Как я начал учиться работать с САПР КОМПАС-3D и сделал с помощью него сборную модель зеркала
Я думаю не секрет, что если планируется сделать свое готовое к реальной эксплуатации электронное устройство, то помимо того, чтобы спроектировать, соединить, спаять и запрограммировать, нужно озадачиться еще и каким-нибудь корпусом. Ну сами посудите, можно ли внешне посчитать готовым устройство, которое выглядит как смотанные армированным скотчем в кучу провода, платы, аккумуляторы и какие-то мигающие светодиоды? Наверное нет. Корпуса всё-таки играют важную роль.
Кто-то для таких задач просто покупает готовые корпуса, кто-то делает из подручных средств, а кто-то их печатает на 3D-принтере. И именно печать на 3D-принтере я стал осваивать с конца прошлого года на Bambu Lab A1 Mini.
В основном с того момента я обходился готовыми моделями с MakerWorld и по большей части учился премудростям самой 3D-печати, подготовкой филамента, настройкам слайсера и пр. Но суть в том что не всегда можно найти подходящие модели и в таком случае приходится моделировать самому, а для этого желательно освоить какую-нибудь САПР (Система автоматизированного проектирования, еще часто упоминают как CAD).
Немного о знакомстве с FreeCAD
В первую очередь я обратил взор на мир Open Source где в качестве САПР распространен FreeCAD. Система бесплатная, многофункциональная, широкодоступная, кроссплатформенная, да еще и Open Source. Вроде звучит всё замечательно, но вот к сожалению подружиться с ней я пока так и не смог.
Для меня освоение FreeCAD оказалось затруднительным из-за отсутствия качественных учебных и справочных материалов для данной системы. Всякие разбросанные по сети видеотуториалы и отдельные статьи не являются полноценными учебниками, да и актуальность их относительно текущей версии FreeCAD является спорным вопросом.
В общем для старта я начал искать другие варианты, у которых с учебными материалами попроще и при этом нет проблем с доступностью. В итоге я решил попробовать КОМПАС-3D, который часто советуют на профильных ресурсах, да и супруга уже успела раньше меня с этой системой поработать.
Знакомство с КОМПАС-3D
В отличие от FreeCAD, КОМПАС-3D является платной и проприетарной системой, у которой есть несколько видов лицензий под коммерческую, учебную и домашнюю деятельность. При этом есть бесплатный пробный период (2 месяца), которого вполне может хватить для поверхностного ознакомления с этой системой. Коммерческая версия стоит немало, но для меня она излишняя и вполне достаточно домашней версии (HOME за ~1500руб в год), которую я приобрел сразу по завершении пробного периода. Кстати вышла она мне еще дешевле поскольку я покупал лицензию в Ситилинке со списанием бонусных баллов.
Решив сильно не терять время, я вначале установил себе с официального сайта пробную версию КОМПАС-3D HOME (почему-то предоставлена была 24-я версия, при уже доступной 25-ой), а уже потом начал искать подходящие учебники. Учебников по КОМПАС-3D полно, благо эта система официально изучается в различных учебных заведениях, но большинство широкодоступных учебников несколько устарели, а новые учебники под актуальные версии КОМПАС-3D стоят немало.
Встроенные учебные материалы в КОМПАС-3D
Тем не менее есть еще более простой вариант. Суть в том, что в КОМПАС-3D есть встроенное учебное пособие, да еще и с наглядными примерами. Вызываются они из меню "Справка" → "обучающие материалы" и там есть пять пунктов:
- Азбука КОМПАС-График;
- Азбука КОМПАС-3D;
- Приемы работы в Компас-График;
- Приемы работы в Компас-3D;
- Азбука 3D-печати;
Чисто для 3D-печати возможно хватит и одной только Азбуки КОМПАС-3D, но для себя я решил начать именно с Азбуки КОМПАС-График, для того чтобы охватить базовые основы. Сразу скажу что чертежи меня не пугают, поскольку я с ними знаком еше со школы, где несколько лет углубленно изучал черчение.
