2023年9月22日 星期五

FreeCAD使用簡介(001) 歷史與功能介紹

原文譯自:Monoist網站


[譯前言]


雖然進入AI時代,但是對於DIY族或是新創業,3D CAD還是個非常重要的工具,特別在於工業大國日本都還有40%左右的企業還在使用2D CAD的狀況下(這樣你們就知道為什麼我為什麼一直看壞這個國家了...),懂得使用3D CAD就是一項很大的競爭力。


不過,一般企業使用的3D CAD要價非常昂貴,其學生版大都又閹割了不少功能。因此如果能透過免費軟體來先學習3D CAD的概念,進入企業界後就能很快進入狀況。所以引用了Monoist網站上介紹FreeCAD的連載,作為學習這套軟體的入門指引。


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免費3D CAD軟體FreeCAD介紹


文:小林由美


[前言]


大家聽過開放程式碼的3D CAD軟體「FreeCAD」嗎?這是一套免費卻具有建立3D模型、網格設計、製圖(Draft)、有限元素法模擬(FEM)、光影效果確認、機器人設計等等豐富充實的標準功能。在本文中,會使用「FreeCAD 0.21」版來介紹各功能的實際操作方式與使用感想。


來試用FreeCAD吧!


「FreeCAD」這套軟體,是有超過20年光榮歷史的免費參數式3D CAD。由於此軟體是公開程式碼的形式,所以從2002年開始由全世界的志願義工來共同開發。而作為此程式基礎的幾何核心,是採用1990年代就存在的3D CAD「CAS.CADE」在公開程式碼後的版本「OpenCasCade」。FreeCAD雖然是以一個國際性的程式開發專案而廣為人知,但也有日本的志願開發者,製作了日文版來發行。


在本文中,使用的是寫作時的最新版本0.18版(譯註:翻譯版則是使用2023年發行的0.21版),並且以筆者實際操作體驗到的感想來介紹其3D建模、製圖、模擬(有限元素法)等等功能。


*譯註:雖然也有中文化的版本,但還是建議使用英文版本,比較不容易出現意外的相容性問題。


圖1 進入0.21版的視窗畫面



FreeCAD稍稍偏向給內行人使用?


老實說,這套軟體對於3D CAD軟體操作有些認識的人來說,應該是不會有甚麼使用問題的;但是對初學者來說,其圖形使用介面是有點難以馬上就能上手的。畢竟其介面不像近來新版的3D CAD那樣會配合打算執行的作業而改變指令的排列模樣,當然也沒有使用功能的提示。


而且現在最新的3D CAD中,即便是參數化行的軟體,也具有點選面就能改變形狀的直接建模(Direct Modeling)操作方式。不過FreeCAD完全沒有這種直接建模功能。此外,FreeCAD是使用按下「ESC」鍵就能簡單跳出功能操作的方式,這讓習慣於一般CAD是按下「Close」或「End」按鈕圖示來結束操作的人,可能會稍稍感覺到很奇怪吧。


既然如此,你可就會有「世界上有很多便利又簡單的3D CAD,為何故意挑一套好像不是很方便的軟體,這到底有甚麼好處?」的疑問。不過筆者覺得,各個軟體都各自有其擅長或不擅長的地方,所以結論還是「該怎麼去評價這套的軟體的長處與短處」。


以FreeCAD來說,其第一個好的特色就是:雖然免費,也不需要拿建立帳號或輸入個人資料來換取使用權利。對於擔心建立帳號時輸入個資會外流的人、或是一直收到開發公司的宣傳或勸誘購買廣告而不開心的人來說,可能會是這套軟體的一大長處。但是相反的是,這也有遇到問題得要自己找資料、必須自己想辦法解決的意義存在。還有,這是得安裝在自己電腦使用的軟體,並不是雲端使用型的軟體,所以是否有升級版本或是修正程式等等訊息,也得要自己確認才行。


此外,FreeCAD的特徵(Feature)與參數管理樹(Tree)感覺上很接近中階3D CAD的形式(對於習慣於直接建模軟體的人來說,這個管理樹可能是沒甚麼用處的...)。


就像一開頭說明的一樣,FreeCAD除了有豐富的標準功能以外,還能使用最流行的「Python」程式語言來編輯操作流程(Script),而達到客製化、自動化甚至擴張功能的效果。如果有學過軟體功能或價購的話,就能使用程式語言來自由自在地做成自己喜歡的3D CAD;但如果是不熟悉程式編寫或是無心細學寫程式的人,這個可以寫程式的功能也沒甚麼價值了。


FreeCAD就是這樣互有長短,但筆者真心覺得「這是一種對CAD初學者不是太友善的軟體」。倒過來說,如果您是從十幾年前以上、當時使用介面更難用很多的其他3D CAD軟體開始學習CAD的話,FreeCAD可能還是比較容易親近一些呢。


話雖如此,本文寫作上還是希望能讓最近才剛剛入門3D CAD不久或是完全初學的人也能容易看得懂。如果入門者或初學者都能學會FreeCAD的操作方式,必定能熟悉3D CAD的建模原理、對於學習其他的3D CAD軟體也會很有幫助。


FreeCAD可以從其官方網站下載取得:


https://www.freecad.org/index.php?lang=zh_TW


下載之後然後依照安裝精靈的指示來安裝就可以了。期間完全不需要輸入任何個資或安全資料。順帶一提,它也支援Windows、MacOS、Linux等不同作業系統,至於各個系統下需要的最低動作硬體規格,就請參照官網的說明。


圖2 0.21版安裝畫面




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