Full Circle Magazine FR

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**Affordable Computer Assisted Design (CAD) and its complement, Computer Assisted Manufacturing (CAM), have revolutionized many professional workflows in the last several years. There was a time when professional-grade software such as Dassault’s CATIA – and the hardware necessary to run it – was out of reach of most small businesses and the occasional hobbyist. Nowadays, the advent of 3D printing using plastic extrusion has made physical prototyping a viable proposition, meaning, in turn, that a larger segment of computer users actually has a need for usable software to design their pieces.

Another group of users includes people designing virtual 3D environments on computers. Many of the same principles apply as when building 3D objects, since working with spatial coordinate systems presents the same challenges in both scenarios, though virtual world designers and ray-tracing artists must additionally contend with object surface qualities and the behavior of light when interacting with the object. 

Luckily, CAD software for the open-source software user has gone a long way from its (rather timid) beginnings. In this series, we will be examining the world of FreeCAD, an open-source CAD modelling application that it still in Beta, but has been gaining acceptance in recent years. Naturally, it is readily available in the Ubuntu repositories.**

La CAO (Conception Assistée par Ordinateur - en angl. CAD, Computer Assisted Design) à moindre coût, et son complément, la FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur - en angl., CAM, Computer Assisted Manufacturing), ont révolutionné de nombreux flux d'activité professionnelle dans les quelques dernières années. Il fut un temps où les logiciels de niveau professionnel tels que CATIA de Dassault - et le matériel pour les faire tourner - étaient hors d'atteinte pour la plupart des petites entreprises et les bricoleurs occasionnels. De nos jours, l'arrivée de l'impression 3D utilisant l'extrusion du plastique a rendu réellement possible le prototypage physique ; ce qui signifie, en retour, qu'un plus large segment des utilisateurs d'ordinateurs a un besoin réel d'un logiciel utilisable pour concevoir ses pièces.

Un autre groupe d'utilisateurs comprend les gens concevant des environnements virtuels 3D sur ordinateurs. De nombreux principes identiques s'appliquent comme la construction des objets 3D, car le travail avec des systèmes de coordonnées dans l'espace présente les mêmes difficultés dans les deux scénarios ; cependant, les concepteurs de mondes virtuels et les artistes du dessin au faisceau laser doivent en plus tenir compte des qualités de surface des objets et du comportement de la lumière quand elle interagit avec l'objet.

Par chance, Les programmes de CAO pour les utilisateurs de logiciels Open Source ont fait un long chemin depuis les commencements (plutôt timides). Dans cette série, nous examinerons le monde de FreeCAD, une application Open Source de modélisation par CAO qui est encore en bêta, mais qui a reçu un bon accueil dans les dernières années. Naturellement, elle est déjà disponible dans les dépôts d'Ubuntu.

**A choice of programs

Industrial drawing and design software has historically been an area with a small number of offerings. Even in the world of commercial applications, until very recent years, one single name used to arise, repeatedly, enjoying a dominant position as well as defining file formats. This is perhaps understandable, since it does take some time to correctly operate what can be rather complex pieces of software. Once one has come to dominate a specific application, facing a similar and protracted process to learn another can be something of a challenge, even if one is not starting at the very beginning of the learning curve. So, it comes as a little surprise that the situation was even worse concerning open source CAD software. Ten years ago, perhaps the only application that ran on Ubuntu was qcad (http://qcad.org), still in its infancy back then but available in the Canonical repositories.

Nowadays, things have changed for the better, and there is a fair offering of programs available that can both read and produce DXF file format drawings. Both qcad, and its fork, LibreCAD, (http://librecad.org) are open-source design programs that focus on 2D, and can, within some limits, be seen as viable alternatives for the popular but non-free AutoCAD (http://www.autodesk.com) series. The price for both qcad and LibreCAD is right (as in free), and availability is for GNU/Linux, Apple’s Mac OS, and Microsoft Windows. As can be seen in the screenshot, the LibreCAD interface is very similar to AutoCAD’s original user interface, which can make conversion from one program to the other easier for the experienced user.**

Un choix de programmes

Les logiciels de dessin et de conception industriels ont été historiquement un secteur avec un faible nombre d'offres. Même dans le monde des applications professionnelles, jusqu'à ces récentes années, un seul nom avait l'habitude d'émerger, de manière répétitive, disposant d'une position dominante et définissant les formats de fichiers. C'est peut-être compréhensible, car cela demande du temps pour faire fonctionner correctement ces ensembles logiciels plutôt complexes. Une fois que quelqu'un arrive à dominer une application spécifique, faire face à un long processus similaire pour en apprendre un autre peut être considéré comme une épreuve, même si on ne part pas du tout début de la courbe d'apprentissage. Aussi, ce n'est pas une grande surprise si la situation était encore pire pour ce qui est des logiciels Open Source de CAO. Il y a dix ans, peut-être la seule application qui tournait sur Ubuntu était qcad (http://qcad.org), encore en enfance à ce moment-là, mais disponible dans les dépôts de Canonical.