В общем шаг за шагом я полностью и тщательно прошел все уроки, указанные в этих Азбуках. Причем прорабатывал даже те занятия, которые в основном были связаны с заполнением всяких документов, благо их там немного. Еще стоит обратить внимание на тот факт, что в этих учебных материалах стараются не повторяться и если какое-то действие обьяснили один раз, то дальше просто упоминают само действие без деталей. Явно инженеры писали учебник.
Также из плюсов является то, что этот учебник имеет некоторую интеграцию с интерфейсом программы. Например когда в тексте учебника вы видите иконку какого-то действия (например "Элемент вращения"), то по нажатию на эту иконку у вас в самой программе автоматически подсветится эта кнопка, что неплохо так помогает в процессе обучения.
Ну и конечно стоит сказать, что все уроки в руководстве сопровождаются проектными файлами моделей и чертежей. Лежат они в директории установки КОМПАС-3D и если всё-таки будете проходить эти уроки, то лучше все примеры заранее куда-нибудь отдельно скопировать.
Первые впечатления о самой программе
В общем встроенное учебное пособие это реально классно, а что касается самого КОМПАС-3D то для старта он мне показался вполне неплохим и намного более понятным в сравнении с FreeCAD, да и работает шустро на небольших моделях. Про большие составные модели ничего сказать пока не могу, ибо не работал с ними.
Запускал КОМПАС-3D я на своем Windows-планшете (на которой работал он очень шустро), но вот к сожалению в этой САПР нет поддержки ни тачскрина, ни экранного пера, а это было бы местами удобно. В общем вся работа явно заточена на классическую работу с мышью.
К сожалению не могу не обратить внимание что в процессе знакомства с КОМПАС-3D я успел столкнуться не только с кучкой мелких багов, но и с более серьезными проблемами. Например меня неприятно удивила ситуация, когда в определенный момент КОМПАС-3D вылетел и автоматическое восстановление вернуло мне довольно старую версию модели, так еще и с конфликтами. Это было всего один раз, но мне этого случая хватило чтобы я стал более настороженно относиться к целостности файлов проекта и чаще бэкапить.
Сделал модель разборной рамки зеркала
В общем учебник я проходил довольно дотошно и неспеша. Ну и разумеется нужно было на чем-то простом проверить полученные знания.
Так получилось, что у меня как-раз разваливалась металлическая рамка небольшого настольного зеркала. Я всю эту конструкцию разобрал и извлек из него круглое зеркальное стекло диаметром около 11 см. Ну и подумал, чего добру пропадать, сделаю я для него какую-нибудь рамку, которую легко можно повесить, будет как экзамен.
В итоге я стал моделировать сборную модель зеркала, состоящую из трех частей: две защелкивающиеся рамки и зеркальное стекло. В итоге сборная модель в разобранном виде выглядит как-то так:
В модели я сразу постарался сделать так чтобы в случае деформаций рамки вся нагрузка не передавалась на твердое зеркальное стекло, чтобы оно не треснуло от перенапряжения. Для равномерного прижатия зеркального стекла я сделал пять защелок, чего на мой взгляд вполне достаточно. Допускаю что в этой модели есть куча ошибок (в т.ч. конструктивных), но это моя первая самостоятельная модель. В общем если кому-то будет интересна эта модель, я ее чуть позднее выложу, с исходными проектными файлами.
Дополнение от 04.10.26:
Я выложил проектные файлы сделанной модели разборного зеркала на Github. Если что у GitHub есть онлайн просмотр STL-файлов, что может быть удобно.
Делал я модель с рассчетом под печать PETG. С самим моделированием особых проблем не было, кроме неприятного вылета и кривого автовосстановления, о котором я уже упомянул ранее.
