora abbiamo quattro oggetti Cut:

Si potrebbe avere pensato che, invece di duplicare il cubo di base sei volte, si poteva duplicare tre volte la gamba completa. Questo è totalmente vero, come sempre in FreeCAD, ci sono molti modi per raggiungere il medesimo risultato. Questa è una cosa preziosa da ricordare, perché, come si vedrà con oggetti più complessi, alcune operazioni potrebbero non dare il risultato atteso e spesso bisogna provare in altri modi.

Ora faremo i fori per le viti, utilizzando lo stesso metodo di Taglio. Dato che servono 8 fori, due in ogni gamba, potremmo fare 8 oggetti da sottrarre. Invece, esploriamo altri modi e facciamo 4 tubi, che saranno riutilizzati da due delle gambe. Quindi creare quattro tubi utilizzando lo strumento Cilindro. È nuovamente possibile farne un solo e poi duplicarlo. Dare a tutti i cilindri un raggio di 6 mm. Questa volta, avremo bisogno di ruotarli, che avviene anche attraverso la proprietà Placement:
- cylinder: height: 130 cm, angle: 90°, axis: x:0,y:1, position: x:-10 mm, y:40 mm, z:72 cm
- cylinder001: height: 130 cm, angle: 90°, axis: x:0,y:1, position: x:-10 mm, y:84 cm, z:72 cm
- cylinder002: height: 90 cm, angle: 90°, axis: x:-1,y:0, position: x:40 mm, y:-10 mm, z:70 cm
- cylinder003: height: 90cm, angle: 90°, axis: x:-1,y:0, position: x:124 cm, y:-10 mm, z:70 cm

Notare che i cilindri sono un po' più lunghi del necessario. Questo perché, come in tutte le applicazioni 3D basate su solidi, le operazioni booleane in FreeCAD sono a volte ipersensibili nelle situazioni faccia-contro-faccia e potrebbero non riuscire. In questo modo, ci mettiamo dalla parte della sicurezza.

Ora facciamo le sottrazioni. Selezionare la prima gamba, poi, con CTRL premuto, selezionare uno dei tubi che la attraversa, premere il pulsante Taglio. Viene fatto il foro e viene nascosto il tubo. Cercarlo nella vista ad albero espandendo la gamba forata.
Selezionare un'altra gamba trapassata da questo tubo nascosto, quindi ripetere l'operazione, questa volta CTRL + selezionare il tubo nella vista ad albero, dato che nella vista 3D è nascosto (si può anche renderlo di nuovo visibile e selezionarlo nella vista 3D). Ripetere questa operazione per le altre gambe fino a quando ognuna di esse ha i suoi due fori:

Come si può vedere, ogni gamba è diventata una serie piuttosto lunga di operazioni. Tutto questo rimane parametrico, e in qualsiasi momento si può andare a cambiare qualsiasi parametro di una delle operazioni precedenti. In FreeCAD, spesso ci riferiamo a questa pila come allo "storico della modellazione", infatti riporta tutta la storia delle operazioni che sono state eseguite.

Un'altra particolarità di FreeCAD è che il concetto di oggetto 3D e il concetto di operazione 3D tendono a fondersi in una stessa cosa. Il Taglio è allo stesso tempo una operazione e anche l'oggetto 3D risultante da questa operazione. In FreeCAD questo si chiama "caratteristica" (feature), piuttosto che oggetto o operazione.

Ora facciamo il piano del tavolo, si tratta di un semplice blocco di legno, facciamolo con un altro Box con lunghezza: 126 cm, larghezza: 86 cm, altezza: 8 cm, posizione: x: 10 mm, y: 10 mm, z: 67 cm. Nella scheda Vista si può dare un bel marrone, come il colore del legno, modificando la sua proprietà Shape Color:

Notare che, anche se le gambe hanno spessore 8 mm, le abbiamo distanziate di 10 mm, lasciando due millimetri di vuoto. Naturalmente questo non è necessario, non accade con un tavolo vero, ma è una cosa da fare comunemente in questo tipo di modelli "assemblati", aiuta le persone che guardano il modello a capire che queste sono delle parti indipendenti , che in seguito dovranno essere unite manualmente.

