Dal modello alla stampa 3d - 2 - FreeCAD

FreeCAD

Immagine slide
  • Come abbiamo già visto la scorsa lezione, FreeCAD è un modellatore solido per vincoli open source che può essere scaricato dal suo sito https://www.freecadweb.org/
  • La versione attuale di FreeCAD è la 0.16. Il fatto che il numero cominci per 0 indica che il software è ancora in tumultuosa fase di sviluppo
  • Per questo dobbiamo aspettarci che qualche funzionalità non sia ancora implementata o che qualche altra presenti dei difetti in alcune circostanze.

FreeCAD

Immagine slide
  • Ciononostante questo software ha un'impressionante serie di comandi e di possibilità e può essere utilizzato per produrre dei modelli anche di notevole complessità
  • Dato che il processo di disegno è complesso ed alcuni comandi non sono reversibili, è sempre meglio, dopo aver fatto un pezzo di lavoro importante, salvare l'oggetto con un nuovo nome, per poter ritornare alla versione salvata in caso di errori.

Ambienti

Immagine slide
  • Come detto FreeCAD possiede un'enormità di comandi per poter eseguire una grande serie di operazioni
  • Non tutti i comandi servono per ogni attività
  • Per questo motivo FreeCAD divide i comandi in ambienti
  • Anche gli ambienti sono tanti. Sono organizzati sostanzialmente per attività
  • Un comando può comparire in più ambienti se serve per più di un'attività. In alcuni casi il suo comportamento è leggermente diverso da ambiente ad ambiente.

Ambienti

Immagine slide
  • In questa lezione ci concentreremo su tre ambienti:
    • Part Design che consente di disegnare singole parti
    • Part che consente di unire parti per ottenere un oggetto complesso
    • OpenSCAD che contiene strumenti di verifica e miglioramento delle superifici

Viste

Immagine slide
  • Per prima cosa è importante sapere come visualizzare i nostri oggetti.
  • Vediamo uno ad uno i tasti che ci servono.
  • 1 Con questo tasto portiamo tutti gli oggetti nel campo visivo
  • 2 Consente la visione assonometrica (tasto 0)
  • 3 Consente la visone di fronte (tasto 1)
  • 4 Consente la visione dall'alto (in pianta) (tasto 2)
  • 5 Consente la visione da destra (tasto 3)

Viste

Immagine slide
  • 6 Consente la visone da dietro (tasto 4)
  • 7 Consente la visone dal basso (tasto 5)
  • 8 Consente al visione da sinistra (tasto 6)
  • Inizialmente è selezionata la vista in pianta

Navigazione nelle viste

Immagine slide
  • In qualunque vista siamo possiamo navigare nel nostro spazio.
  • Premendo la rotella del mouse possiamo trascinare l'immagine all'interno della finestra
  • Girando la rotella possiamo allargare o stringere l'immagine, tenendo come punto central il cursore del mouse
  • Per ruotare l'immagine nello spazio si deve premere contemporaneamente il tasto maiusole ed il tasto destro del mouse

Part Design - Solidi

Immagine slide
  • Se nell'ambiente Part Design scegliamo il tab Azioni del pannello di sinistra, troviamo Cubo e Cilindro, che sono gli elementi fondamentali per il nostro disegno.
  • Cubo crea un cubo di lato 1cm, con il vertice in basso a sinistra della base nell'origine.
  • Cilindro crea un cilindro con l'asse parallelo all'asse z, di raggio 2mm e altezza 1cm, con il centro della base nell'origine
  • Una volta creato il solido, potremo ridimensionarlo, spostarlo o ruotarlo.

Part Design - Solidi

Immagine slide
  • Il cubo può diventare un prisma, in quanto le tre dimensioni sono indipendenti
  • Il cilindro può essere modificato non facendo compiere al raggio del cerchio di base l'intera circonferenza.

