Das erste 3D-Modell
Bevor Sie beginnen, Modelle zu erstellen, ist es durchaus sinnvoll, erst eine kleine Skizze des betreffenden Bauteils anzufertigen. Es hilft einfach, sich vor dem Eingeben in die Software schon einmal Gedanken zu machen, wie das Bauteil später aussehen soll. Die Maße sollten Sie sich ebenfalls schon einmal vorab aufschreiben. Auch im Zeitalter von CAD verliert der gute alte Bleistift seine Existenzberechtigung nicht.
Als Beispiel dient hier ein einfacher Thermometerhalter (Abbildung 3). Wenn Sie ein Modell für den 3D-Drucker erstellen, denken Sie daran, dass viele Werkstücke ein wenig schrumpfen. Das gilt es besonders bei Löchern im Werkstück zu beachten. Wählen Sie die Maße des 3D-Modells zu exakt, kann es durchaus passieren, dass es später in der Realität klemmt.
Abbildung 3: So sieht der fertig ausgedruckte Thermometerhalter aus.
Nun gibt es mehrere Herangehensweisen, um ein 3D-Modell zu erstellen. Zum einen lässt es sich aus beliebig vielen Objekten und deren Modifikationen zusammensetzen, oder man arbeitet wie ein Bildhauer und erzeugt ein großes Objekt, aus dem man alles nicht Benötigte entfernt. Welche Methode die einfachere und bessere ist, hängt maßgeblich vom Modell ab, das Sie erstellen möchten. Wir entscheiden uns in diesem Workshop für die Methode des Künstlers. Das bedeutet: Wir erzeugen zuerst ein großes Objekt, aus dem wir alles nicht Benötigte herausschneiden.
Sie beginnen wie im ersten Beispiel mit dem Erstellen einer neuen Datei. Nun wechseln sie wie zuvor im Workbench Selektor auf Part und erstellen einen Würfel. In der linken Seite des Fensters finden Sie im Reiter Modell alle Eigenschaften des Modells. FreeCAD bezeichnet das Modell als Applikation, die aus beliebig vielen Objekten und deren Modifikationen bestehen darf.
Nun passen Sie in den Eigenschaften die Maße so an, wie Sie sie benötigen. Für den Thermometerhalter beträgt die Länge 195 mm, die Breite 30 mm und die Höhe 35 mm (Abbildung 4). Die Maße des Modells wählte der Autor so, dass es zum einen das Thermometer hält und zum anderen auch auf das Druckbett seines 3D-Druckers passt.
Abbildung 4: Als Grundlage für den Thermometerhalter dient ein Quader, aus dem Sie die überflüssigen Teile entfernen.
Im linken oberen Teil erscheinen jetzt alle Bestandteile des Modells in einer Baumstruktur. Um die Herangehensweise zu verdeutlichen, finden Sie im Download-Bereich zu diesem Artikel die einzelnen Arbeitsschritte als FCStd-Dateien, die sich in FreeCAD laden lassen. Die zum aktuellen Bearbeitungsstand passende heißt Thermometerhalter01.FCStd.
Vom Quader zum Werkstück
Zum weiteren Bearbeiten des Modells wechseln Sie auf die Workbench Part Design. Dort drehen Sie den Quader, wie in Abbildung 5 gezeigt. Wählen Sie nun mit einem Doppelklick den kompletten Quader aus und klicken Sie auf das Icon Neue Skizze erstellen. Daraufhin erscheint eine Abfrage, auf welcher Ebene Sie die Skizze erstellen möchten. Wählen Sie hier die XY_Plane (Basis-Ebene) aus (die Seitenfläche 35 x 195 mm) und klicken Sie auf ok. Jetzt fügen Sie der Skizze zwei Rechtecke hinzu.
Abbildung 5: Die erste Fläche bemaßt und mit einer Skizze versehen.
Die Rechtecke haben aktuell noch keine endgültige Position und auch keine exakte Größe. Um ihnen die richtigen Dimensionen zu geben, verwenden Sie Funktion Abstand messen. Damit lässt sich der Abstand zwischen zwei Punkten oder einem Punkt und einer Linie festlegen. Sie müssen dazu die zwei Punkte, die einen Abstand bekommen sollen, mit einem Klick auswählen. Ausgewählte Punkte erscheinen grün. Nach der Anwahl geben Sie einen Wert für den Abstand ein. Manchmal positioniert das Programm die Bemaßungen schlecht lesbar – kein Problem, sie lassen sich mit der Maus verschieben.
Die beiden Rechtecke haben die Maße und die Ausrichtung wie in Abbildung 5 gezeigt. Beim Erstellen von Skizzen kommt es immer darauf an, sie als vollständig eingeschränkt zu definieren. Das bedeutet in diesem Fall, dass die Skizze keine Freiheitsgrade mehr hat – die Positionen aller Teile der Skizze liegen fest. FreeCAD zeigt das durch eine Farbänderung an, die Skizze erscheint grün. Im linken Bereich sehen Sie die Anzahl der noch offenen Freiheitsgrade einer Skizze. Um weiterzuarbeiten, klicken Sie nach dem Vervollständigen der Skizze im Bereich links unten auf Schließen. Jetzt erscheint links die Baumstruktur aller Bestandteile und Objekte des Modells.
Prinzipiell arbeiten Sie in FreeCAD immer nach demselben Schema. Zuerst erstellen Sie ein 3D-Objekt, danach wählen Sie eine Fläche des Objekts und modifizieren diese mit der Sketch-Funktion. Aus der Modifikation entstehen mitunter wieder neue Flächen. So generieren Sie nach und nach aus Ihrer Idee ein 3D-Modell. Den aktuellen Zwischenstand finden Sie in der Datei Thermometerhalter02.FCStd.
Zum weiteren Bearbeiten wechseln Sie auf die Workbench Part Design. Momentan ist die Skizze noch nicht mit dem Würfel verknüpft. Um das zu erreichen, ziehen Sie links im Objektbaum den Würfel auf den Body. Mit dem Vertiefungswerkzeug schneiden Sie nun die Skizze aus dem Würfel heraus. Wählen Sie hier eine Tiefe von 30 Millimetern aus, um die Vertiefung durch das komplette Modell zu erstellen (Thermometerhalter03.FCStd).
Das Modell (Abbildung 6) sieht nun einem Halter für ein Thermometer schon erheblich ähnlicher. In dem Modell sind durch die letzte Aktion neue Flächen entstanden, in denen noch die Löcher für das Thermometer fehlen. Deren Definition erweist sich aber als etwas kniffelig, da sich gerade der mittlere Schenkel in den vordefinierten Ansichten schlecht erreichen lässt.
Abbildung 6: Über die Skizze schneiden Sie nicht benötigte Elemente aus dem Quader heraus.
Der letzte Schliff
Zum Glück lässt sich das Modell ja passend zurechtdrehen. Sie wählen eine Fläche und erstellen eine neue Skizze mit einem Kreis (Kreis-Icon). Diese bemaßen Sie wieder vollständig und verwenden die Vertiefungsfunktion, um das Loch zu erstellen. Hierbei verwenden Sie für den Kreis die Radius-Funktion. Die eben beschriebenen Schritte müssen Sie nun noch für die zwei übrigen Schenkel erledigen. Messen Sie die Löcher genau aus. Die Größe der Löcher unterscheidet sich scheinbar je nach Thermometer. Wie Sie sicher merken, wiederholen sich die einzelnen Arbeitsschritte immer wieder.
