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對于廣大電子愛好者來說，在這個 PCB 可以免費(fèi)打樣的時代，制作一款 PCB 已經(jīng)不是什么麻煩事了。但是如果你想為你的電路板制作一個外殼，那就是另外一回事了。注塑模具動輒幾千元，甚至幾萬元，讓我們廣大電子愛好者望而卻步。公版外殼雖然便宜，但總是差強(qiáng)人意，不是尺寸不合適就是螺絲固定孔位置不對。此時，一種新的技術(shù)出現(xiàn)了，那就是 3D 打印，雖然打得很慢，但我們可以讓機(jī)器在我們睡覺時打，讓它二十四小時不停打，好在它尺寸是合適的，如果你會設(shè)計(jì)的話。什么？你不會設(shè)計(jì)？！今天我們就來解決這個問題。

FreeCAD 是一開源免費(fèi)的 3D 打印設(shè)計(jì)軟件。本文以設(shè)計(jì)一個如下圖的小儲物盒為例，講述如何使用 FreeCAD 進(jìn)行 3D 打印設(shè)計(jì)。

軟件設(shè)置

開始設(shè)計(jì)前，先對軟件做一些基本設(shè)置。

• 將標(biāo)記(Marker)大小設(shè)置的大一些，這里設(shè)置為 15px。菜單-》編輯-》首選項(xiàng)-》顯示：

• 面板選擇顯示報(bào)告瀏覽器和組合瀏覽器。

• 報(bào)告瀏覽器用于顯示系統(tǒng)錯誤和警告。組合瀏覽器用于顯示模型和任務(wù)：

• FreeCAD 默認(rèn)的導(dǎo)航模式為 CAD 模式，可以選擇其他的導(dǎo)航模式，不同的導(dǎo)航模式拖動模型或轉(zhuǎn)動模型的操作方式不一樣：

該設(shè)置位于窗口的右下角。你也可以選擇其他的操作模式，本文使用CAD操作模式。

把鼠標(biāo)放到導(dǎo)航模式上可以彈出當(dāng)前導(dǎo)航模式的操作提示：

按住鼠標(biāo)滾輪鍵或者 Ctrl + 鼠標(biāo)右鍵可以拖動模型。Shift + 鼠標(biāo)右鍵旋轉(zhuǎn)模型。

模型旋轉(zhuǎn)亂了后，工具欄中的設(shè)置為等軸測試按鈕可以恢復(fù)默認(rèn)視圖：

• FreeCAD 是一款多功能3D設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等。進(jìn)行3D打印設(shè)計(jì)需要選擇Part Design ：

設(shè)計(jì)過程

新建

開始設(shè)計(jì)點(diǎn)擊菜單-》文件-》新建：

創(chuàng)建實(shí)體（Body）

點(diǎn)擊組合瀏覽器 中任務(wù)選項(xiàng)卡中的創(chuàng)建實(shí)體：

創(chuàng)建實(shí)體后，任務(wù)選項(xiàng)卡內(nèi)容變?yōu)槿缦拢?/span>

實(shí)體用于包含我們設(shè)計(jì)的各個部分。

創(chuàng)建草圖

點(diǎn)擊組合瀏覽器面板 任務(wù)選項(xiàng)卡中的創(chuàng)建草圖，創(chuàng)建一個草圖：

創(chuàng)建草圖后，系統(tǒng)讓你選擇要進(jìn)行工作或設(shè)計(jì)的平面：

根據(jù)你要設(shè)計(jì)的模型，選擇一個合適的平面。這里我們選擇 XZ 平面。選中 XZ_Plane, 然后點(diǎn)擊 OK 按鈕，選擇后界面如下：

紅色圓點(diǎn)表示原點(diǎn)。

繪制二維形狀

可以通過選擇工具欄中的不同形狀來進(jìn)行 2D 繪圖：

我們選擇折線（polyline） 用于繪制 XX 的基本形狀：

Left click to place a point, right click to release the tool.

選取一個起始點(diǎn)，左鍵單擊開始劃線，右鍵單擊結(jié)束劃線。

我們從原點(diǎn)開始畫，左鍵單擊開始，中間拐彎也是左鍵，最后回到原點(diǎn)，繪制完成后單擊一下右鍵，繪制出如下形狀：

繪制完成后，如果對形狀不滿意，想要修改，可以單擊選中選中一個點(diǎn)，來回拖動改變形狀：

注意，如果此時有的點(diǎn)不能移動或是只能在某個方向上移動，那是因?yàn)楸?/span>鎖定了。

通過約束固定設(shè)計(jì)

約束是 3D 設(shè)計(jì)中一個很重要的概念。工具欄上的約束（constraints）按鈕可以用來創(chuàng)建約束：

重合（coincident）約束

，用來將兩個點(diǎn)約束（固定)在一起。

固定點(diǎn)至對象（Fix a point onto an object） 約束用來將某一個點(diǎn)固定在某一個對象上：

下面依次是豎直、平行、垂直、相切、相等、對稱（Vertical、Horizontal、Perpendicular、Tangent、Equal、Symmetry）約束：