De nos jours, les choses ont changé en mieux, et il y a une offre équilibrée de programmes disponibles qui, à la fois, lisent et produisent des dessins au format de fichiers DXF. qcad, comme son dérivé, LibreCAD (http://librecad.org), sont des programmes de conception Open Source qui ciblent le 2D, et qui, dans certaines limites, peuvent être vues comme des alternatives viables à la série populaire, mais non libre, AutoCAD (http://www.autodesk.com). Le prix de qcad comme LibreCAD est correct (car libre) et ils sont disponibles pour GNU/Linux, Mac OS d'Apple et Windows de Microsoft. Comme le montre la copie d'écran, L'interface LibreCAD est très similaire à l'interface utilisateur originale d'AutoCAD, ce qui permet un passage plus aisé d'un programme à l'autre pour un utilisateur expérimenté.

**In this series, however, we would prefer the software to more easily create designs in 3D. This is both for ease of learning - correctly “seeing” a 3D object from flat plans can be somewhat difficult for beginners - and because our design will then be exported for printing in a suitable 3D printer, thus creating a physical object that we can compare to our original idea. In this scenario, a piece of software that has gained wide acceptance is SketchUp (formerly Google SketchUp, http://www.sketchup.com) for many reasons, including its ease of use. However, this program has been made available over the years exclusively for the Windows and Mac OS platforms. Though there have been reports of people installing and using it successfully from inside the Wine emulator, an open-source piece of software (as opposed to being merely free for use) that is better integrated into Ubuntu can be seen as preferable. 

OpenSCAD (www.openscad.org ) is another option for designing 3D objects suitable for 3D printing, though its use-case is focussed on Constructive Solid Geometry (CSG) and is thus perhaps a bit more limited than other applications. However, object creation can easily be conceived as a metalanguage or script, which may have its attraction for users of the Povray raytracer that uses a similar conceptual model.

Another option would be TinkerCAD (http://www.tinkercad.com), an online program that can be used for simple projects. However, it can only be used through a web browser and is closed-source, which can present both practical and philosophical inconveniences.**

Cependant, dans cette série, nous préférerons utiliser le logiciel plutôt pour créer plus facilement des dessins en 3D. C'est à la fois pour la facilité de l'apprentissage - voir correctement un objet 3D à partir de plans à plat peut être quelque peu difficile pour des débutants - et parce que notre conception sera ensuite exportée pour impression sur une imprimante 3D adaptée, créant ainsi un objet physique que nous pouvons comparer à l'idée d'origine. Dans ce scénario, SketchUp (anciennement Google SketchUp, http://www.sketchup.com) est un logiciel qui s'est largement répandu, pour de nombreuses raisons, dont sa facilité d'utilisation. Cependant, ce programme a été disponible pendant toutes ces années uniquement pour les plateformes Windows et MAc OS. Bien qu'ils y ait eu des retours de gens qui l'ont installé et utilisé dans l'émulateur Wine, un logiciel Open Source (par opposition à une simple utilisation libre de droits), qui est mieux intégré dans Ubuntu, peut être vu comme préférable.

OpenSCAD (www.openscad.org ) est une autre option pour concevoir des objets 3D destinés à une impression 3D, bien que son cas d'utilisation soit ciblé sur la Géométrie de Construction des Solides (Constructive Solid Geometry - CSG) et est, de ce fait, un peu plus limité peut-être que d'autres applications. Cependant, la création d'objet peut facilement être conçue comme un méta-langage ou un script, ce qui peut avoir son attractivité pour des utilisateurs du « traceur de raies » Povray qui utilise un modèle de conception similaire.

Une autre option serait TinkerCAD (http://www.tinkercad.com), un programme en ligne qui peut être utilisé pour des projets simples. Cependant, il ne peut être utilisé que dans un navigateur Web et il est propriétaire, ce qui peut présenter des inconvénients pratiques et philosophiques.

