FreeCAD 0.21 – nowości w najlepszym darmowym programie CAD

W zeszłorocznym artykule FreeCAD – w pełni darmowa alternatywa dla komercyjnych programów do projektowania przedstawiony został FreeCAD, który obecnie stanowi jedyną wartą uwagi, w pełni darmową, otwartoźródłową alternatywę dla komercyjnych programów CAD 3D. Ten artykuł zaś powstał ze względu na premierę nowej stabilnej wersji programu – FreeCAD 0.21, która miała miejsce 02.08.2023 r.

Początkowo wersja ta miała się nazywać FreeCAD 1.0 i zawierać długo oczekiwane rozwiązanie problemu gubienia odniesień (tzw. TNP – topological naming problem, opisany w poprzednim artykule z tej serii). Nastąpiła jednak zmiana tych planów. Ponieważ minął już ponad rok od wydania poprzedniej wersji, a kolejna porcja poprawek mających praktycznie wyeliminować TNP ma spowodować chwilowy spadek wydajności programu, podjęto decyzję o wydaniu wersji 0.21. Prace nad rozwiązaniem TNP nadal trwają i kolejna wersja powinna już być tą przełomową.

Tymczasem, FreeCAD 0.21 wprowadził wiele nowości. Listę usprawnień można znaleźć na stronie Release notes 0.21. Zdecydowanie najwięcej nowych funkcjonalności zyskał szkicownik, moduł do dokumentacji 2D oraz moduł do analiz MES. Najważniejsze z tych zmian zostaną omówione w dalszej części artykułu.

Nowości w szkicowniku FreeCAD

Modułem, w którym spędza się zwykle najwięcej czasu podczas modelowania jest szkicownik. Stąd szczególnie ważna jest wygoda pracy w tym środowisku. Programowi FreeCAD brakuje jeszcze kilku przydatnych narzędzi do szkicowania znanych z komercyjnych programów CAD, ale zwykle można łatwo obejść te ograniczenia i trwają już prace nad gruntownym uzupełnieniem tych braków. Nowa wersja wprowadziła wiele ciekawych usprawnień, od drobnych funkcjonalności ułatwiających szkicowanie po dodatkowe narzędzia. Kilka zmian dotyczy splajnów – możliwa jest większa kontrola nad ich uchwytami i zaimplementowano nowy sposób ich rysowania – jako przechodzące przez wskazane punkty (do tej pory wskazywało się położenie uchwytów). Ponadto, dodano narzędzie łączące 2 krzywe w splajn.

Usprawniona została również siatka szkicownika, obecnie automatycznie dostosowuje się ona do poziomu przybliżenia widoku. Z kolei listy wiązań i obiektów geometrii zostały uproszczone dla większej czytelności. Wprowadzono także podstawową funkcjonalność warstw. Narzędzie do wymiarowania odległości zyskało możliwość definiowania dystansu między 2 okręgami oraz okręgiem i linią. Zaś wiązanie zbieżności może teraz służyć jako wiązanie koncentryczności jeśli wskaże się okręgi, łuki lub elipsy. Rozbudowano także przyciąganie (które nie jest tożsame z auto-wiązaniami) – oprócz przyciągania do siatki szkicownika, możliwe jest przyciąganie do środka linii i do określonych kątów (np. co 10 stopni). Mniejsze zmiany obejmują usunięcie nadmiarowych lub rzadko używanych przycisków z paska narzędzi czy usprawnienie pracy w widoku od tyłu płaszczyzny szkicu.

Nowe funkcjonalności w module do dokumentacji 2D

Moduł TechDraw, służący do przygotowywania płaskiej dokumentacji na podstawie modeli 3D, można obecnie uznać za najszybciej rozwijającą się część programu FreeCAD. Już poprzednia wersja (0.20) wprowadziła ponad 30 nowych narzędzi wzbogacających rysunki o różne aspekty kosmetyczne. Wersja 0.21 poszła o krok dalej i pojawiło się w niej kilka bardzo przydatnych, brakujących dotychczas funkcjonalności. Pierwszą z nich jest narzędzie umożliwiające dodawanie symboli wykończenia powierzchni w oparciu o standardy ISO i ASME. Nadal trwają dyskusje nad ulepszeniem tej opcji aby zapewnić pełną zgodność z najnowszymi normami.