К сожалению на этапе печати модели выявилась конструктивная проблема, связанная с особенностями FDM печати и межслойной адгезии. Суть в том, что модель состоит из двух рамок, которые защелкиваются между собой, т.е. в одной рамке есть торчащие защелки (которых пять штук на рамке), а в другой есть пазы для этих защелок. И в момент защелкивания на основание этих защелок приходится нагрузка поперек слоев, от чего они могут ломаться.
Я прекрасно понимаю что нагрузка поперек слоев нежелательна для изделий созданных при помощи FDM печати, но в моем случае уж слишком легко они отламывались для PETG, что меня насторожило. Я решил попробовать перепечатать одну рамку но с другими температурными параметрами и проверить изменение прочности этих защелок и при небольшом снижении температуры защелки стали куда более прочными и упругими и уже не так легко отламывались, но всеравно еще были слабыми.
Проблема новой катушки филамента
Немного уточню ситуацию по используемому филаменту, чтобы было понятно, почему у меня оказалась эта проблема. У меня уже была катушка белого PETG от LIDER-3D и под него уже был настроен профиль в слайсере и всё работало хорошо. Потом я приобрел новую катушку черного PETG от того же производителя и для этой катушки филамента я использовал тот же самый профиль (с рекомендуемыми параметрами от производителя) что и для белого PETG и результат поперек слоев оказался хрупким. При этом во всех случаях филамент перед печатью был хорошо просушен.
В общем это тот случай, когда я на своем опыте убедился что в зависимости от красителя, партии или фазы луны, характеристики филамента могут немного отличаться друг от друга и это нужно учитывать при настройках печати.
В итоге немного снизив температуру и обдув, я смог сделать деталь у которой защелки не ломались бы сходу и имели хоть какую-то гибкость. И уже с этой деталью я смог успешно собрать зеркало (см. фото ниже), защелки успешно защелкнулись в пазах и вся конструкция на удивление оказалась довольно крепкой. Думал будет куда хуже.
Хотя честно говоря не могу сказать что защелки на рамке получились достаточно надежными для многократного использования. Тут возможно для усиления межслойной адгезии стоит провести какую-то дополнительную постобработку или использовать другой пластик. Ну или FDM не очень подходит под это из-за наличия слоев, но у меня других возможностей нет. Хотя наиболее вероятно у меня просто пока еще нехватает опыта.
Учитывание возможных ошибок в 3D-печати при моделировании
Как я уже говорил, модель я делал не монолитной, а сборной, состоящей из трех деталей (две защелкивающиеся рамки + зеркальное стекло). И когда появилась проблема с хрупкими защелками, мне пришлось перепечатывать не всю модель в целом, а только одну деталь, что вышло намного экономичней в плане затраченного времени, пластика и моего терпения.
Вообще ситуация с проблемным пластиком прямо показала полезность конструктивного подхода при моделировании изделия. И наверное даже можно сказать что по аналогии с тем как в программировании важно уметь разбивать программу на отдельные модули, в моделировании полезно уметь правильно выделять части общей модели в отдельные более простые модели (в разумных пределах). Но это чисто мое мнение, с т.з. новичка в 3D моделировании.
Заключение
В общем такое вот у меня получилось знакомство с САПР (CAD) на примере КОМПАС-3D. Встроенного в нем учебного пособия мне вполне хватило для того чтобы можно было начать делать свои модели. Даже по итогу зеркальце смог сделать.
Мне часто говорили, что все эти САПР во многом похожи друг на друга и имея опыт работы с одной системой, можно быстро переучиться на другую. Не могу утверждать, правда это или нет и вполне допускаю что в будущем придется будет осваивать и другие системы. Но на текущий момент КОМПАС-3D меня пока вполне устраивает.
Ну и еще на мой взгляд для проектирования реально практичных изделий, более важную роль играет развитие инженерного-конструкторского мышления, а уже потом знание всяких САПР, поскольку это всего лишь инструменты.