Part-Desing - Ridimensionamento Solidi

Immagine slide
  • Per prima cosa dovremo selezionare nel pannello di sinistra l'etichetta Modello, selezionare il nostro solido e andare all'etichetta inferiore Dati
  • Nel pannello dei dati comparirà in Base un elemento Label con il nome del solido (di default Cubo) che noi cambieremo con un nome significativo rispetto all'oggetto che stiamo creando.
  • Nell'immagine si può vedere cosa cambia modificando le varie dimensioni di un solido

Part Design - Spostamento Solidi

Immagine slide
  • I solidi così prodotti possono essere spostati a piacere nello spazio modificando i valori delle tre coordinate cartesiane

Part Design - Rotazione Solidi

Immagine slide
  • Per impostare una rotazione occorre indicare un angolo ed una direzione
  • La rotazione avverrà in senso antiorario rispetto a quella direzione.
  • La direzione viene indicata tramite un versore
  • Si indicano le coordinate della punta di una freccia (vettore) che ha la coda nell'origine.
  • Nel versore la lunghezza della freccia è unitaria, nel nostro caso qualunque lunghezza va bene.

Part - Composizione Solidi

Immagine slide
  • Vediamo ora il secondo ambiente che ci interessa: part
  • Utilizzeremo questo ambiente per la composizione tra solidi
  • Per eseguire queste operazioni i solidi devono intersecarsi o almeno toccarsi

Part - Composizione Solidi

Immagine slide
  • Le operazioni possibili sono le operazioni booleane tra insiemi:
    • unione - tutti i punti che appartengono a uno, all'altro o a entrambi i solidi
    • sottrazione - tutti i punti che appartengono al primo solido ma non la secondo
    • intersezione - tutti i punti che appartengono sia al primo che al secondo solido

OpenSCAD - miglioramento e controllo

Immagine slide
  • L'ultimo ambiente che ci interessa è OpenSCAD.
  • In particolare di questo ambiente ci interessa una funzionalità: la rifinitura delle forme
  • Nell'esempio precedente, quando abbiamo effettuato la fusione tra il cilindro ed il cubo, la superficie del cubo e la parte tagliata del cilindro risultavano come due superfici separate.
  • Utilizzando lo strumento di rifinitura delle forme (Refine Shape) questa superficie, che di fatto è unica, viene unita e non vediamo più il bordo del cilindro a tagliare la faccia del cubo.

Esercizio: presa per accendisigari

Immagine slide
  • Il corpo centrale dell'oggetto ha un raggio di 14 mm ed un'altezza di 34 mm
  • L'aletta sporge dalla sagoma del corpo per per 10 mm (quindi è larga 24mm) ed è alta quanto il corpo.
  • Tutte le pareti sono spesse 2 mm
  • Al centro del fondo del corpo c'è un foro da 1,6 mm di raggio
  • Sempre sul fondo c'è un foro del raggio di 2 mm tangente l'interno del corpo

Esercizio: presa per accendisigari

Immagine slide
  • Sull'aletta ci sono due fori, del raggio di 1,6 mm distanti 5 mm dal bordo esterno dell'aletta. Uno è a 10 mm dal bordo superiore, l'altro a 20 mm dal primo.

Part Design: Sagome

Immagine slide
  • Un'alternativa interessante per creare forme è tramite l'estrusione di sagome.
  • Per questo, come prima cosa dovremo creare uno schizzo.
  • Successivamente potremo usarlo per estruderlo o creare cavità in altri solidi.
  • Per prima cosa, nell'ambiente Part Design, dovremo:
    1. deselezionare qualunque oggetto nel modello
    2. passare in Azioni
    3. cliccare su Crea uno schizzo

Part Design: Sagome

Immagine slide
  • Dovremo ora decidere il piano su cui creare lo schizzo, se lo schizzo è rivolto nella direzione standard del piano o rovesciato (ad esempio, sul piano orizzontale, ma rivolto vrerso il basso) e a che distanza dal piano porlo
  • Verrà automaticamente selezionata la vista perpendicolare allo schizzo, dal suo verso esterno.

Part Design - Azioni sulle sagome

Immagine slide
  • Una volta in modalità schizzo, si attiverà la barra delle forme e nel pannello Azioni troveremo le azioni relative allo schizzo.
  • Abbiamo ora aperto l'editor degli schizzi. Il pulsante Close chiuderà lo schizzo e ci consentirà di continuare con le altre azioni
  • Nel pannello Azioni troviamo due blocchi fondamentali:
  • Messaggi Solver ci indica se ci sono dei vincoli in conflitto nello schizzo e quanti vincoli mancano per avere uno schizzo completamente vincolato

Part Design - Azioni sulle sagome

Immagine slide
  • Non è sempre facile individuare i vincoli mancanti in uno schizzo complesso. Meglio comporre l'oggetto lavorando su schizzi più semplici
  • L'altra parte importante è l'elenco dei Vincoli, ce ci consentirà di modificare o togliere vincoli allo schizzo.

Part Design - Primitive delle sagome

Immagine slide
  • Veniamo finalmente alle forme che possono essere inserite in uno schizzo:
    1. Punto (non l'ho mai trovato molto utile)
    2. Segmento Richiede che si posizionino i due estremi - si rimane in modalità segmento, per tracciarne altri
    3. Arco di cerchio Può essere tracciato utilizzando punti diversi: centro ed estremi o estremi e punto sul cerchio - si rimane in modalità arco
    4. Cerchio Può essere tracciato con centro e punto sulla circonferenza o con 3 punti - si resta in modalità cerchio
    5. Ellisse o arco di ellisse Si possono utilizzare diversi punti per definirla - si resta in modalità ellisse
    6. Spezzata (forma composta) Disegna una serie di segmenti con il vincolo di un punto in comune, termina con il tasto esc
    7. Rettangolo (forma composta) Dati due punti disegna quattro segmenti con il vincolo di essere paralleli agli assi e con i punti in comune - si rimane in modalità rettangolo
    8. Poligono regolare (forma composta) Si può scegliere da tre a otto lati - dato il centro ed un vertice disegna i lati connessi con il vincolo di angolo tra i lati e l'inclusione in un cerchio di costruzione - si rimane in modalità poligono
    9. Asola (forma composta) Disegna due archi collegati da due segmenti, con i relativi vincoli di connessione e tangenza , a partire dall'estremo dei due segmenti - si rimane in modalità asola
    10. Linea di costruzione Non crea nuovi oggetti, ma modifica un elemento esistente in modo che non sia parte visibile della sagoma ma che serva solo per costruire vincoli sugli atri elementi della sagoma

Part Design - Vincoli delle sagome

Immagine slide
  • Ed ecco i vincoli:
    1. Dati due punti li rende coincidenti
    2. Dato un punto ed un segmento o arco, rende il punto parte del segmento, dell'arco o della loro continuazione
    3. Dato un segmento, lo obbliga ad essere verticale
    4. Dato un segmento, lo obbliga ad essere orizzontale
    5. Dati due segmenti, li rende paralleli
    6. Dati due segmenti o un segmento ed un arco li rende perpendicolari
    7. Dato un segmento ed un arco o due archi li rende tangenti
    8. Dati due punti ed una retta o due segmenti ed un punto li rende simmetrici
    9. Blocca un punto (ne fissa la distanza dagli assi)
    10. Impone una distanza orizzontale tra due elementi
    11. Impone una distanza verticale tra due elementi
    12. Impone una distanza tra due elementi
    13. Impone il raggio di un cerchio o arco di cerchio
    14. Impone un angolo tra de segmenti o tra gli estremi di un arco
    15. Impone un vincolo di "riflessione" (legge di Shnell)

Part Design: Estrusioni

Immagine slide
  • Una volta che avremo creato una sagoma, nel pannello Azioni comparirà la voce Prisma che ci consentirà di estrudere la sagoma
  • Sempre nel pannello Azioni comparirà a questo punto la scheda delle estrusioni nella quale a questo punto potremo limitarci ad inserire l'altezza del solido che vogliamo ottenere
  • Se passiamo ora alla vista in assonometria, potremo apprezzare il risultato

Part Design: Estrusioni su faccia

Immagine slide
  • Per creare un prisma su di una faccia, dopo aver creato lo schizzo da estrudere, dovremo selezionare la faccia con il tasto sinistro del mouse: diventerà verde.
  • Ora usiamo l'icona evidenziata nella terza barra degli strumenti (Mappa uno schizzo su una faccia)
  • Ci verrà chiesto quale schizzo mappare e ci verranno presentati tutti gli schizzi del disegno meglio quindi aver dato nomi significativi
  • Verremo riportati nell'editor degli schizzi, per poter modificare lo schizzo mappato. Se abbiamo fatto lo schizzo correttamente potremo chiudere l'editor

Part Design: Estrusioni su faccia

Immagine slide
  • Nel pannello delle azioni è ora presente Prisma, ed il procedimento di estrusione è uguale a prima.

