大家好！今天，我们要聊聊一个令人兴奋的开源项目—— FreeCAD。经过 20 多年的持续开发，FreeCAD 终于迎来了 1.0 稳定版 的正式发布. 这不仅仅是一个版本的更新，更是这款软件走向成熟，可以胜任“真正的工作”的重要里程碑. 无论是专业的工程师还是热衷于 3D 建模的爱好者，都可以从中获益。
1. FreeCAD 简要介绍
- 背景与历史：FreeCAD 最初于 2002 年 10 月 29 日首次亮相。它是一个 自由开源 的 参数化 3D CAD 建模器，支持 有限元分析（FEM） 和 建筑信息模型（BIM）。FreeCAD 可以在 Linux、macOS 和 Windows 等多种操作系统上运行。
- 开发团队：FreeCAD 的开发是一个充满 社区驱动 的项目. 许多开发者和用户贡献了代码、测试和反馈，共同推动了 FreeCAD 的发展。值得一提的是，1.0 版本的发布也是对已故开发者 Bradley McLean (bgbsww) 的致敬，他在解决拓扑命名问题上做出了巨大贡献.
- 核心功能：FreeCAD 主要用于 机械工程产品设计，但其功能可扩展到其他工程领域，如建筑和电气工程. 用户还可以通过 Python 编程语言 扩展其功能，使其更加灵活.
2. FreeCAD 的架构设计
FreeCAD 的架构是基于 工作台系统 的. 每个工作台都是一组专门的工具集合，针对特定的设计任务. 这种模块化设计使得用户可以根据需要切换不同的工作台或组合使用多个工作台的工具来完成复杂的任务.
- 常见的工作台：
- Part Design（零件设计）：用于创建实体对象.
- Sketcher（草图绘制）：用于创建和编辑 2D 草图.
- Assembly（装配）: 用于将多个零件组合成一个完整的组件.
- BIM (Building Information Modeling)：用于建筑设计.
- CAM (Computer-Aided Manufacturing)：用于创建 CNC 机器的刀具路径.
- Mesh（网格）：用于处理网格模型.
- Draft (绘图)：用于创建 2D 工程图.
- TechDraw (技术绘图)：用于创建工程图的详细视图.
- 参数化建模：FreeCAD 采用 参数化建模 方法, 这意味着模型是通过尺寸、关系和约束来定义的。通过修改这些参数，模型可以动态更新. 这种方法对于快速迭代和探索设计变化非常有利.
- 变量（Variables）： FreeCAD 使用变量来控制尺寸和约束，允许用户动态调整几何约束，并能够通过简单地改变变量来改变模型大小.
3. FreeCAD 1.0 的最新功能
FreeCAD 1.0 版本带来了诸多新功能和改进，主要集中在以下几个方面:
- 拓扑命名问题（Topological Naming Problem）的解决：这是一个长期困扰 FreeCAD 的问题，当模型几何形状发生变化时，软件会丢失对模型面、边和顶点的追踪，导致错误和不稳定. 1.0 版本通过 Realthunder 开发的算法，大大改善了这个问题, 提高了模型的稳定性.
- 内置装配工作台：新版本包含了 集成的装配工作台. 这个工作台基于 “the other FreeCAD” 的工作成果, 它允许用户在 FreeCAD 中直接创建和管理复杂组件. 该工作台还包括一个允许 运动仿真的求解器.
- 用户界面改进：FreeCAD 1.0 提供了许多用户界面改进:
- 旋转中心指示器：在旋转 3D 模型时，会显示旋转中心.
- 选择过滤器：允许用户轻松选择特定类型的元素（顶点、边、面）.
- 可分离的任务面板：任务面板可以停靠在不同的位置.
- 改进的变换工具: 提供新的和更容易的方式来移动和变换对象.
- 新的深色和浅色主题：界面更加可定制.
- 通用测量工具：提供更强大的测量功能.
- 工作台选择器: 可以添加到工具栏以快速切换工作台.
- 其他改进：
- BIM/Arch 工作台合并：Arch 工作台与 BIM 工作台合并，增加了新功能并支持 IFC 文档.
- CAM 工作台：Path 工作台更名为 CAM 工作台，并增加了新的 CAM 模拟器.
- 核心系统更新：向量 API 可以用于表达式，新的属性容器 App::VarSet 允许用户创建设计变体.
- 材料系统：材料系统已被完全修改.
4. FreeCAD 使用技巧
- 草图约束：在 Sketcher 工作台中，充分约束草图至关重要. 约束可以通过尺寸、关系或对齐轴来定义。完全约束的草图可以避免在模型再生过程中出现错误.
- 变量的使用：使用变量来控制模型的尺寸，可以方便地进行参数化建模.
- Pad 和 Pocket 操作：“Pad” 操作是将 2D 草图拉伸成 3D 形状，添加材料到模型中. “Pocket” 操作是从 3D 对象中移除材料，创建孔或凹槽.
- 工作台的切换： 可以根据您的任务，在不同的工作台中切换使用。
- 自定义主题和界面: 您可以根据自己的喜好，自定义 FreeCAD 的外观和布局.
- 利用插件扩展功能：可以通过 "Add-on Manager" 安装额外的插件和工作台.
5. FreeCAD 常见问题
- 文件兼容性问题：由于 FreeCAD 1.0 引入了文件格式的更改，旧版本可能无法打开新版本保存的模型.
- 模型不稳定问题：虽然 1.0 版本解决了拓扑命名问题，但在某些情况下仍然可能出现模型不稳定. 请务必充分约束草图以避免问题。
- 性能问题：对于大型或复杂的模型，FreeCAD 可能需要更多的计算资源. 可以尝试隐藏部分模型、优化设置来改善性能。
- 学习曲线: FreeCAD 的功能强大，但学习曲线可能比较陡峭。建议新手先从基本操作开始，逐步深入学习。可以参考官方文档、教程和社区资源。
总结
FreeCAD 1.0 的发布是开源 CAD 软件发展的一个重要里程碑. 它不仅修复了长期存在的问题，还引入了许多新功能和改进，使其成为一个可靠的工具. 尽管还不是一个完美的产品，但 FreeCAD 的开放性和社区驱动的性质使得它不断进步. 希望这篇博客能帮助大家更好地了解和使用 FreeCAD 1.0！