老貓玩筆

前文 [再探FreeCAD曲面轉薄殼實體技巧] 提到曲面薄殼實體因平移(Offset)曲面本身有翹曲又經延展(Extend)擴大，切割後 截面輪廓已無法用草圖(Sketch)準確重現。 那若要將薄殼截面擠出(Extrude)或掃掠(Revolve)時該怎麼辦？讓阿伯來教你囉。 請先參考 [再探FreeCAD曲面轉薄殼實體技巧] 完成範例，結果如下圖： 草圖不能用，就等同 Part Design工作平台不適用 。所以阿伯先來示範如何在Part平台完成截面擠出。 首先進入 Part 平台，先點選幾何產生器( Shape builder )，然後勾選從邊緣建立線( Wire from edges )，再按住 Ctrl 鍵以滑鼠 左鍵 選取截面外緣輪廓。如下圖： 結果會產生一名叫 Wire 的邊緣框線，如下圖： 接下來先左鍵選 Wire ，再執行Part平台下的擠出( Extrude )功能，如下圖： 結果如下圖： 你可以用上法建立Wire來執行掃掠(Revolve)，但Curves工作平台有另一招同樣可行。我們先進 Curves 平台，然後選斷面，再選萃取幾何( Extract subshape )，如下圖： 結果如下圖： 接下來進入 Part 平台，執行掃掠( Revolve )功能，如下圖： 結果如下圖： 最後我們將各自獨立的 Slice.1 、 Extrude 、 Revolve 三個實體結合成單一實體，方法如下圖： 結果會建立名叫 Fusion 的實體，如下圖： 此法可建立平滑無瑕疵的曲面薄殼延伸實體，這對後續建模的成功率很重要。若想避免畫到最後整個模型亂掉，或圓角倒角怎樣都跑不出來之類的慘劇， 確保模型品質 就是你必須堅持的第一要務。 (FreeCAD 1.0.0版適用)

將 曲面 轉換成 等厚度 的實體時，你會發現FreeCAD的薄殼功能經常失敗，就算成功其結果也常有瑕疵。為了說明此一問題，請先參考 [開外掛！用FreeCAD Curves畫曲面] 完成範例中的曲面，然後以 Part平台 的3D平移( 3D Offset )功能產生厚度 2 mm 的實體，方法如下圖： 乍看之下挺好，但轉到前視圖與左側視圖，就會發現這實體翹曲了。原本該是平面的面都變形如下圖： 你也可以參考 [FreeCAD範例：控制閥體] 用 Part Design 平台提供的實體轉薄殼功能試試，但這招用在曲面實體時經常失敗，就算成功也會留下翹曲的殘線，不但影響外觀，還可能讓後續建模功能如圓角(Fillet)、倒角(Chamfer)失敗。 那……該怎麼辦？讓阿伯來教你囉。 第一步 說穿了跟本文開頭的錯誤示範幾乎相同，但不勾選Fill offset選項，結果會產生名叫 Offset 的 平移曲面 。如下圖： 聰明如你，想必猜到阿伯打算 用2個曲面把薄殼實體切割出來 。但這個Offset曲面基本上就是錯誤示範實體的上表面，是有翹曲的，直接拿來用會因未完全穿透實體導致切割失敗。 故 第二步 就是要以 Surface工作平台 的 Extend face 功能將Offset曲面沿邊界延展一定寬度，以確保曲面夠大。如下圖： 本範例直接用預設值就夠大。若你遇到預設值不夠大的狀況，可自行進Data視窗調整曲面的性質參數。 第三步 進入 Part Design平台 建立給Gordon和Surface曲面切割的實體。方法如下圖： 第四步 進入 Part平台 以 Gordon 和 Surface 曲面切割出薄殼實體。方法如下圖： 執行後會產生一名叫 Exploded Slice 的資料夾，其中的 Slice.1 就是我們要的薄殼實體。如下圖： 此法建立的曲面薄殼實體沒有多餘輪廓線，也無須額外修剪除料，是阿伯目前試過成功率最高、實體品質最佳的方法。但嚴格來說仍未盡完美，例如半圓開口處的外壁圓弧理論上應是正圓，但此薄殼輪廓雖很接近，卻並非正圓。希望後續改版能針對原始薄殼功能做出修正，才是根本解決之道。 (FreeCAD 1.0.0版適用)

