用于 3D 打印的免费 CAD：该用哪款软件？

面向3D打印的设计：与普通CAD建模的范围不同

这里介绍的软件用于设计准备打印的零件,而不是绘制房屋平面图或室内布局:它们是机械CAD或数字雕刻工具,用来生成可导出为文件的封闭、可打印实体。合适的工具主要取决于你制作的零件类型:需要紧密配合的机械零件与有机形态的手办,建模方式并不相同。

有一个区别经常被提到:参数化建模,即每个形状事后仍由可编辑的尺寸定义;与直接建模或雕刻,即在没有构建历史的情况下操作几何体。功能性零件页面所介绍的功能性零件,几乎总能从参数化工具中受益,它让你调整某个尺寸而不必重建一切。

Tinkercad：在浏览器中建模，无需安装

Tinkercad归Autodesk所有,完全在浏览器中运行,通过组合你添加或减去的简单形状来工作,因此是无需安装任何东西就能学习3D建模的常见起点。这种积木式的方法限制了复杂几何体的精度,但对于垫片、简单外壳或基本的装配件来说绰绰有余。

可直接从界面导出为STL或OBJ,随时可在切片软件中打开。Tinkercad主要是为学习和简单项目而设计的,而不是为具有许多相互咬合尺寸的复杂机械装配体。

FreeCAD：免费开源的参数化建模

FreeCAD是一款免费发布、以开源方式开发的参数化CAD程序,可在freecad.org获取。它围绕特征树构建,每个草图和操作(拉伸、孔、圆角)事后都保持可编辑,适合尺寸会在迭代中演变的机械零件,比如需要控制在零点几毫米以内的支架。

学习曲线比Tinkercad更陡,更接近专业CAD软件的约束草图逻辑。作为回报,FreeCAD可原生导出STL和3MF,并让你直接在模型中记录精确的公差和尺寸,而不是在切片时去猜测。

Onshape与Fusion：云端CAD与个人使用许可

Onshape完全在浏览器中运行,并提供免费方案;据Onshape官方定价页面,该免费档要求文档保持公开,适用于个人或教育项目,但不适用于机密零件。该软件保持参数化和协作特性,版本历史自动管理。

Autodesk出品的Fusion同样提供限期、可续期的免费个人使用许可,据Autodesk称仅限非商业用途;该许可下可用的功能比付费档次更窄。这两个工具都需要账号和联网使用,不像FreeCAD那样安装在本地并可离线工作。

Blender与OpenSCAD：雕刻式或编码式，而非绘图式建模

Blender免费且开源,主要是有机建模和数字雕刻工具,而不是参数化工具:它擅长手办、半身像或没有严格尺寸约束的形状,但不适合需要紧密、可重复配合的机械零件。Blender导出STL没有问题,前提是先检查网格是否水密,因为开放的非流形网格常常会引发切片错误。

OpenSCAD采取相反的方式:零件完全用代码而不是鼠标来描述,适合重复性的形状、由脚本驱动的变体,或根据几个变量自动生成的零件。这需要对基本编程逻辑有一定的掌握,但能实现完全的可复现性:修改脚本中的一个变量,就能以新尺寸重新生成整个模型。

从建模到切片：完整流程

无论选哪种工具,最终导出为STL或3MF就结束了建模阶段;请参阅专门的STL与3MF页面,根据需要在交接中保留的内容(如颜色或切割元数据)选出合适的格式。3MF文件比普通STL携带更多信息,但并非每个切片软件都以同样的方式读取全部信息。

文件导出之后,下一步是在PrusaSlicer这样的切片软件中打开它,设置朝向、支撑以及所用机器专用的打印设置。建模时设定的尺寸本身并不能保证最终结果:材料收缩和打印机的实际公差同样重要,尤其是对要相互配合的零件。

在同一个项目中混用不同工具是常见做法,而不是应该避免的事:在FreeCAD或Onshape中以参数化方式设计零件的承重结构,再将该基础导出为STL,在Blender中添加雕刻的有机细节,让每个工具各展所长,避免重复劳动。这样的流程要求在每次中间导出时检查网格仍然水密,因为网格开放或有破孔是切片失败的常见原因。

组合使用各种工具，并在定稿前测试配合度

对于需要与另一个零件精确配合的零件,通常最好有意设计出间隙,而不是追求精确到零点一毫米的尺寸:冷却过程中的材料收缩和所用打印机的实际公差都因机器而异,在小型试验件上实际测试过的配合,比屏幕上的理论尺寸更可靠。无论用上面介绍的哪种建模工具设计零件,这一测试步骤都同样适用。

同样值得在导出的STL或3MF旁边保留原始的、可编辑的项目文件,而不是只留导出的网格:FreeCAD、Onshape或Fusion中的参数化文件,或OpenSCAD中的脚本,日后都可以重新打开并调整,而从这些工具导出的普通STL已经丢失了构建历史,事后要精确修改困难得多。

资料来源与局限

• Tinkercad — 官方网站
• FreeCAD — 官方网站
• Onshape — 套餐与定价
• Autodesk — 如何注册Fusion个人使用版
• OpenSCAD — 官方网站

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