**Finally, FreeCAD (http://www.freecadweb.org) is the application we will be focusing on in this series. There are several reasons for this choice, including a relative ease of use, being open source, and available for GNU/Linux but also Windows and Mac OS. It should be said that FreeCAD has modules for both 2D and 3D drawing, though its target seems to be mainly the latter. Interaction between 2D and 3D design is also possible as, for example, when building a 3D model from an initial 2D floor plan, or when exporting the 2D plans from a 3D model. Though the project does caution us on their website that “FreeCAD is under heavy development and might not be ready for production use” - which is coherent with their current 0.16 version number - in actual fact the software does seem to work quite well - at least well enough, in fact, to make this software a viable option for the enthusiast and for learning purposes. Professional users may wish to evaluate the application thoroughly before making a decision, to ensure it fits in well for their own particular needs. 

There is a large corpus of user documentation available for this project on the site, and also on Youtube. As often with software under heavy development, the documentation often is not quite at the same level as the software and some discrepancies can be seen between versions in the documentation and on your computer, though it is usually not too complicated to figure out how to make things work out. This series of articles is, obviously, not meant to replace the official documentation and tutorials. What it is aimed at is to provide a practical introduction to the use of this software by someone who has not participated in its creation and who, for this reason, may have a slightly different point of view and priorities: those of an ordinary user.**

Enfin, FreeCAD (http://www.freecadweb.org) est l'application sur laquelle nous allons nous concentrer dans cette série. Plusieurs raisons motivent ce choix, dont la relative facilité d'utilisation, le fait d'être Open Source et la disponibilité pour GNU/Linux comme pour Windows et MAc OS. Il doit être dit que FreeCAD possède des modules pour le dessin 2D et 3D, bien que son objectif semble être principalement ce dernier. L'interaction entre les conceptions 2D et 3D est aussi possible comme, par exemple, lors de la construction d'un modèle 3D à partir de plan initial du sol en 2D, ou lors de l'exportation de plans en 2D depuis un modèle 3D. Bien que le projet nous mette en garde sur leur site en écrivant que « FreeCAD est en plein développement et pourrait ne pas être prêt pour une utilisation en production », ce qui est cohérent avec leur numéro de version actuel 0.16 - en vrai, le logiciel semble fonctionner presque bien -, au moins suffisamment bien, en fait, pour que ce logiciel soit une option viable pour un amateur et les besoins d'une formation. Les utilisateurs professionnels souhaiteront peut-être évaluer soigneusement l'application avant de prendre une décision, pour s'assurer qu'elle convient bien à leurs besoins particuliers.

Il y a une grande partie de la documentation utilisateur qui est disponible pour ce projet sur le site, et aussi sur YouTube. Comme souvent pour les logiciels en plein développement, la documentation n'est pas au même niveau que le logiciel et quelques écarts peuvent être vus entre les versions dans la documentation et sur votre ordinateur, bien qu'il ne soit habituellement pas trop difficile de deviner comment faire pour que ça marche. Cette série d'articles, évidemment, n'a pas vocation à remplacer la documentation et les tutoriels officiels. L'objectif est de fournir une introduction pratique à l'utilisation de ce logiciel par quelqu'un qui n'a pas participé à sa création et qui, pour cette raison, peut avoir un point de vue et des priorités légèrement différents : celles d'un utilisateur ordinaire.

**Installation

sudo apt update ; sudo apt install freecad

Or use your favorite software manager in any version of Ubuntu; ‘nough said. At the time of writing, version 0.15 is to be found in the Xenial repositories, which is a stable version. Developer version 0.17_pre can be downloaded for Windows and Mac OS, while stable 0.16 can be downloaded for GNU/Linux from the project’s Github page (http://github.com/FreeCAD/FreeCAD/releases ). Version 0.16 can be installed under Ubuntu as well by adding the project maintainer’s PPA repository:

ppa:freecad-maintainers/freecad-stable

It must be said, however, that, with a project such as this one that is moving along quite quickly, it may be best staying with the version in Ubuntu’s repositories - even if it is slightly older than the one in the repositories. This more conservative choice means more bugs will have been ironed out and will not come down to bite us.

