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freecad

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Use when doing parametric 3D CAD modeling, BIM/architectural design, FEM simulation, CAM toolpath generation, or robot simulation with Python scripting. FreeCAD: the leading open-source parametric 3D CAD with Sketcher, Part, PartDesign, Arch, CAM, and FEM workbenches.

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name: freecad description: "Use when doing parametric 3D CAD modeling, BIM/architectural design, FEM simulation, CAM toolpath generation, or robot simulation with Python scripting. FreeCAD: the leading open-source parametric 3D CAD with Sketcher, Part, PartDesign, Arch, CAM, and FEM workbenches." tags:

  • 3d
  • parametric
  • cad
  • python
  • brep
  • step
  • cam
  • bim
  • ifc
  • freecad

项目地址: https://github.com/FreeCAD/FreeCAD

官网: https://www.freecad.org/

官方文档: https://wiki.freecad.org/Main_Page

Python API: https://wiki.freecad.org/FreeCAD_Scripting_Basics

许可证: LGPL-2.0+

概述

FreeCAD 核心模块:

模块用途
Sketcher二维参数化草图(约束求解)
Part显式 BREP 建模(基于 OCCT)
PartDesign参数化特征建模
Assembly(A2plus / Assembly3 / 自带)装配
Draft二维绘图
Arch / BIM建筑 / IFC
TechDraw工程图
CAM (Path)数控编程
FEM有限元仿真
Spreadsheet电子表格驱动参数
Mesh / Points网格与点云
Surface曲面建模
Robot机器人路径

支持文件:FCStd、STEP、IGES、BREP、STL、OBJ、PLY、DXF、DWG、SVG、IFC、PDF(导入)、AMF、3MF…


安装

# Linux
sudo apt install freecad
# 或 AppImage:<https://github.com/FreeCAD/FreeCAD/releases>

# macOS
brew install --cask freecad

# Windows:安装包 / Conda
conda install -c conda-forge freecad

FreeCAD 1.x 起合并了大量长期分支(如 PartDesign Toponaming 修复)。当前稳定版 1.1.3(2026-07 发布,参见 FreeCAD Releases)。


典型工作流

  1. 新建文档 → 选择「Part Design」工作台
  2. 新建 Body → 进入 Sketcher,绘制带约束的 2D 草图
  3. 特征建模:Pad(拉伸)、Pocket(开槽)、Revolution(旋转)、Loft、Sweep
  4. 修饰:圆角、倒角、抽壳、镜像、阵列
  5. 导出:File → Export → STEP/STL

Python 脚本(FreeCAD 控制台 / 宏)

import FreeCAD as App
import Part

doc = App.newDocument("demo")

# 创建立方体
box = doc.addObject("Part::Box", "MyBox")
box.Length = 100; box.Width = 60; box.Height = 30

# 创建圆柱
cyl = doc.addObject("Part::Cylinder", "MyCyl")
cyl.Radius = 10; cyl.Height = 50
cyl.Placement = App.Placement(App.Vector(50, 30, 0), App.Rotation(0,0,0,1))

# 布尔差集
cut = doc.addObject("Part::Cut", "Cut")
cut.Base = box; cut.Tool = cyl

doc.recompute()
Part.export([cut], "/tmp/out.step")

通过 OCCT/Part 直接构造几何

import Part
from FreeCAD import Vector

# 多边形 → 拉伸
poly = Part.makePolygon([Vector(0,0,0), Vector(50,0,0),
                         Vector(50,30,0), Vector(0,30,0), Vector(0,0,0)])
face = Part.Face(Part.Wire(poly.Edges))
solid = face.extrude(Vector(0, 0, 20))

# 圆角
solid = solid.makeFillet(2, solid.Edges)

Part.show(solid)

Sketcher 脚本约束

import Sketcher
sk = doc.addObject('Sketcher::SketchObject', 'Sketch')
sk.Support = (doc.XY_Plane, [''])
sk.addGeometry(Part.LineSegment(Vector(0,0,0), Vector(50,0,0)))
sk.addConstraint(Sketcher.Constraint('Distance', 0, 50))
doc.recompute()