從事設計工作的人評估一套3D CAD軟體能不能用的方法很簡單： 把工作中最難畫的東西拿來畫，畫得出來就堪用，畫不出來就扔掉。 而本篇的範例就是個相當合適的考題，能畫得出來，就表示曲面與實體功能都有一定水準。 有圖有真相，先來看看成品的外觀與剖面： 這東東是球形控制閥( globe control valve )的本體( valve body )，常見於各種液體或氣體管線，用來控制管內的流量或壓力。如果你有機會參觀石化廠、煉油廠或其他有一大堆管線的工廠，肯定會發現許多這種控制閥。 不要懷疑， 本範例只用FreeCAD就畫得出來。 因為尺寸實在太多，若要一步一步帶著大家做，篇幅會長到受不了。所以，阿伯只能跟大家聊聊最精華的部分：這個有S型流道的實體是怎麼畫出來的？  第一步：建立入口端流道實體 上一篇 [開外掛！用FreeCAD_Curves畫曲面] 的招數，就是要用在這裡啦。我們要先建立半個流道內壁的曲面，用曲面切出半個入口端流道，然後用Part工作平台的擠出(Extrude)、掃掠(Revolve)功能完成入口端流道實體。如下圖： 上圖中每個插圖左側都有繪製該圖所需的指令，順序是由左至右由上而下。 最上方格子的圖示是工作平台，下方的圖示是該工作平台所屬的指令。 當然草圖功能之下還有很多指令，因篇幅有限在此就不細述。 第二步：建立中段流道實體 中段流道實體呈圓管狀，但 因要和出口端流道相接，故必須先用出口端流道內壁曲面切出一個洞。 我們要先建立中段流道的半個圓筒，然後建立出口端流道內壁的曲面，以此曲面在圓筒壁上挖出一個與流道曲面形狀相同的破口。如下圖： 第三步：完成流道實體 同第一部方法建立出口端流道薄殼實體，然後與中段流道結合。接下來以與中段流道內壁相同的草圖輪廓將不需要的部分迴轉掃除。如下圖： 流道殼體完成後，其他部分如入出口端法蘭(flange)、閥門頂蓋接口與螺絲孔、前後段流道貫通、閥體補強肋等都可用Part Design工作平台的指令完成。 (FreeCAD 1.0.0版適用)

首先，請安裝Curves這個外掛(add on)工作平台。方法請參考前文[ 愛設計？學FreeCAD！ ]。 裝妥後， 在Part Design工作平台建立曲面的邊界草圖 ，圖形、拘束條件、尺寸與基準面如下圖： 接下來， 切換到Curves工作平台。 然後按住Ctrl+左鍵將4個草圖(Sketch) 都選起來，然後執行[由網狀曲線建立曲面]即可。 如下圖： 如何？比Surface的功能簡單多了吧。你可以用Surface做本範例試試看，會發現光用這4個草圖輪廓是做不出來的喔。產生實體的方法與前文[ FreeCAD曲面範例教學 ]相同，請自己試試看。就阿伯測試的經驗，此法產生的曲面轉成實體後，執行薄殼指令的成功率比Surface要高多了。 此法雖好，但並非萬能，也有些狀況是Surface能但Curves做不出來的。你可以把[ FreeCAD曲面範例教學 ]的範例用本文的方法做做看，保證出怪手……XD。FreeCAD的曲面功能就這麼機車，所以最好每招都學起來，這招不行換別招，總有一招會成功。 (FreeCAD 1.0.0版適用)