FreeCAD itself will take up only about 68 MBytes of disk space on our system, which can be rather impressive for users who are used to installing commercial CAD applications. It does come with several dependencies on other packages, such as the Python language it has been developed in, and other graphical libraries such as Boost. However, the sum total of software packages that are (automatically) downloaded and installed is well within the bounds of reason, even for systems with a low amount of available disk space. Not-so-recent processing hardware can be usable. The following screenshot was captured running FreeCAD - installed to RAM - within a Neon 5.9 live session on a laptop equipped with an AMD Athlon X2 processor and 2 GigaBytes of memory, but whose hard drive has been scrapped several years ago. This would clearly not be optimal for production use, but can be envisioned to work on simple projects.**

Installation

sudo apt update ; sudo apt install freecad

Ou utilisez votre gestionnaire de logiciels favori dans n'importe quelle version d'Ubuntu ; j'en ai assez dit. Au moment où j'écris, la version 0.15 se trouve dans les dépôts Xenial ; c'est une version stable. La version de développeur 0.17_pre peut ête téléchargée pour Windows et Mac OS, pendant que la version stable 0.16 peut être téléchargée pour GNU/Linux depuis la page GitHub du projet (http://github.com/FreeCAD/FreeCAD/releases). La version 0.16 peut aussi être installée sous Ubuntu en ajoutant le dépôt PPA du mainteneur du projet :

ppa:freecad-maintainers/freecad-stable

Cependant, il faut dire que, avec un projet comme celui-ci qui évolue assez rapidement, il est préférable de rester à la version des dépôts Ubuntu - même si elle est un peu plus ancienne que celle des dépôts PPA. Ce choix plus prudent veut dire que plus de bogues auront été résolus, qui ne viendront pas nous agacer.

FreeCAD lui-même ne prendra que 60 Mo d'espace disque sur notre système, ce qui peut être plutôt impressionnant pour des utilisateurs qui ont eu l'habitude d'installer des applications de CAO professionnelles. Il arrive avec plusieurs dépendances à d'autres paquets, comme le langage Python dans lequel il a été développé et d'autres bibliothèques graphiques comme Boost. Cependant, la somme totale des paquets logiciels qui sont (automatiquement) téléchargés et installés est bien en-dessous des limites raisonnables, même pour des systèmes avec une faible quantité d'espace disque disponible. Un matériel de traitement « pas-si-récent » peut être utilisé. La copie d'écran ci-dessous a été capturée alors que FreeCAD tournait, installée en RAM, sur une session Live de Neon 5.9 sur un portable équipé un processeur Athlon X2 d'AMD et une mémoire de 2 Go, mais dont le disque dur avait été retiré il y a plusieurs années. Ceci ne serait pas du tout optimal pour une utilisation en production, mais peut être envisagé pour des projets simples.

**The program interface

Designing a user interface for a CAD program is always complex, since there is a rather large amount of information to be displayed. Toolbars can include drawing tools for two- and three-dimensional objects, operations on objects such as scaling and duplication, operations combining objects, and different layers may be displayed or hidden. A program such as FreeCAD that works with an internal tree representation of the scene includes object inspection, thus allowing the user to edit object parameters (such as length and coordinates) directly. But this makes further demands on user interface space since these options must be displayed at some time.

As can be seen in the screenshots, the FreeCAD user interface has condensed all these elements into three main areas. The main space is at the bottom right. In this, we will see the start page or “Start Center” when the application is started up. This contains some rather handy links to various simple tasks that can be of help to the novice. Recent projects can also be opened directly from this pane, though they can also be opened from a more traditional File > Open menu option. This area has a system of panes, in which the different projects we are working on will be displayed one at a time. We can switch to one or another at any moment, making it easy to work on several projects, or several different pieces for a single final object.**

L'interface du programme

La conception d'une interface utilisateur pour un programme de CAO est toujours complexe, car il y a une grande quantité d'informations à afficher. Les barres d'outils peuvent comprendre les outils de dessin pour des objets à deux ou trois dimensions, des opérations sur les objets comme la mise à l'échelle ou la copie ; des opérations combinant des objets et différentes couches, peuvent être affichées ou cachées. Un programme tel que FreeCAD qui fonctionne avec une représentation interne arborescente de la scène inclut une inspection des objets ; ceci permet à l'utilisateur de modifier directement les paramètres de l'objet (tels que la longueur et les coordonnées). Mais ceci signifie des demandes d'espace supplémentaire dans l'interface utilisateur car ces informations doivent être affichées à certains moments.

Comme vous pouvez le voir sur les copies d'écran, l'interface utilisateur de FreeCAD a condensé tous ces éléments en trois zones principales. L'espace principal est en bas à droite. Dans celui-ci, nous verrons la page d'accueil ou « Start center » quand l'application démarre. Elle contient certains liens plutôt pratiques vers diverses tâches simples qui peuvent aider le novice. Des projets récents peuvent aussi être ouverts directement depuis ce panneau, bien qu'ils puissent aussi être ouverts à partir de l'option de menu Fichier > Ouvrir, plus traditionnelle. Cette zone à un système de panneaux, dans lesquels les différents projets sur lesquels nous travaillons seront affichés en même temps. Nous pouvons basculer de l'un à l'autre à tout moment, rendant facile le travail sur plusieurs projets, ou sur différentes pièces d'un projet final unique.