Now that our five pieces are complete, it is a good time to give them more proper names than "Cut015". By right-clicking the objects in the tree view (or pressing F2), you can rename them to something more meaningful to yourself or to another person who would open your file later. It is often said that simply giving proper names to your objects is much more important than the way you model them.

Ora posizioniamo alcune viti. Attualmente c'è un addon estremamente utile sviluppato da un membro della comunità di FreeCAD, che si trova nel repository FreeCAD addons, chiamato Fasteners, che rende molto facile l'inserimento di viti. Installazione degli ambienti supplementari è facile ed è descritto nelle pagine addons.
Una volta installato l'ambiente Fasteners e riavviato FreeCAD, esso appare nella lista degli ambienti, ed è possibile passare in esso. Per aggiungere una vite ai fori selezionare prima il bordo circolare del foro:

Then we can press one of the screw buttons of the Fasteners Workbench, for example the EN 1665 Hexagon bolt with flanges, heavy series. The screw will be placed and aligned with our hole, and the diameter will automatically be selected to match the size of our hole. Sometimes the screw will be placed inverted, which we can correct by flipping its invert property. We can also set its offset to 2mm, to follow the same rule we used between the tabletop and the feet:

Ripetere questa operazione per tutti i fori, e il tavolo è completo!

La struttura interna degli oggetti Parte

Come visto in precedenza, in FreeCAD è possibile selezionare non solo oggetti interi, ma parte di essi, come il bordo circolare del foro della vite. Questo è un buon momento per dare un rapido sguardo a come sono costruiti internamente gli oggetti Parte. Ogni ambiente che produce la geometria Parte si basa su questi:

Vertices: These are points (usually endpoints) on which all the rest is built. For example, a line has two vertices.
Edges: the edges are linear geometry like lines, arcs, ellipses or NURBS curves. They usually have two vertices, but some special cases have only one (a closed circle for example).
Wires: A wire is a sequence of edges connected by their endpoints. It can contain edges of any type, and it can be closed or not.
Faces: Faces can be planar or curved, and can be formed by one closed wire, which forms the border of the face, or more than one, in case the face has holes.
Shells: Shells are simply a group of faces connected by their edges. It can be open or closed.
Solids: When a shell is tightly closed, that is, it has no "leak", it becomes a solid. Solids carry the notion of inside and outside. Many workbench rely on this to make sure the objects they produce can be built in the real world.
Compounds: Compounds are simply aggregates of other shapes, no matter their type, into a single shape.

Nella vista 3D, è possibile selezionare singoli vertici, bordi o facce. Selezionando uno di questi si seleziona anche l'intero oggetto.

Una nota sulla progettazione condivisa

You might look at the table above, and think its design is not good. The tightening of the feet with the tabletop is probably too weak. You might want to add reinforcing pieces, or simply you have other ideas to make it better. This is where sharing becomes interesting. You can download the file made during this exercise from the link below, and modify it to make it better. Then, if you share that improved file, others might be able to make it even better, or use your well-designed table in their projects. Your design might then give other ideas to other people, and maybe you will have helped a tiny bit to make a better world...

Download

Il file prodotto in questo esercizio: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/table.FCStd

Approfondimenti

Other languages:

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 [[Image:Exercise_table_02.jpg]]
+Osservare che l'oggetto appena creato, chiamato "Cut", contiene ancora i due cubi usati come operandi. In realtà, i due cubi sono ancora lì nel documento, sono semplicemente stati nascosti e raggruppati sotto l'oggetto Cut nella vista ad albero. È ancora possibile selezionarli espandendo la freccia accanto all'oggetto Cut, e, se lo si desidera, renderli nuovamente visibili cliccandoli con il tasto destro o modificando le loro proprietà.
-Observe that the newly created object, called "Cut", still contains the two cubes we used as operands. In fact, the two cubes are still there in the document, they have merely been hidden and grouped under the Cut object in the tree view. You can still select them by expanding the arrow next to the Cut object, and, if you wish, turn them visible again by right-clicking them or change any of their properties.
 * Ora creare le altre tre gambe duplicando il cubo di base 6 altre volte. Dato che è ancora copiato, si può semplicemente incollarlo (CTRL + V) 6 volte. Cambiare la loro posizione con la seguente: