FreeCAD

Offizielle Quelle: wiki.freecad.org

Überblick

FreeCAD ist ein freies, parametrisches 3D-CAD-Programm (LGPL-Lizenz) für Windows, Linux und macOS. Parametrisch heißt: Ein Bauteil ist kein starrer Körper, sondern das Ergebnis einer Folge von Schritten, die an Maßen hängen. Ändert man ein Maß, baut sich das Modell neu auf. Mit Version 1.0 (November 2024) hat FreeCAD einen großen Reifeschritt gemacht, unter anderem mit einer eingebauten Baugruppenumgebung und einer weitgehend gelösten Namensproblematik bei Topologieänderungen, die Modelle früher bei Umbauten brechen ließ.

Funktionsweise

• Arbeitsbereiche: Die Funktionen sind in Arbeitsbereiche gegliedert – Sketcher für bemaßte Skizzen, Part Design für Einzelteile, Assembly für Baugruppen, TechDraw für Zeichnungen, CAM für Werkzeugwege und FEM für Festigkeitsrechnungen.
• Python überall: FreeCAD ist selbst weitgehend in Python gebaut. Jeder Klick in der Oberfläche entspricht einem Python-Befehl, den die Konsole mitschreibt. Was man von Hand konstruiert, lässt sich daher Schritt für Schritt in ein Skript überführen.
• Ohne Oberfläche: Mit freecadcmd läuft FreeCAD als reines Kommandozeilenprogramm. Ein Makro liest Maße ein, baut das Modell, prüft es und schreibt Ergebnisse und Exportdateien – ohne dass ein Fenster aufgeht.
• FEM eingebaut: Der FEM-Arbeitsbereich vernetzt Bauteile mit Gmsh oder Netgen und rechnet mit dem Löser CalculiX Verformung, Spannung und Eigenfrequenzen. Beides wird in den gängigen Paketen gleich mitgeliefert.
• Offene Formate: STEP, IGES, STL, DXF, OBJ und weitere Formate für den Austausch mit anderen CAD-Systemen, 3D-Druck und Fertigung.

Stärken

• Automatisierbar: Die vollständige Python-Schnittstelle macht FreeCAD zum Baustein in Abläufen – Variantenkonstruktion, Stücklisten, Prüfungen, Datenexporte.
• Parameter statt Handarbeit: Ein gut aufgebautes Modell erzeugt aus einer Handvoll Maßen beliebig viele Varianten eines Bauteils oder einer Maschine.
• Konstruktion und Rechnung in einem: Geometrie und FEM liegen im selben Programm und im selben Skript, ohne Umweg über Exportdateien.
• Frei und lokal: keine Lizenzkosten, keine Cloud-Pflicht, kein Anbieter, der Funktionen oder Dateiformate später zurückhält.

Praxis bei frahost: Konstruktion als Rechenaufgabe

Im Entwurfsagenten der Verbundfabrik ist FreeCAD der Konstrukteur. Jede Maschine liegt als FreeCAD-Makro vor, dessen verstellbare Maße aus einer JSON-Datei überschrieben werden. freecadcmd baut daraus eine Variante, prüft Kollisionen, Gussgewichte und Arbeitsraum und rechnet mit Gmsh und CalculiX die Steifigkeit an der Werkzeugspitze. Welche Variante als nächste gebaut wird, entscheidet der Optimierer Optuna; die Verbindung schafft ein Python-Programm. Mehrere Varianten laufen parallel, jede in ihrem eigenen FreeCAD-Prozess. Dasselbe Makro liefert außerdem die Bilder für Videos von Fahrwegen, Verformung und Materialabtrag.

Grenzen und Abwägungen

Die Oberfläche ist weniger geschliffen als bei kommerziellen Systemen, und die Einarbeitung braucht Geduld – vor allem, um Modelle so aufzubauen, dass sie bei Maßänderungen stabil bleiben. Sehr große Baugruppen mit tausenden Teilen bringen FreeCAD schneller an Leistungsgrenzen. Die FEM deckt lineare Statik, Eigenfrequenzen und Wärme solide ab, ersetzt aber keine spezialisierte Simulationssoftware für nichtlineare Werkstoffe, Kontakt oder Crash. Und wie jede Simulation rechnet sie nur so genau, wie Randbedingungen und Werkstoffwerte stimmen – für den Vergleich von Varianten ist sie deutlich verlässlicher als für absolute Zahlen.

Einordnung

FreeCAD ist die naheliegende Wahl, wenn Konstruktion automatisiert werden soll: Varianten aus Parametern, Prüfungen im Skript, FEM ohne Zusatzlizenz. Für reines Zeichnen am Bildschirm gibt es komfortablere Werkzeuge – für CAD als programmierbaren Baustein kaum ein besseres freies.