Kolejną dużą nowością jest narzędzie służące do tworzenia przekrojów złożonych. Dotychczas w TechDraw dostępne były tylko proste przekroje a tworzenie bardziej skomplikowanych wariantów wymagało ręcznego cięcia modelu 3D. Teraz możliwe jest zautomatyzowane generowanie półwidoków-półprzekrojów, przekrojów stopniowych (jak na rysunku poniżej) oraz łamanych. Tworzenie przekrojów cząstkowych (wyrwań) i kładów nadal wymaga użycia pewnych obejść.

Kolejną nową funkcjonalnością jest narzędzie do oznaczania tolerancji wałów i otworów zgodnie z normą ISO 286. Dodano też opcję wymiarowania widoków aksonometrycznych i ułatwiono tworzenie wymiarów na widokach trójwymiarowych, eliminując konieczność ręcznego wiązania tych wymiarów z geometrią 3D. Wprowadzono możliwość dostosowania przerw między geometrią a pomocniczymi liniami wymiarowymi. Poza nowymi narzędziami, ważne zmiany obejmują też algorytmy działające wewnątrz modułu TechDraw. Procesy usuwania ukrytych linii i wykrywania powierzchni mogą obecnie działać na wielu rdzeniach procesora. Sam algorytm wykrywania powierzchni został znacząco ulepszony, co m.in. ułatwia prawidłowe kreskowanie wybranych obszarów. Dodano również funkcję eliminującą nadmiarowe, pokrywające się krawędzie zwracane przez algorytm usuwania ukrytych linii.

Plany dalszego rozwoju tego modułu, oprócz poprawek związanych z TNP, obejmują obecnie m.in. ulepszenia oznaczeń spoin, wprowadzenie wymiarów współrzędnościowych, widoków przerwania oraz ramek tolerancji GD&T (na razie należy tworzyć je ręcznie).

Usprawnienia modułu do analiz MES

Ostatnią częścią programu FreeCAD, którą spotkały tak duże zmiany jest moduł FEM, służący do wykonywania analiz MES z użyciem różnych darmowych solverów. Podstawowym solverem mechanicznym jest tu CalculiX, ale nowości objęły głównie implementację Elmera umożliwiającego symulacje z różnych dziedzin fizyki. Największą zmianą było znaczne rozbudowanie funkcjonalności służących do analiz z zakresu elektromagnetyzmu. Do wspieranych już zagadnień elektrostatycznych dodano zagadnienia magnetodynamiczne 2D i 3D. Pod tym kątem wprowadzone zostały warunki brzegowe gęstości prądu oraz natężenia pola magnetycznego. Zaimplementowano także nowy rodzaj wykresów – izolinie i izopowierzchnie umożliwiające wizualizację pól. Wsparcie dla solvera Elmer rozbudowano również o zagadnienia nieliniowej sprężystości i podłoże sprężyste.

Z pozoru drobne, ale bardzo istotne dla wygody pracy w tym środowisku zmiany dotyczą tzw. results pipeline, czyli obiektu przechowującego wyniki analiz oraz zastosowane na nich operacje (filtry oparte o ParaView). Od wersji 0.21, obiekt ten jest tworzony automatycznie dla symulacji przeprowadzanych przy pomocy solvera CalculiX. Ponadto, jest on automatycznie aktualizowany po ponownym przeprowadzeniu obliczeń ze zmienionymi danymi wejściowymi.

Zmiany w innych modułach

Warto również wymienić kilka zmian obejmujących inne moduły programu FreeCAD. Wprowadzone w poprzedniej wersji narzędzie do trwałych przekrojów i wypełnionych widoków przekroju opartych o globalne płaszczyzny zyskało możliwość przecinania obiektów, pomiędzy którymi występuje przenikanie. Ulepszona została kostka nawigacyjna. Zwiększono też wygodę wskazywania geometrii dla narzędzi do zaokrągleń, sfazowań, pochyleń i skorup.

Dodano również nowe opcje do narzędzi służących tworzeniu otworów oraz generowaniu profili kół zębatych. Znacznie uproszczona została procedura importu obrazów, które mogą stanowić bazę do szkicowania. Dotychczas wymagało to użycia osobnego modułu o nazwie Image. Obecnie import przebiega tak samo jak dla innych formatów.