首先，我們在Part Design工作平台 建立曲面的邊界與斷面草圖 ，圖形、拘束條件、尺寸與基準面如下圖： 接下來，先 切換到Surface工作平台 ，然後點選曲面產生指令如下圖： 選完曲面邊界後，向下展開 Edges constraints 介面，將曲面的橫斷面與縱斷面輪廓加入視窗，按OK產生曲面，如下圖： 要 將曲面轉換成實體 ，我們要先切換到Part Design工作平台，建立如下圖所示之 長方形實體 ： 此 長方形實體(Pad)以XY平面為基準，右側面貼齊Sketch001的基準面，並將曲面其他部分完全包進實體內 。完成後，切換至 Part工作平台 ，以曲面(Surface)將實體分割成兩塊，如下圖所示： 建立一個新的Body001，點選Slice.1後按住左鍵不放將Slice.1拖拉到Body001下面，就會產生一個名為BaseFeature的實體。 如下圖： 接下來你就可以在Part Design或Part工作平台繼續對實體進行編修。最後給大家一個良心的建議： 執行曲面轉實體的步驟前，務必先存檔。 並且不要同時開啟其他應用程式，盡可能將資源留給FreeCAD使用，以降低出錯的機率。 若不幸出怪手，請重新開機，然後開啟之前的存檔再試試看。 (FreeCAD 1.0.0版適用)

FreeCAD的曲面(surface)功能可分為兩大類。第一類是建立一個以上的 封閉斷面草圖 ，然後 直接 或 沿著單一路徑 產生具備曲面外觀的 實體(solid) 。第二類則是建立一個以上的 非封閉草圖或曲線 構成曲面的 邊界 或 斷面 ，然後依據這些邊界和 斷面 來構成 曲面(surface) 。 第一類曲面功能位於 Part Design 與 Part 工作平台內，雖然介面稍有不同但功能重複，在此只針對Part Design的指令做介紹。如下圖所示： Part Design的 [斷面掃掠] 功能只要有 2個以上的封閉斷面草圖 就能產生實體，曲面會確實通過斷面草圖，但斷面以外的部分長什麼樣子完全由程式決定。 [斷面加一路徑] 稍微好一點，你可以要求曲面的一側沿著你要的 路徑 走，但除了斷面與路徑之外的部分一樣不受控制。 能控制曲面的手段太少，代表結果可能與需求不符 。 如果你用過其他要錢的3D CAD軟體，這時候應該會問：「沒有[斷面加二路徑]的功能嗎？」很遺憾，Part Design與Part工作平台都沒有……但Surface有。 老實說， Part Design的曲面功能 雖然可直接產生實體，但 比較適合像螺旋彈簧或螺桿螺栓這類斷面形狀均一的圖形 。如果你的曲面有好幾個形狀較複雜的斷面，就可能會發生指令執行失敗這種吐血又無解的狀況。 相較之下， Surface工作平台提供一個不太聰明，但控制手段較多的指令。 雖然產生曲面後要用Part工作平台的切割(Slice apart)才能轉成實體，但能畫出想要的東西才是重點。 第二類曲面功能其實也只有兩大招，如下圖： [以邊界建立曲面] 需要 二到四條彼此相連的邊界曲線 來建立曲面。沒錯，只有邊界，沒有斷面。而且 最多四條曲線 ，多一條都不行。最機車的是 曲線還不能分段 ！如果你的邊界線由好幾段直線和圓弧組成，你必須去加裝Curves工作平台，裡面有功能可以把多段草圖整合成單一曲線，然後才能用。而且原本草圖的參數無法控制整合後的曲線，也就是曲面沒辦法用參數控制尺寸了。 總之，這招不推薦 。 [以邊界+斷面建立曲面] 這招就好多了。你可以先把 曲面邊界線 都選起來， 有分段也沒問題 。然後再選斷面輪廓， 斷面輪廓就算沒有與邊界輪廓相連也行 ，而且可以同時加...