FreeCADの使い方を初心者向けに解説

FreeCADをインストールして起動できるようになったけど、使い方がわからない！何ができるのか知りたい！最初に何をしてどの手順で学習すればいい？と思っていませんか？

FreeCADはパーツモデリングや図面、アセンブリ、FEM、レンダリングなど色々なことができる反面、ぱっと見で操作が難しいため、マニュアルに沿った学習が必要です。

そこでこの記事は、FreeCADの代表的な機能の使い方と学習の手順について、筆者が自分の力で調べてできるようになったことを整理したので、参考にしてください。

この記事でわかること。

FreeCADの使い方を習得したい方は、是非ともこの記事を読んであなたの「ものづくり」に役立ててください。

FreeCADの使い方

学習の手順として、FreeCAD を起動したら、最初に作業の効率化のため「初期設定」を行います。

次に、「スケッチ」で作成した輪郭線から「パーツモデリング」で部品や、「サーフェス」で曲面形状、「板金」で曲げ形状などの3Dモデルを作ります。

作った部品や板金から、「部品図」で設計図を描いたり、「アセンブリ」を構築して「ファスナー」でねじなどの締結用部品を組付けたり、「アニメーション」でアセンブリを動かしたり、「組立図」でアセンブリの図面を作ることもできます。

さらに、モデルや板金、アセンブリから、「FEM」で構造解析を行ったり、「レンダリング」でリアルな画像を作ることもできます。

このように、FreeCADは色々なことができるので、実施したい作業をするために、どの手順を踏む必要があるのか、下図で確認してみてください。

FreeCAD 初期設定

FreeCADはインストールした時点で、便利な機能が使えないことと、設定を繰り返し変更する場面がでてきます。

そこで、機能の追加と、自分の使いやすいように設定をカスタマイズすることで、作業の効率化に繋がるため、最初に「初期設定」を行います。

おすすめのワークベンチ

ワークベンチとは、行いたい作業に関連したメニューやツールなどを、ひとまとめにした機能のことです。

FreeCADにはモデリングに特化したワークベンチや、アセンブリに特化したワークベンチなど、多種多様のワークベンチが存在するので、目的に応じて切替えます。

よく使うおすすめのワークベンチは下記のとおりです。

• スケッチ　→　「Sketcher」
• パーツモデリング　→　「PartDesign」
• サーフェス　→　「surface」「Part」
• 板金　→　「SheetMetal」（別途インストールが必要）
• 部品図と組立図　→　「TechDraw」
• アセンブリ　→　「Assembly」
• ファスナー　→　「Fasteners」（別途インストールが必要）
• アニメーション　→　「Assembly4」（別途インストールが必要）
• FEM　→　「FEM」
• レンダリング　→　「Render」（別途インストールが必要）

