FreeCAD - Visão Geral
FreeCAD - Visão Geral
Visão Geral
Este artigo é o segundo da série sobre o FreeCAD
Figura 1 - Visão Geral
índice
Modelador 3D Paramétrico
O FreeCAD é um modelador 3D paramétrico, mas, o que de fatoS isso representa?
O termo paramétrico significa que os modelos gerados possuem dimensões que podem ser alteradas de forma facilitada, por meios fornecidos pelo sistema.
Nos desenhos mais antigos, e a prática continua até os dias atuais, peças similares tinham um desenho único, acompanhado de tabelas. Á medida que novas configurações da peça eram criadas, as tabelas eram atualizadas com a inclusão da nova configuração. Esses desenhos antes produzidos manualmente, com o emprego de CAD não paramétrico, continuam a ser feitos da mesma forma.
Figura 2 - Desenho tabulado
Em sistemas parametrizados, ao selecionarmos indiretamente um dos itens presentes na tabela, o modelo da peça e os respectivos desenhos de fabricação são gerados imediatamente, contendo somente as dimensões da peça selecionada. Um exemplo interessante sobre esse tipo de aplicação pode ser visto no e-book "Modelagem com FreeCAD - vol1", disponível para download para aqui.
Figura 3 - Desenho selecionado
Outra vantagem, do desenho paramétrico em relação ao método de representação convencional, é a correção “em cascata”. Se o projeto for parametrizado adequadamente, a alteração em um pino, por exemplo, irá gerar as correções necessárias em todos os componentes que irão recebê-lo de forma totalmente transparente.
Figura 4 - Correção em cascata
Módulos do FreeCAD
Uma particularidade do FreeCAD é a organização de suas ferramentas em módulos, denominados bancadas (workbenches). Cada bancada possui um conjunto extenso de ferramentas afins para diversas aplicações, tornando-o muito abrangente. Com essa abordagem, cada tipo de usuário personaliza seu sistema otimizando-o para seu tipo de aplicação, evitando telas poluídas com ferramentas não aplicáveis ao seu trabalho.
Interface do Usuário
Utilizando as bancadas como forma de organização voltada à aplicação, a interface do FreeCAD, apesar de seguir o padrão de sistemas CAD, consegue apresentar um visual limpo, agradável e fácil de trabalhar. Contém barras de ferramentas, painéis de propriedades e estruturação, indicadores de seleção, indicadores de erros construtivos e um monitor que mostra os comandos emitidos em Python, além é claro, de uma ampla janela principal onde os modelos são exibidos.
Figura 5 - Interface com o usuário
Os componente principais da interface são (A) barra de ferramentas; (B) menu de comandos; (C) seleção da bancada; (D) Combo view que agrupa informações sobre os (E) modelos e das (F) operações em execução; (G) árvore de dependências; (H) painel de propriedades dos objetos; (I) Indicador do item selecionado e (J) relatório de erros de construção.
A porção maior da tela é chamada de 3D View, contendo o cubo de navegação, utilizado para ajustar a visualização. Em sua parte inferior existem abas mostrando os arquivos abertos sendo possível alternar entre os mesmos.
O tipo de navegação selecionável é um recurso bastante interessante, emula os comandos do mouse para que o FreeCAD se comporte de maneira idêntica aos principais programas gráficos. Os comportamentos que podem ser emulados são o Blender, CAD, Gesture, Maya, OpenCascade, OpenInventor, OpenSCAD, Revit, TinkerCAD e TouchPad.
Principais bancadas do FreeCAD
A seguir mostro algumas das bancadas mais utilizadas do FreeCAD e uma breve descrição do que faz cada uma, focando em desenvolvimento de produtos.
A bancada Part
Uma bancada essencial ao FreeCAD é a bancada Part. Essa bancada permite a modelagem de sólidos diretamente através da inserção de formas geométricas primitivas, como esfera, cubos e pirâmides transformando-as, com a aplicação de operações Booleanas, em figuras complexas. Esse processo de modelagem é conhecido como CSG, constructive solid geometry.
Figura 6 - Operações Booleanas
No entanto, a essencialidade desta bancada não se deve ao método de modelagem, que remonta aos sistemas mais antigos, mas sim à sua biblioteca que fornece as funções necessárias para manipulação e representação das entidades geométricas primitivas, além de funções que executam escrita e leitura de arquivos em outros formatos, como IGES e STEP.
A bancada Part Design
A alternativa à bancada Part, fornecida no FreeCAD, é a bancada Part Design, com conceitos mais avançados para modelagem de objetos, em um método conhecido por feature editing. Esse método se caracteriza pela construção de um sólido inicial, que serve de base para a próxima alteração, que é incorporada ao modelo, servindo de base para a alteração seguinte, prosseguindo assim até que atinja a configuração final. Todo esse processo é registrado pelo programa e apresentado através de uma árvore de dependência, tornando possível editar o modelo em qualquer fase simplesmente clicando sobre a etapa desejada, alterando suas propriedades ou editando o esboço associado.
Figura 7 - Tree View
A modelagem do sólido parte de um esboço em 2D, feito através da bancada Sketch, ao qual é aplicada uma extrusão (Pad), obtendo o sólido inicial. A partir deste, incorporamos as alterações construindo novos esboços e novas extrusões.
Figura 8 - Modelagem por Feature Editing
Ferramentas avançadas permitem a criação de pontos, linhas e planos auxiliares, execução de transições em perfis, construção de hélices, geração de engrenagens, chanfros e raios de concordância de maneira fácil e rápida, tornando-a preferencial para desenvolvimento de produtos em engenharia mecânica.
Figura 9 - Ferramentas avançadas
A bancada Sketcher
É a bancada destinada à elaboração dos esboços em 2D, que servem de base para extrusão na obtenção de sólidos. Os esboços são desenvolvidos sobre um dos planos disponíveis, selecionável através da exibição da origem do sistema de coordenadas em PartDesign. A partir dessa seleção a bancada Sketcher é ativada de forma automática, permitindo a construção dos esboços.
Figura 10 - Sketcher
Os esboços são construídos através da combinação de primitivas 2D e splines, utilizando o conceito de graus de liberdade de cada elemento gráfico. Um segmento de reta, neste método, possui 4 graus de liberdade, podendo ser movido na horizontal e na vertical, ter o comprimento alterado e sofrer rotação.
Figura 11 – Graus de liberdade
Aplicando restrições no segmento, os graus de liberdade são diminuídos até que o elemento geométrico se torne imóvel. Nessa situação dizemos que está totalmente restringido. Um esboço completo deve atingir essa condição.
As ferramentas para desenho incluem ponto, reta, arco, cone, B-spline, polyline, retângulo, polígonos regulares, oblongos, corte e extensão de linha. As ferramentas de restrições englobam ponto coincidente, ponto comum com outro elemento, posição vertical, posição horizontal, paralelismo, perpendicularismo , tangencia, simetria, bloqueio, distância horizontal, distância vertical, distância obliqua, dimensão de raio e angulação.
Bancada TechDraw
Sua aplicação é voltada a produzir desenhos técnicos que podem ser utilizados na fabricação da peças, no controle de qualidade, no planejamento dos processos e outros fluxos de trabalho onde o detalhamento é necessário. As ferramentas disponíveis permitem a elaboração dos desenhos de forma rápida e fácil à partir de um modelo existente.
Figura 12 – Desenho de produção
Bancada Arch
Arch é voltado à aplicações em arquitetura e utiliza o conceito de Building Information Modeling (BIM). Esse conceito reúne todas as informações presentes no projeto, disponibilizando-as para outros membros da equipe, promovendo um ambiente de desenvolvimento multidisciplinar e colaborativo. Tem-se tornado o novo padrão da construção civil pelo avanço obtido na sua utilização.
Figura 13 – Buildings in Town
Bancada FEM
FEM permite a análise, através de elementos finitos, das tensões (carregamentos, frequências, escoamento e térmico) às quais uma estrutura se submete. Nesta bancada você irá encontrar todas as ferramentas necessárias para simular cargas, restringir movimentos, adicionar materiais e criar malhas. Solvers externos (CalculiX, Z88 e Elmer) são acessáveis diretamente do FreeCAD e os resultados podem ser visualizados na bancada ou exportados para outras aplicações de pós-processamento.
Figura 14 – Deformação por cisalhamento
Bancada Path
Ferramentas para produzir programas G-Code, em um dialeto interno do FreeCAD. O dialeto utilizado pelo FreeCAD é padronizado e aceito diretamente em vários equipamentos CNC. Pós processadores externos ao FreeCAD podem fazer a conversão para aplicações em máquinas específicas. Este módulo torna o FreeCAD um sistema CAM (computer aided manufacturing).
Bancada SpreadSheet
Disponibiliza o acesso a planilhas que interagem com o modelo, obtendo informações sobre o mesmo ou modificando-o. Um recurso excelente para quem necessita projetar peças similares, assim como para aqueles que trabalham com projetos modulares que necessitam adaptar-se ao espaço do ambiente onde será utilizado. Um bom exemplo do uso dessa funcionalidade está no e-book 'Modelagem com FreeCAD- vol 1', disponível para download aqui.
Bancadas Externas
Uma infinidade de bancadas, desenvolvidas por membros da comunidade FreeCAD, estão disponíveis para as mais diversas aplicações permitindo a customização da interface com o usuário, funções voltadas a aplicações BIM, criação de tubulação industrial, importação de dados sobre terrenos através de GeoDATA, colunas metálicas, estudo de curvas em estradas e ferrovias, marcenaria, simulação de movimentos em montagens, perfis metálicos, impressões 3D, peças estampadas, comunicação com a nuvem, elementos padronizados, biblioteca de símbolos, criação de vistas explodidas, entre outas.
A importação dessas bancadas é simples, bastando executar a busca e a instalação pelo FreeCAD.
Utilizando o FreeCAD
A abrangência do FreeCAD é enorme e, se estiver procurando um aplicativo para modelagem, dificilmente o FreeCAD não irá atender a suas necessidades.
No próximo artigo iremos abordar a bancada Sketcher com mais profundidade. Até lá!