3D 打印机正变得越来越普及，价格下降，几乎人人都能使用。它们可以用来制作在家中使用的零件，而且越来越多地被用于制造科学仪器的工具。虽然在线数据库中提供了越来越多的对象库，但您可能想要构建的东西几乎是无限的。这意味着您很可能想要设计和构建自己的作品。

在本文中，我将介绍 FreeCAD，一个开源的参数化 3D 建模软件 (http://www.freecadweb.org)。参数化建模软件基于一组属性构建设计中的结构。因此，更改设计只需更改设计属性即可。

FreeCAD 可以读取和写入建模和 3D 打印中使用的几种不同的文件格式。它作为一个核心应用程序构建，带有用于处理特定任务的插件模块。Python 是首选语言，因为实际上有一个内置的 Python 引擎。此外，FreeCAD 本身可以导入到您自己的 Python 脚本中。这使您可以访问所有几何工具，以便在您自己的代码中使用。

FreeCAD 应该已经在您发行版的软件包管理系统中。在基于 Debian 的系统中，只需使用命令

sudo apt-get install freecad

在最新版本的 Ubuntu 中，最新版本的 FreeCAD 实际上是可用的。但是，如果您需要一些非标准选项，您始终可以选择从源代码构建 FreeCAD。

要启动它，您只需运行 freecad。它将弹出一个窗口，其中包含一个空白的工作区（图 1）。

图 1. 启动时，FreeCAD 为您提供一个空白工作区，以便您可以开始工作。

FreeCAD 使用工作台概念，根据您在任何特定时间执行的任务为您提供工具组。您可以通过单击“视图→工作台”菜单项来访问可用的工作台。在这里，您将获得所有可用选项的下拉列表。

由于我专注于构建 3D 对象的想法，让我们首先激活零件工作台。单击“视图→工作台→零件”菜单项将重建界面，并为您引入各种新工具供您使用（图 2）。

图 2. 选择零件工作台将更改界面，让您可以访问各种用于构建的新工具。

在左侧，您应该看到两个子窗口，分别提供设计中对象的树状视图和特定对象的属性视图。底部是报告视图和 Python 窗口。当前显示的大部分是空白的。您需要通过单击“文件→新建”来开始新设计。这将在 GUI 的主要部分中打开一个新的未命名文档。当您首次保存项目时，它将被重命名。您可以通过单击“文件→保存”来执行此操作。您可以通过单击顶部工具栏中的关联图标或单击“零件→图元”菜单项，将原始对象添加到此新文档中。

文档中包含对象后，您可以单击它以在左侧查看其属性。属性视图窗格中有两个选项卡。初始选项卡是“视图”选项卡，其中提供了有关对象表示的详细信息。第二个选项卡是“数据”选项卡，其中包含对象构造的详细信息。

在图 3 中，您可以看到我已开始构建的圆环。圆环由三个角度和两个半径描述。前两个角度描述了圆环在圆柱方向上存在的量。第三个角度描述了圆环围绕圆存在的量。第一个半径给出了圆环的整体半径，第二个半径表示圆柱半径。

图 3. 您可以基于原始对象构建您的设计。

还有许多其他工具可用。您可以通过单击“视图→工作台”菜单项来选择其他工作台，或者您可以从顶部工具栏中心的下拉菜单中选择新的工作台。

为了查看另一个示例问题，假设您想要从您的设计生成网格，以便输入到其他程序中，例如计算流体动力学程序。首先，您需要选择网格工作台。这将引入一组新工具来处理网格。您可以通过单击“网格→从形状创建网格”菜单项，从您的设计生成网格。这将弹出左侧的一个新窗格，用于控制网格划分过程。您可以选择标准或 mefisto 网格划分，以及最大边长。设置完成后，您可以选择要划分网格的形状，然后单击“确定”。这将生成网格，并为您留下一个网格信息框，描述点的数量、面片等等（图 4）。

图 4. 您甚至可以使用 FreeCAD 处理网格。

也有工具可用于处理这些网格。例如，单击“网格→分析→评估和修复网格”菜单项。这将弹出右侧的一个新窗格，您可以在其中分析您的新网格，并查找诸如重复面、重复点或退化面等问题。如果发现任何这些问题，可以使用“修复”按钮来解决这些问题。这种情况更可能发生在由多个缝合在一起的图元创建的非常复杂的对象上。

一旦您生成了网格并进行了适当的调整和优化，您可以单击“网格→导出网格”菜单项，然后选择您需要的文件格式。例如，如果您想在 CFX 的某个项目中使用它，您可以将其导出为 NASTRAN 文件。大多数其他可以接受网格文件作为输入的程序都应该支持几种选项。因此，FreeCAD 可以在许多项目中充当非常好的预处理步骤。

完成对象后，您将希望将其转换为可在其他上下文中使用的文件格式。为此，您可以将您的设计导出为任意数量的可用格式之一。例如，如果您想将您的设计发送到 3D 打印机，您可以将其导出为 STL 文件格式。为此，请单击“文件→导出”，然后从下拉列表中选择 stl 选项（图 5）。然后，您可以获取此文件并在 3D 打印机的打印软件中使用它。

图 5. 您可以将您的设计导出为 STL 文件格式。

现在您可以构建自己的对象，您可以为科学实验设计所需的精确零件，或者创建您需要的特定替换零件。如果可以，您还应该考虑在一个或多个在线库中分享您的作品。这样，您可能会因您的奇迹小工具或惊人的小玩意而闻名。在任何情况下，分享信息总是好的，这样其他人可以在此基础上做更伟大的事情。