Présentation de HeeksCAD , logiciel CAO


HeeksCAD est un logiciel gratuit de CAO, basé sur OpenCascade, pour Windows et Linux.

Cette présentation sera complétée par une série de tutos, pratiques et en images, destinés aux lecteurs qui découvrent la CAO et la modélisation 3D. Bien que la prise en main de HeeksCAD, soit facile , quelques repères sont nécessaires, pour travailler efficacement.

https://systemesembarques.wordpress.com/category/cao-cfao-cnc/tutos-heekscad/

Quelques bonnes raisons d’utiliser un logiciel de CAO :

– De plus en plus de PME sont équipées en CAO et CNC, aussi celà coutera moins cher de faire réaliser des pièces en leur donnant le fichier sorti de la CAO, que de leur donner un plan papier.

– On peut créer des pièces, dont les surfaces sont des courbes en 3D, qui ne sont pas dessinables ( sauf à faire une coupe tous les millimètres.. ). Les procédés de fabrication ont aussi évolué , et permettent de réaliser des pièces uniques, à base de résine et même de métal ( frittage de poudre), sans faire de moule, à un prix abordable. Il y a aussi la découpe laser, pilotée en numérique qui permet de réaliser des découpes compliquées..

– C’est presque plus compliqué de faire un Dessin Industriel dans les normes avec vue de dessus , vue de face, etc..que de concevoir un montage avec un logiciel de CAO.

– On dispose de la vue en 3D et on peut observer son œuvre sous tous les angles.

– On dispose des couleurs pour distinguer les pièces entre elles, et de la transparence , pour voir ce qu ‘il y a derrière une pièce.

– Les modifications sont plus simples, et c’est l’outil idéal pour compacter un système lorsque l’encombrement est réduit.

– De plus en plus de fabricants de composants mécaniques, donnent les fichiers CAD de leurs produits, aux dimensions, il suffit de les importer, au lieu de les redessiner à partir des côtes sur un PDF.

La CAO était au début principalement destinée à la mécanique, pour des formes géométriques simples, mais elle a beaucoup évolué et couvre aujourd’hui des domaines, comme le design, la joaillerie, le génie civil, la chaussure, les prothèses dentaires avec des surfaces courbes… C’est Pierre Bézier qui a eu l’idée le premier de l’utiliser pour dessiner et réaliser les carrosseries de voiture, le domaine des surfaces courbes complexes, à l’époque de la 4CV… Depuis 2002, la Sagrada Familia est passée à la CAO.. La confection a aussi ses propres logiciels de CAO.

HeeksCAD est basé sur OpenCascade, logiciel de niveau professionnel ( il est dérivé de Euclid, développé et utilisé par Matra ).

Mais OpenCascade, n’est que le « moteur » CAD, il manque le « tableau de bord » et les commandes : autrement dit l’interface graphique avec les menus et les fonctions qui vont traduire le dessin d’objets 3D en directives pour OpenCascade.

OpenCascade : faute d’interface, il faut lui décrire les objets en mode console.. On se lasse vite..

CAO : en français Conception Assistée par Ordinateur
CAD : Computeur Aided Design.

OpenCascade est très complet, des entreprises peuvent développer des applications CAD spécifiques à leur métier.

Une célèbre marque de sport, fabrique des chaussures à partir d’un pied standard en 3D. Leur logiciel est doté d’une fonction de mise à plat , pour la découpe, car elles sont réalisées en matériau souple. Les menus sont adaptés au design de chaussure

Par contre ce développement est très long, si on utilise pas les services du team OpenCascade, et d’une équipe d’ingés pour faire ce développement. Aussi les logiciels libres basés sur OpenCascade, comme FreeCAD, sont un peu à la traîne, par rapport aux logiciels propriétaires, qui hélas ne sont pas à portée de la bourse , des amateurs..

Open CASCADE gère :

– la modélisation solide

objets composés d’éléments simples ( parallélépipèdes, cylindres, cônes , sphères )

– la modélisation des surfaces courbes NURBS,

objet décrit par les surfaces de son contour

– la modélisation par maillage ou fil de fer : mesh

objet représenté par la position de ses sommets ( vertex ) , ses arêtes (bridges) , et ses faces ( faces) .

Cette fonction qui est la principale façon de travailler de Blender, n’est pas développée dans HeeksCAD,( enfin pas de la même façon ) bien que les objets utilisent cette représentation en sommets arrêtes faces .

Open CASCADE permet de faire du Reverse Engeeniering qui consiste à reconstituer le fichier CAO d’un objet existant à partir d’un nuage de points dont les coordonnées sont en 3D , obtenues à partir d’un scanner.

Cette fonction n’est pas développée non plus dans HeeksCAD, mais qui a un scanner 3D à la maison ?

HeeksCAD est le premier logiciel libre de CAO que je trouve opérationnel, bien qu ‘il lui manque encore des fonctions, comme les courbes et surfaces NURBS ( représentation des objets par des surfaces gauches contrôlables, un peu à la manière dont on contrôle les courbes de Bézier, mais sans les inconvénients des courbes de Bézier : voir article sur les principes de modélisation à venir.).

Pour résumer : si on déplace un point de contrôle d’une courbe de Bézier, toute la courbe bouge.

Avec les NURBS , seule la partie de la courbe comprise entre les deux points de contrôle adjacents bouge. Elles permettent un contrôle plus précis.

Prenons l’exemple d’ un capot de valise . C’est une surface courbe. Mais dans la réalité c’est un volume, il a une certaine épaisseur, une surface interne , une surface externe , et l’épaisseur varie selon les zones pour donner de la robustesse.

C’est l’exemple même d’objet modélisé avec des courbes NURBS selon le principe B-Rep ( Boundary Représentation) : un objet est représenté par la description de la ( ou des ) surfaces de son contour.

Il manque encore à HeeksCAD les tolérances de fabrication, et la nature des matériaux utilisés, qui sont rentrés dans le fichier STEP.

Cependant HeeksCAD propose un système de cotation.

Il manque la mise en plan 2D, mais c’est anecdotique… ça ne sert que pour les boites, qui n’ont pas de CNC, et pour faire des PDF. Le fichier est aux dimensions.

Un autre avantage de HeeksCAD, est que sa prise en main est relativement simple, sans lire la doc on peut faire des choses simples , si on compare à l’interface graphique de Blender, avec tous ses menus par exemple. J’en voudrais pour preuve le nombre de tutos sur Blender, alors qu ‘il y en a très peu pour HeeksCAD.

https://sites.google.com/site/heekscadbegin/intro/liste-de-tutoriels-1

http://www.youtube.com/watch?v=idV54AqNbPo&feature=related

http://www.linuxgraphic.org/index.php/tutoriels/caodao/35-utiliser-heekscad

Quelle est la différence entre un logiciel de CAO et un modeleur 3D, comme Blender ?

Un logiciel de CAO est destiné à réaliser des pièces, avec la CNC ( commande numérique de machines outils ) donc avec des dimensions précises.

Alors que les modeleurs 3D , sont destinés à la création de scènes en 3D, avec un rendu photoréalistique, imitant la peau, le tissu, la pierre, qu’on regardera sur un écran.

Les objets dessinés avec un modeleur 3D resteront du virtuel, alors que ceux réalisés en CAO, on pourra les tenir dans la main.

La représentation d’un objet en 3D sur écran, est le résultat d’une conversion 3D 2D. ( jeu d’ombre et de lumière et de réflexion de la lumière sur cet objet ). dans un logiciel de CAO, le rendu est minimal pour donner une idée de la forme des pièces, et ne comporte pas de moteur de « rendu » sophistiqué, qui prend énormément de temps de calcul..

HeeksCAD est complété par un module CNC : HeeksCNC il empiète donc dans le domaine de la CFAO.

Mais il existe des machines CNC pour bricoleurs avertis.

Pour résumer on va dire que le but de la CFAO est d’élaborer un fichier qui comprend les directives d’usinage des diverses pièces. chaque pièce étant réalisée à partir d’une ébauche : une pièce plus grande que la machine va tailler.