装配(自带 Assembly)

  1. 切换到 Assembly 工作台
  2. New Assembly → Insert Components(插入零件)
  3. 添加 Joint:Fixed/Revolute/Slider/Planar/Cylindrical/Ball/Distance/Angle
  4. Run Solver 自动定位
  5. 干涉检查:Part → Check Geometry / Section

CAM(Path)流程

  1. Path Job → 选择目标体
  2. 设置原点、坐标系、刀具库(Tool Bit)
  3. 添加操作:Profile / Pocket / Drilling / Surface
  4. Stock 模型与限位
  5. Post Processor → 输出 G-code

工程图(TechDraw)

page = doc.addObject('TechDraw::DrawPage', 'Page')
template = doc.addObject('TechDraw::DrawSVGTemplate', 'Template')
template.Template = '/usr/share/freecad/Mod/TechDraw/Templates/A4_LandscapeTD.svg'
page.Template = template
view = doc.addObject('TechDraw::DrawViewPart', 'View')
view.Source = [solid]
page.addView(view)
doc.recompute()

BIM / IFC

  • Arch / BIM 工作台支持墙、梁、柱、楼板、屋顶、门窗、设备
  • 支持 IFC2x3 / IFC4 导入导出(基于 IfcOpenShell)
  • 与 Blender BIM、IfcConvert 协同

命令行(无界面)

freecadcmd /tmp/script.py    # 后台运行 Python
freecad   --console <<<'doc=App.newDocument(); ...'

性能优化

  1. 关闭工具栏图标动画与不必要的工作台
  2. 大装配:使用 Lightweight Part / Linked Document
  3. Recompute 仅在必要时调用,使用 doc.recompute(returnStringList=True) 检查错误
  4. Sketcher:减少自由度,避免过约束求解失败
  5. 导出 STL:减面后再导出,控制 LinearDeflection

常见问题

问题解决
Toponaming 在编辑后特征丢失升级到 FreeCAD ≥ 1.1.1(2026-04 引入拓扑命名修复;当前稳定版 1.1.3)
中文文件名编码使用 UTF-8;Windows 下避免 GBK 路径
导出 STEP 缺少颜色用 STEP AP242 或在 ImportSettings 启用颜色
Sketcher 求解失败删除冗余约束、检查 DoF
Mesh 转 Solid 不闭合用 Part → Convert to solid 前先 Mesh Repair

AI 使用建议

  • 推荐工作流模式:AI 助手应根据场景选择工作台——机械零件用 PartDesign(草图+特征),简单几何用 Part(CSG),建筑用 Arch/BIM。脚本自动化优先使用 FreeCAD Python Console 或 freecadcmd 无头模式。
  • 关键注意事项:① Sketcher 草图需完全约束(黑色),欠约束(蓝色)在后续编辑中可能偏移;② Python 操作几何对象后需调用 doc.recompute() 才能更新显示与关联;③ 导出 STEP 前确认模型无错误(Part → Check Geometry);④ Toponaming 问题在 FreeCAD 1.1.1(2026-04)版基本解决,旧版注意避免引用面/边编号。
  • 常用代码模式:doc.addObject("Part::Box", ...) 创建参数化体 → 设置属性 → doc.recompute() → Part.export([shape], "out.step")。对于脚本化建模,也可直接用 Part.make* 系列函数构造几何。

相关技能

  • occt — 底层 OCCT 几何内核(FreeCAD 的几何引擎基础):../occt/SKILL.md
  • cadquery — Python 参数化 CAD 库(同基于 OCCT,更适合纯脚本):../cadquery/SKILL.md
  • openscad — 声明式 CSG 建模(与 FreeCAD 互补,适合编程型用户):../openscad/SKILL.md
  • xbim — .NET BIM/IFC 框架(与 FreeCAD BIM 工作台互补):../xbim/SKILL.md
  • solvespace — 轻量约束求解器建模(快速概念设计):../solvespace/SKILL.md

参考资源

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