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：

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）。最新稳定版请参见 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

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

• Wiki：https://wiki.freecad.org/Main_Page
• Python 入门：https://wiki.freecad.org/FreeCAD_Scripting_Basics
• 论坛：https://forum.freecad.org/
• 中文教程（znlgis）：https://znlgis.github.io/cad/tutorial/freecad/