Mais pour faire réaliser une pièce, il n’est pas nécessaire de donner ce fichier, surtout lorsqu ‘on ne connait rien à ce métier de l’usinage.

Il suffira de donner le fichier de la pièce sorti de la CAO dans un format d’échange normalisé.

Il existe deux formats d’échange : STEP et STL.

Mais on trouve couramment les formats IGES et DXF, qui sont issus de concepteurs de logiciels de CAO..

Il existe bien d’autres formats de CAO : chaque logiciel de modélisation 3D travaille selon son propre format ( du binaire), format propriétaire ( les nouveaux d’AutoCAd sont cryptés : guerre commerciale entre les éditeurs de logiciels, sauf que dans l’industrie avec les sous traitants on a besoin de normes ) .

HeeksCAD sort des fichiers avec l’extension .heeks ( mais c’est du format ????? pas du binaire )

Voir l’article sur les formats de la CAO et les problèmes liés à l’importation et à l’exportation des divers formats.( à venir )

HeeksCAD peut importer et exporter des fichiers dans ces quatre formats : STEP , STL, DXF, IGES ( et qq autres )

La plupart des modeleurs 3D gèrent le format STL, mais jamais le format STEP dédié à la fabrication.

Le format STEP est capable de modéliser tout un ensemble de pièces, qu ‘on pourra ensuite modifier individuellement. Le format STEP garde la structure de l’assemblage en ensembles et sous-ensembles. On pourra démonter pièce par pièce l’ensemble sur l’écran.

De plus en plus de fabricants de composants mécaniques, donnent les fichiers CAD de leurs produits, aux dimensions, et souvent dans ces quatre formats les plus répandus..

On peut citer SKF , mais il faut s’enregistrer

Pour les pignons et à chaînes :

je m’apprétais à dessinner un pignon :))

http://www.michaud-chailly.fr/index.php?ent_id=1&cat_id=1&ni1_id=20&ni2_id=95&ni3_id=227&ni4_id=884&ni5_id=2027&csaction=site%2Fentite%2Fvue3d%2Fvue_3d_defaut_afficher

http://www.igus-cad.com/default.aspx?la=109

http://www.apexdyna.com/Eng/download.asp?link=CAD

C’est un gain de temps considérable, pour les concepteurs.

On peut aussi les demander : on a pas toujours satisfaction, mais parfois les fabricants vous envoient les fichiers.

Par contre pour protéger leur propriété intellectuelle, ils ne vont pas donner le détail intérieur de leurs composants, n’importe qui pourrait copier leur produit. Mais on a l’essentiel pour pouvoir les intégrer dans un ensemble mécanique.

A la différence d’un modeleur 3D, dans un logiciel de CAO, on définit les dimensions exactes des pièces dans une fenêtre de saisie, en effet on travaille au micron près, et la souris n’est pas assez précise pour cela.

Idem pour le positionnement des pièces les unes par rapport aux autres, comme le montage de pièces sur un axe.. l’axe de chaque pièce doit coïncider avec l’axe principal.

Bien entendu il est possible de déplacer les pièces avec la souris, de façon approximative ( la résolution de la souris est fonction du zoom et provoque des sauts) mais on pourra corriger la position dans la fenêtre de saisie à gauche de l’écran.

Deux méthodes de création d’objets :

Modélisation solide :

HeeksCAD permet de créer des objets simples en trois dimensions : cubes, des cylindres, des cônes, des sphères.

Ca couvre la plupart des besoins en mécanique

ces objets sont décrits par

– leur forme ( cube , cone, sphère, etc.. )

– leurs dimensions ( largeur, longueur, hauteur , rayon )

La virgule de HeeksCAD pour les saisies, c’est un « . » . Les saisies fonctionnent aussi avec le clavier numérique.

Couleur, Opacité, Visibilité :

On peut définir une couleur pour chaque objet, très utile pour distinguer les pièces mobiles, et les pièces fixes.

