news 2026/4/18 8:36:00

外壳3D结构设计(学习Freecad)

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张小明

前端开发工程师

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外壳3D结构设计(学习Freecad)

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市面上3d软件很多,几乎所有软件都可以转成stl、obj格式。比如大家熟知的solidworks,一般用于机械设计;还有maya,用于游戏开发;以及fusion 360,这个用于3d打印比较多。这里面,既然大多数人都用fusion 360,为什么我们不用fusion 360呢?

1、版权原因

fusion 360虽然比较好用,但是里面有一个最重要的原因,就是版权。也就是说,对于个人,或者是公司来说,使用fusion 360是需要支付版权费用的。如果不想支付这笔费用,那剩下来的选择就是寻找开源软件,freecad就是其中的一个选项。

2、多平台支持

我们选择freecad还有一个重要原因,那就是freecad支持多个平台。不管是windows,还是linux、mac,都可以运行freecad,这一点类似于qt软件,还是非常方便的。

https://www.freecad.org/

大家实际用的时候,可以选用稍微老一点的版本,比如0.21版本,不一定要追求最新的软件版本。

3、关于参数化3d设计

大多数3d软件都支持参数化设计。所谓的参数化3d设计,就是说,所有的形状都是可以通过方程和参数进行约束定制的。比如哪些是正方体,哪些是长方体,哪些是圆角等等,这些内容都是可以通过方程的方法算出来的。那么多一个又一个的方程,最后凑在一起,就是我们想要的3d外壳。

在freecad上面,如果需要选择参数化3d设计,直接选择“Part Design”即可。

4、了解sketch、pad、pocket的基本概念

3d参数化设计本身严格遵循sketch-pad、sketch-pocket的原则。sketch,也就是草图,这个草图可以是任何一个截面,也就是2d图形。一开始的时候,通常是xoy界面。选择好截面之后,就可以选择pad、pocket。所谓pad,一般就是指界面的拉伸。比如长方形,拉伸一下,就成了长方体。圆形拉一下,就成了圆柱体。除了pad这样的拉伸动作之外,还有pocket挖空,就是从已有的立体结构中挖出一个空间。例如从一个大的长方体向内再挖出一个小的长方体,这就是简单的外壳。

5、3d开发的基本流程

了解了sketch、pad、pocket的基本概念之后,那么3d构建就是一个循环sketch-pad、sketch-pocket的过程。一般就是先选择一个界面,比如xoy,创建一个sketch,在这个基础之上pad一下,就是一个长方体,这是所有工作的出发点。

接着选择一个界面,继续绘制sketch,可以向内选择pocket,这样就挖出一个空壳出来。后面的电源口、usb口、tf卡口、hdmi口、网络口等等,也都可以通过pocket的形式来处理。只有外壳里面,需要添加pcb插孔的时候,才继续添加一个sketch-pad。

如果为了生产方便,减小失误率,可以边角做一下圆角设计。想好看一点,可以换一下body颜色。如果产品有散热的需求,可以继续添加几个开窗。这样随着不断的内容补充和添加,一个外壳就做好了。

6、从软件到硬件、3d结构开发

实际开发的时候,一般3d结构开发,是最后完成的动作。市场调研做好之后,就可以立项。立项之后不要一开始就开发,提前做好设计。即使马上进入编码阶段,也可以先买别人家的板子进行开发,软件开发没什么大问题之后,再自己设计板子。最后交付给客户的时候,加上一个外壳。

本身3d结构开发,是锦上添花的事情。不能软件和硬件都没有做好,就做3d结构开发,这就没有必要了,不解决根本问题。软件和硬件如果没有什么问题,就可以想办法把外壳设计好,选一个好的屏幕,注意和pcb的匹配,这样哪怕是样品,也和实际产品的外观非常接近了。

另外初期开发外壳的时候,可以不用过度关注顶盖,比如用一个屏幕盖住,或者用一个亚克力板穿透过去,这都是可以的。等到后期有需求的时候,再单独设计一个顶盖也是可以的。

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