ワークベンチとマクロの追加

アドオンマネージャーを利用して、よく使うワークベンチとマクロを追加しておきます。

基本的な設定

設定の変更は、メニューバーの「編集」→「設定」をクリックして表示された「設定」で行います。

マウスの操作設定

マウスの操作設定は、決められた項目から選ぶことになるので、項目と操作内容の一部を下図に示します。

変更方法は画面右下のステータスバーに「CAD」と表示されている部分をクリックして、好みの項目を選びます。

FreeCAD スケッチ

3Dモデルを作成する場合、基本的に3Dモデルの基となる輪郭線をSketcherワークベンチで描きます。

輪郭線は作図コマンドだけでなく、幾何拘束コマンドや寸法拘束コマンドを上手く使って、完全定義の状態にします。

作図コマンド

作図コマンドは輪郭線を作成するためのコマンドです。
作りたい形状に合わせてザックリと描きます。

幾何拘束コマンド

幾何拘束コマンドは形状を規制するためのコマンドです。
作図コマンドでザックリと描いた形状を、幾何拘束コマンドで整えていきます。

寸法拘束コマンド

寸法拘束コマンドは形状の寸法を規制するためのコマンドです。
幾何拘束コマンドで整えた形状を、寸法拘束コマンドで位置や大きさを指示します。

完全定義と未定義

未定義の輪郭線を放置しておくと、形状の編集を行ったときに意図しない形状に変形することがあるため、輪郭線は固定された完全定義の状態にします。

FreeCAD パーツモデリング

スケッチの輪郭線から3Dモデルを作成したい場合、Part Designワークベンチのモデリングコマンドを使います。

モデリングコマンド

モデリングの基礎となるモデリングコマンドの使い方を、下記の手順で解説していきます。

作りたい形状によって、最適なコマンドを自分で選ぶ必要があるため、一通りすべてのコマンドを使えるようになっておく必要があります。

文字のモデリング

入力した文字列から、モデリングコマンドで凸形状あるいは、凹形状を作成します。

計測コマンド

Part Designの「距離計測」コマンドは、2点間の最小距離しか測定できないので、代わりにAssembly4ワークベンチのMeasureと、FCInfoのマクロを使用します。

FreeCAD サーフェス

Part Designでは困難な曲面の形状を作成したい場合、サーフェスワークベンチとPartワークベンチのコマンドを使います。

サーフェスコマンド

稜線やガイドカーブを指定すれば作成できます。

FreeCAD 板金

板金の3Dモデルを作成したい場合、SheetMetalワークベンチの板金コマンドを使います。

板金コマンド

曲げ形状をコマンドで展開すれば、隣接する形状の隙間をチェックすることもできます。

FreeCAD 部品図

3Dモデルから部品図を作成する場合、TechDrawワークベンチを使います。

第三角法による投影図の配置や、断面図、詳細図、寸法、注記、表題欄を記入したりと、JIS機械製図に極力合わせた図面を作成できます。

3Dモデルから部品図の作り方

3Dモデルから部品図の出力方法までを、下記の手順で解説していきます。

部品図をDXFやPDFでエクスポート

PDFでエクスポートした部品図を下図に示します。

FreeCAD アセンブリ

複数の3Dモデルからアセンブリを作成したい場合、Assembly4ワークベンチを使います。

作成したアセンブリに、ねじやナット、座金などのファスナー（締結用部品）を組付けたい場合、Fastenersワークベンチを使います。

アセンブリの組み方

位置合わせは座標系による合致のみ対応しています。

ファスナーの組み方

ファスナーは立体形状の丸穴のエッジを選択してから、ファスナーアイコンをクリックすると、選択したエッジに一致させて組付けできます。

FreeCAD アニメーション

Assembly4ワークベンチにはアセンブリを作るだけでなく、アニメーションの機能もあるので、これを使えばアセンブリの動作を確認できます。

アセンブリのアニメーション化

手順どおりに進めると、下図に示すとおりのアニメーションが作れます。画像をクリックすると動作の確認ができます。

FreeCAD 組立図

アセンブリから組立図を作成したい場合、TechDrawワークベンチを使います。

部品が複数ある組立図では、上記の「FreeCAD 部品図」の内容に加え、部品欄の作成とバルーンの配置、部品の組付け指示が必要になります。

アセンブリから組立図の作り方

アセンブリから組立図の出力方法までを、下記の手順で解説していきます。

組立図をDXFやPDFでエクスポート

PDFでエクスポートした組立図を下図に示します。

FreeCAD FEM

作成した3Dモデルの強度を確認したい場合、FEMワークベンチの構造解析を使います。

解析は与えた条件で結果が変わるため、結果を分析して妥当性があるところまで確認する必要があります。

構造解析の結果の出し方

手順どおりに進めると、下図に示すとおりの解析結果を出すことができます。

解析結果の分析

ここでは、材料力学の公式を使って、計算で得られる理論値と解析結果を比較したり、応力分布の表示と最大応力の予測を行います。

FreeCAD レンダリング

作成した3Dモデルからリアルな画像を作る場合、Renderワークベンチを使います。

レンダリングでリアルな画像の作り方

手順どおりに進めると、下図に示すとおりの画像を出力できます。

FreeCAD 練習問題

FreeCAD使い方の記事から「初期設定」「スケッチ」「Part Design」「モデリングコマンド」「アセンブリ」を読んだ方は、学習した内容の定着を図るため練習問題を解いてみてください。

第三角法の図面からモデリング

問題の指示どおりにモデリングする方法を解説していきます。

2点間距離と面積、体積、重心座標の計測

3Dモデルを作成したら、問題の指示どおりに測定する方法を解説していきます。