Réalisation du boitier v2 avec FreeCAD

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Pourquoi FreeCAD ?

Pour la conception 3D du boitier, comme pour le reste de la conception de la calculatrice, nous souhaitions utiliser un logiciel libre. Blender est certainement le plus connu dans le domaine de la modélisation 3D, mais ne semble pas particulièrement adapté à la CAO. De nombreuses fonctionnalités de Blender ne nous serons pas utiles pour la réalisation du boitier proprement dite (animation, lumière, textures…).

Notre boitier est une pièce assez simple, il se décompose facilement en surfaces élémentaires (rectangles pleins, secteurs de disque pour les parties arrondies) auxquelles il suffit de donner de l’épaisseur. Nous aimerions pouvoir modifier facilement la pièce si par exemple nous changeons d’écran ou de clavier. Dans l’idéal, si une dimension change sur le boitier, il faudrait pouvoir modifier seulement cette dimension, et ne pas avoir à tout refaire !

Et c’est exactement ce que permet la modélisation par contraintes, qui est implémentée dans FreeCAD et OpenSCAD par exemple. Le principe est de concevoir une pièce à partir d’objets élémentaires, et d’assembler ces objets en spécifiant des contraintes. Ce type de modélisation nous semblent extrêmement puissant car il permet des  modifications rapides de la pièce tout en conservant sa structure originale.

Nous avons choisi d’utiliser FreeCAD plutôt qu’OpenSCAD car il nous semblait plus simple à prendre en main et tout aussi capable de nous permettre de réaliser notre boitier qu’OpenSCAD.

Modélisation du boitier

Passons maintenant à la conception ! Nous allons réaliser le boitier en 2 étapes, d’abord une pièce pour la partie basse du boitier, et une autre pour la partie haute qui viendra s’emboiter dans la partie basse.

D’abord, quelques mots sur notre manière de travailler avec FreeCAD. Pour arriver à une pièce complexe à partir d’un projet vide, nous commençons par dessiner les pièces supports, c’est à dire les pièces élémentaires que nous allons ensuite modifier pour arriver à une pièce complexe. On utilise le mode Part Design, on dessine un « draft », en 2D puis on l’extrude pour lui donner de l’épaisseur. Ensuite nous choisissons une face de notre objet élémentaire, dessinons un nouveau draft dessus, puis utilisons à nouveau l’opérateur d’extrusion pour donner de l’épaisseur à la nouvelle forme, ou l’opérateur d’érosion pour retirer de la matière sur l’objet principal. A chaque nouvelle utilisation d’un opérateur sur un objet, FreeCAD créer un nouvel objet. Il faut rapidement penser à classer ses objets dans des dossiers sous peine de ne plus savoir à quelle étape de modélisation correspond quelle pièce (on peut créer ces dossier dans le menu de l’arborescence sur la gauche de la fenêtre principale et ranger ses pièces avec un glisser-déplacer).

La manière la plus naturelle d’utiliser FreeCAD pour réaliser ces pièces nous parait être la suivante :

– Dans le mode « Part Design », on créé un « sketch » qui représente le contour extérieur de la partie basse du boitier avec des coins arrondis. On fixe déjà des contraintes de dimension, il sera toujours possible de les modifier par la suite.

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– On extrude le sketch précédent, c’est à dire qu’on lui donne une épaisseur. Même chose pour la profondeur de l’extrusion, on pourra décider de l’épaisseur la plus adaptée plus tard, on en choisi une qui nous parrait correcte à l’oeil ;)

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– On veut ensuite creuser notre pièce pour obtenir une coque. C’est dans cette coque qu’on viendra mettre notre board, notre clavier et notre écran. On utilise l’outil « Thickness » du mode « Part » pour creuser le solide et laisser l’épaisseur que nous souhaitons pour le contour.

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– Globalement, le plus gros de la pièce est déjà fait ! Il suffit maintenant de creuser des encoches dans les bords latéraux de la pièce pour la fixation avec la pièce supérieur, extruder des supports pour soutenir la board et l’écran. Cette étape est réalisée dans le mode « Part Design », en créant un sketch sur une face et en l’extrudant ou le creusant (outil pad ou pocket de FreeCAD sur un sketch).

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– On procède de la même manière pour créer la pièce supérieur du boitier.

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– Il faut maintenant réaliser des ouvertures sur la partie supérieur du boitier pour les boutons du clavier. Comme notre circuit clavier a déjà été réalisé avec Kicad et qu’il est possible d’exporter un modèle 3D de celui-ci, nous allons simplement importer ce modèle dans FreeCAD et réaliser les ouvertures pour les boutons en s’aidant du modèle 3D du circuit clavier.

– On réalise un sketch pour chaque forme de bouton et on utilise l’outil de duplication sur une grille du mode Draft.

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– On positionne les grilles de boutons de manière à ce que chaque bouton soit bien au centre des boutons poussoirs du circuit clavier.

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– Finalement, on utilise l’opérateur de soustraction booléenne du mode Part pour soustraire les boutons clavier de la face supérieur du boitier.

On arrive au résultat suivant :

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Les sources du projet freecad du boitier v2 sont disponibles ici : boitierv2.zip

 

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