On peut modifier l’opacité des objets, ainsi ils seront plus ou moins transparents pour laisser voir l’intérieur.

On peut les rendre invisibles, très utile pour travailler sur des pièces situées à l’intérieur d’un montage ou pour ne monter que l’intérieur

Opération booléennes sur les solides :

Ces objets de forme très simple peuvent être traités par des opérateurs logiques pour obtenir des objets de plus en plus complexes :

soustraction ( pour faire des trous dans une pièce )

fusion ( union ) ( pour assembler deux pièces ).

intersection

On doit sélectionner deux objets.

Mais pour la soustraction A-B , l’ordre de sélection a de importance pour le résultat: l’objet restant sera A (dont on a enlevé la partie commune avec B, et B disparaitra )

Si B englobe A entier, il ne restera rien.

C’est ainsi que fonctionnaient les premiers logiciels de CAO, comme BRLCAD.

Conseil :

Contrairement à Gimp ou Blender, qui ont plein de niveaux de Undo permettant de revenir en arrière autant de fois qu ‘on veut, dans HeeksCAD , il n’y a pas de Undo.

Mais avant de faire des manips on peut copier les objets élémentaires avant de les transformer avec les opérations booléennes. on supprimer les doubles lorsque l’opération sera exécutée, si le résultat est celui attendu.

Ces objets de forme plus complexe ne peuvent être décrits aussi simplement que les objets géométriques élémentaires.

Aussi dans HeeksCAD on ne pourra plus modifier leurs dimensions ( celles des objets élémentaires ) dans la fenêtre de saisie.

c’est un objet : Point barre !

Aussi il ne faut pas être trop pressé de leur faire subir ces opérations booléennes.

On peut le renommer : exemple  » marteau  »

Il faut aussi travailler par sous ensembles :

Si on veut pouvoir modifier une pièce complexe : exemple : « axe »

Il faut la dessiner à part et avant de passer aux opérations booléennes, il faut sauvegarder le fichier de sa structure ( dans un fichier « axe_composition ») composée de « primitives  » , les solides simples qui le composent avant de fusionner les éléments.

Une fois passé par les opérations booléennes, il deviendra un solide.

    La seule modification possible est la dilatation du solide avec un coefficient à rentrer dans la fenêtre de saisie.

Modélisation Surfacique ( BREP Boundary représentation )

Un objet est décrit par la surface de son contour.

C’est le domaine des surfaces courbes, plus ou moins complexes, qu ‘on trouve dans le design..

Un principe :

On dessine des points.

On relie les points, ça devient une ligne ( composée de segments ou courbes ou arcs )

On extrude la ligne : elle devient une surface

on extrude la surface , elle devient un volume.

Limitation de HeeksCAD.

L’extrusion se fait selon l’axe ???? et elle est toujours rectiligne.

D’autres logiciels permettent de faire l’extrusion selon une courbe complexe..

Méthode par révolution :

On fait tourner une ligne autour d’un axe , ça devient une surface cylindrique autour de cet axe.

On fait tourner une surface autour d’un axe, ça devient , un volume.

on pourra combiner les deux.

Ainsi une surface en anneau pourra former un tuyau rectiligne ( par extrusion ) et coudé dans certaines parties, par révolution

HeeksCAD permet de réaliser des esquisses, pour réaliser des profils de pièces, qui seront extrudés ou « révolutionnés ».

HeeksCAD comporte d’autres astuces, comme la copie circulaire avec un centre défini et un angle défini.

Ainsi pour dessiner une roue de vélo, il suffit de dessiner un rayon : un cylindre fin , pour avoir tous les rayons.. ou un crampon de roue de tracteur pour tous les avoir autour de la roue.
les jantes , et le corps du pneu seront obtenus par révolution complète complète du profil correspondant.

Rotation autour d’un axe qu ‘on peut définir.

Place à l’imagination de l’utilisateur du logiciel pour réaliser des formes complexes, avec les outils dont il dispose, et qu ‘on retrouve dans tous les logiciels de CAO.

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