Part Design: cavità

Immagine slide
  • La prima parte del lavoro non cambia rispetto al Prisma: selezioniamo una faccia e ci posizioniamo sopra uno schizzo.
  • Questa volta però selezioneremo Cavità tra gli Strumenti Sketch
  • Nei Parametri Cavità potremo ovviamente selezionare la profondità della cavità, che corrisponde al tipo Quota

Part Design: cavità

Immagine slide
  • Abbiamo anche altri tipi di cavità:
    • Attraversa tutto che attraversa l'intero solido, fino alla sua ultima faccia
    • Fino al primo che estende la cavità fino a forare la prima faccia incontrata
    • Fino alla faccia che estende la cavità fino ad una faccia che dovremo selezionare con il mouse

Esercizio: scaltola per Arduino

Immagine slide
  • Il secondo esercizio è una scatola per la scheda Arduino.
  • Il fondo, spesso 2mm, è un rettangolo con gli angoli arrotondati. Il raggio degli arrotondamenti è di 2mm. La distanza orizzontale tra i centri è di 69mm, quella verticale di 54mm.
  • I bordi hanno la stessa sagoma del fondo, sono spessi 2mm ed alti 18mm
  • Le quattro torrette cono tutte di raggio 4mm, con un foro centrale da 1,4mm. I centri sono rispettivamente in X=15,5 Y=3; X=66 Y=7,5; X=15,5 Y=51; X=66 Y=35,5, tutti in mm

Esercizio: scaltola per Arduino

Immagine slide
  • Sul lato sinistro troviamo i fori per i connettori. Entrambi sono ad un'altezza dal piano di 4mm ed alti 12,5mm. Uno è a 3mm dallo spigolo destro, largo 10mm, l'altro a 32mm dallo spigolo destro e largo 14mm.
  • Per finire abbiamo uno smanco sulla torretta in alto a sinistra, rivolto verso destra, a 2mm dal centro della torretta, centrato e alto 2,5mm e profondo 2mm.

Part Design: Solidi di rotazione

Immagine slide
  • Per prima cosa dovremo creare una sagoma.
  • Scegliamo ad esempio il piano XZ. Ricordiamo che l'asse di rotazione sarà in questo caso l'asse Z.
  • Una volta disegnata la sagoma, ci troveremo negli Strumenti Sketch. Sceglieremo Rivoluzione.
  • Le impostazioni dei Parametri Rivoluzione sono già Asse verticale dello schizzo e 360°, quindi ci troviamo già il nostro solido di rotazione pronto. Basta premere su OK.

Part Design: Serie

Immagine slide
  • Per prima cosa creo una cavità passante nella ruota, della forma e dimensione voluta, come fatto in precedenza.
  • Andremo ora a selezionare nel modello la cavità realizzata
  • Passeremo alle Azioni e sceglieremo Serie Polare
  • A questo punto non ci resta che scegliere il numero di occorrenze e confermare con OK

Esercizio: Ruota

Immagine slide
  • L'ultimo esercizio è questa bella ruota con cava per un O-Ring da 5mm e foro per grano con fessura per il dado.
  • Per prima cosa dovremo predisporre la sezione della ruota. Il raggio dell'albero è stato previsto in 2mm, ma potete aumentarlo. Il raggio del mozzo, di 10mm e quello della ruota di 30mm. I bordi della cava saranno di 1mm, la cava semicircolare avrà raggio 2,5mm. L'altezza totale del mozzo sarà di 14,5mm.
  • Una volta eseguita la rotazione, predisporremo una cavità circolare passante sulla faccia della ruota di raggio 8mm, distante dal centro di 18mm.

Esercizio: Ruota

Immagine slide
  • Per finire creeremo il foro per il grano di fissaggio sottraendo alla ruota un cilindro orizzontale di 1,6mm di raggio, all'altezza di 11 mm dal piano orizzontale
  • Alla fine produrremo la cavità per il dado sottraendo alla ruota un prisma spesso 2mm e largo 5,6, posizionato ad un'altezza di 9mm, a 2,5mm dal centro, centrato sul foro del grano.
  • Le misure sono puramente di fantasia e probabilmente il dado non sarà centrato sul foro.
[any material that should appear in print but not on the slide]