水平距離、垂直距離（Horizontal distance、Vertical distance）:

圓或圓弧（Arc/Circle）約束同來約束圓或圓弧的半徑或直徑

角度（Angle）約束：

一個完美的模型是充分約束的（A perfect model is fully constrained）。意思就是，在下面圖形中，你拖哪一個點(diǎn)都不應(yīng)該被拖動：

如果你想刪除約束，可以選中約束，可以刪除約束：

刪除所有的約束后，所有的點(diǎn)都可以拖動了：

我們選中兩個點(diǎn)，使用重合約束

將他們他們約束（固定)在一起：

要想多選，在 Windows 系統(tǒng)按著鍵盤上的Ctrl鍵，Mac 系統(tǒng)按著鍵盤上的CMD鍵。

將其他的點(diǎn)也約束到一起：

創(chuàng)建垂直約束：

然后將兩點(diǎn)約束到一起：

通過水平距離約束將線段的長度設(shè)置為 40 mm：

通過垂直距離約束設(shè)置線段長度為 60 mm:

讓線段與 X 軸平行：

通過垂直距離約束將線段長度設(shè)置為 20 mm:

設(shè)計(jì)過程中，如果你不小心將角度轉(zhuǎn)亂了，可以通過點(diǎn)擊右上角那個骰子形狀的立方體中的Front 切換回**前視圖**：

CAD 導(dǎo)航模式時，拖動方式為 Ctrl+ 鼠標(biāo)右鍵：

通過垂直約束將線段設(shè)置為垂直于X軸：

現(xiàn)在我們的草圖形狀已經(jīng)基本固定了，拖動是不會引起形狀改變的，但是位置可以改變：

我們通過重合約束將原點(diǎn)和形狀上的一個點(diǎn)約束在一起，這樣我們的二維形狀就不會動了：

綠色表示我們的二維形狀已經(jīng)完美約束了。

指示尺寸的數(shù)字礙眼的話可以拖開：

結(jié)束二維（草圖）設(shè)計(jì)

通過組合瀏覽器中的模型選項(xiàng)卡可以查看我們的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，目前為止，我們的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下，有一個 Body、Origin、Sketch（草圖）：

通過任務(wù)選項(xiàng)卡可以查看模型的約束和各個組成元素：

我們通過點(diǎn)擊任務(wù)選項(xiàng)卡中的Close按鈕來結(jié)束當(dāng)前的草圖設(shè)計(jì)：

二維變?nèi)S

結(jié)束草圖設(shè)計(jì)后，任務(wù)選項(xiàng)卡內(nèi)容變?yōu)椋?/span>

在模型選中Body, 切換到任務(wù)選項(xiàng)卡，單擊模型中的一條邊，任務(wù)選項(xiàng)卡中出現(xiàn)了當(dāng)前可進(jìn)行的操作：

草圖工具中有一個是凸臺（Pad），各個 3D 設(shè)計(jì)軟件都有這個功能，名字可能不同，有的可能叫拉伸（Pull）。凸臺功能用于拉伸一個平面形狀，使之變?yōu)榱Ⅲw形狀。

點(diǎn)擊凸臺工具，神奇的事情發(fā)生了，平面的模型變成立體的了：

注意，這里體現(xiàn)了 3D 設(shè)計(jì)的一種常見思路或流程，即先在某個平面上設(shè)計(jì)二維的形狀，然后拉伸之，使之變?yōu)榱Ⅲw形狀。

可以在任務(wù)欄中輸入模型的長度 135mm：

現(xiàn)在我們的模型已經(jīng)基本上是我們想要的形狀了，但有一個問題，我們的最終目標(biāo)中間是空的，但是現(xiàn)在模型還是實(shí)心的。要進(jìn)行挖空操作，我們可以設(shè)計(jì)一個形狀和現(xiàn)在完全相同的實(shí)體，但是小點(diǎn)的對象，放進(jìn)去。FreeCAD t提供一種簡單的方法。

我們選中現(xiàn)在模型的一個斜面，然后選擇工具欄中的做一個厚的實(shí)體（Make a thick solid）工具把現(xiàn)有的模型中間掏空：

操作完后，可以設(shè)置壁厚為 2 mm。

在其他的 3D 設(shè)計(jì)軟件中這個功能也叫外殼工具或者挖空工具。

導(dǎo)出 STL 文件

至此，我們的設(shè)計(jì)就完成了。

我們可以導(dǎo)出 stl 文件給 3D打印切片軟件使用。

組合瀏覽器中選中模型選項(xiàng)卡，選中 Body, 菜單-》文件-》導(dǎo)出，保存文件類型選擇stl:

總結(jié)

最后，我們總結(jié)一下使用 FreeCAD 進(jìn)行 3D 模型設(shè)計(jì)的步驟：

1. 在某一個平面上繪制二維圖形。
2. 通過凸臺（Pad）或其他工具將二維圖形拉伸為三維模型。