Wiele usprawnień dotyczy środowiska Draft przeznaczonego głównie do pracy w stylu 2D CAD, ale umożliwiającego też wykonywanie szkiców 3D i wielu przydatnych operacji na modelach bryłowych/powierzchniowych. Naprawiono różne drobne błędy, ale też rozszerzono działanie niektórych narzędzi do przyciągania do obiektów i umożliwiono ich aktywację przy pomocy skrótów klawiszowych zdefiniowanych przez użytkownika. Ulepszenia spotkały także narzędzia do tworzenia szyków.

Perspektywy na przyszłość

Wymienione wyżej nowości nie są jeszcze zapowiadaną rewolucją jaką powinna przynieść kolejna wersja programu, ale stanowią istotne usprawnienia i mają znaczący wpływ na wygodę pracy w środowisku FreeCAD. Rozwój tego oprogramowania jest szybki a obecnie dodatkowo przyspiesza dzięki powstaniu organizacji non-profit nazwanej FreeCAD Project Association (FPA) oraz firmy Ondsel założonej przez twórcę modułu do CAM. Mają one na celu skuteczniejsze pozyskiwanie funduszy na rozwój programu i zatrudnianie nowych developerów przy zachowaniu statusu open-source. Obecne cele, poza naprawą TNP, to przede wszystkim wprowadzenie wbudowanego modułu do złożeń (obecnie dostępne są 3 różne moduły do tego, wymagające pobrania przy pomocy menedżera dodatków) oraz nowego systemu obsługi materiałów.

Twórcy programu są też świadomi faktu, iż interfejs graficzny programu wymaga pewnych usprawnień i unowocześnienia, co również jest długoterminowym celem. Trwa także dyskusja nad umożliwieniem tworzenia wielu osobnych brył w obrębie obiektu Body i innymi zmianami funkcjonowania tego typu obiektów aby uczynić je bardziej uniwersalnymi (docelowo np. pozwalając na pracę na powierzchniach bezpośrednio w module Part Design). FreeCAD bierze udział w projekcie Google Summer of Code 2023, w ramach którego kilku ochotników pod okiem mentorów podejmie próbę opracowania nowych funkcjonalności.

Zgłoszone projekty obejmują ujednolicenie i ulepszenie narzędzi do dokonywania pomiarów na modelach, utworzenie dodatku do zarządzania modelami z internetowych repozytoriów, usprawnienie dokumentacji (z opartej o wiki na opartą o zbiór plików korzystających z systemu Git) oraz dodanie narzędzia wspierającego obrabiarkowe sondy pomiarowe, co pozwoli porównywać rzeczywiste efekty obróbki CNC z modelem CAD. Wspomniana wyżej organizacja FPA organizuje też pierwszy Hackathon w historii programu FreeCAD. Odbędzie się on w sierpniu 2023 r. w Vancouver oraz w formie zdalnej. Jego rezultatem mogą być kolejne ciekawe projekty dotyczące rozwoju FreeCAD’a.

Źródło: https://forum.freecad.org/viewtopic.php?t=78331&start=10

Jak widać, FreeCAD stale się rozwija i choć nadal mile widziana jest wszelka pomoc to sytuacja jest już wyraźnie lepsza. Wszyscy użytkownicy są zachęcani przede wszystkim do zgłaszania wszelkich napotkanych błędów. Czytając opinie o tym programie można się spotkać z krytyką dotyczącą crashów występujących w pewnych sytuacjach, ale ich zgłaszanie na forum programu (w dziale Help on using FreeCAD) bardzo często skutkuje szybkim rozwiązaniem problemu i zyskują na tym wszyscy jego użytkownicy. Inne potencjalne błędy, pomysły na nowe funkcjonalności (poza tymi już zgłoszonymi) czy wątpliwości również warto omawiać na forum. Czas uzyskania odpowiedzi jest tam zwykle bardzo krótki a inni użytkownicy starają się pomagać jak tylko mogą. Na koniec warto jeszcze zachęcić czytelników do śledzenia dalszego rozwoju programu na jego blogu: FreeCAD News.