**On the left, we have a column that usually contains a dialog with contextual information on a specific object, either the project as a whole or the element selected at the time. This is also where the parameters relating to that object can be inspected, and altered manually, if needed.

Finally, the top of the screen is populated with toolbars that contain the different tools and other options. Herein lies the specificity of the FreeCAD user interface. Toolbar visualization is controlled by a system of “Workbenches”. Within each workbench - with titles such as “Drawing”, “Draft”, “Part” or “Arch” - specific toolbars are activated. The paradigm is similar to a physical fabricator’s workplace. In most shops, different working areas are disposed along the walls. Each bench will have nearby a set of tools, grouped according to the type of work being performed in that area in a way to minimize movement. A (physical) project may then be transferred to a workbench dedicated to soldering, or another specializing in electronic instruments, as the need arises.

In a similar fashion, the FreeCAD user will activate one or another workbench inside the user interface as the project evolves from one stage to another. In each workbench, only the toolbars with the most pertinent tools will be seen at any one time, thus reducing visual clutter on-screen. However, it should be noted that all tools within FreeCAD can be accessed from the menu system, even if they are not promoted within the active Workbench.**

Sur la gauche, nous avons une colonne qui, habituellement, contient un dialogue avec une information contextuelle sur un objet particulier, soit le projet dans son ensemble, soit l'élément sélectionné à ce moment. C'est aussi ici que les paramètres relatifs à cet objet peuvent être inspectés et modifiés à la main, si nécessaire.

Enfin, le haut de l'écran est rempli de barres d'outils qui contiennent les différents outils et autres options. Ici se trouve la spécificité de l'interface utilisateur de FreeCAD. La visualisation des barres d'outils est contrôlée par un système d' « Ateliers ». Dans chaque atelier - avec des titres comme « Drawing » (dessin), « Draft » (esquisse), « Part » (pièce) ou « Arch » (architecture)-, des barres d'outils spécifiques sont activées. Le paradigme est similaire à l'atelier physique d'un fabricant. Dans la plupart des ateliers, différentes zones sont disposées le long des murs. Chaque poste disposera à proximité d'un jeu d'outils, regroupé en fonction du type de travail qui est effectué dans cette zone, de façon à minimiser les mouvements. Un projet (physique) peut ensuite être transféré vers un atelier dédié à la soudure ou un autre spécialisé dans les instruments électroniques, en fonction du besoin.

D'une manière similaire, l'utilisateur de FreeCAD activera l'un ou l'autre des ateliers dans l'interface utilisateur suivant l'évolution du projet, d'une étape à l'autre. Sur chaque poste, seules les barres d'outils avec les outils les plus pertinents sont vues à un moment donné, réduisant ainsi la pollution visuelle à l'écran. Cependant, il peut être noté que tous les outils de FreeCAD sont accessibles par le menu, même s'ils ne sont pas mis en avant par l'atelier actif.

**It should also be noted that windows and toolbars are fully floatable, and can be tailored to the user’s specific needs (and the screen’s available space), much in the way many modern word processing applications work. However, since there are very many different options available, it may be best for beginners to leave tools and toolbars in their default positions, at least while starting to become familiar with the application.

What next?

In this first article on using FreeCAD, we went over the basics of choosing and installing a CAD application for Ubuntu or GNU/Linux, and reviewed some salient points of the FreeCAD user interface. In the next part, we will be creating a simple planar object to illustrate the use of the main workspaces, drawing, and extrusion tools. Constructive Solid Geometry will also be demonstrated, to punch holes in an unsuspecting piece of plain material.**

Il peut aussi être noté que les fenêtres et les barres d'outils sont totalement flottantes, et peuvent être retaillées aux besoins spécifiques de l'utilisateur (et à l'espace disponible à l'écran), assez proche de la façon dont fonctionnent beaucoup d'applications de traitement de texte modernes. Cependant, comme il y a beaucoup d'options différentes disponibles, il est préférable pour les débutants de laisser les outils et les barres dans leurs positions par défaut, au moins durant le temps de commencer à se familiariser avec l'application.

Et ensuite ?

Dans ce premier article sur l'utilisation de FreeCAD, nous avons parcouru les bases d'un choix et l'installation d'une application de CAO pour Ubuntu ou GNU/Linux, et passé en revue quelques points marquants de l'interface utilisateur de FreeCAD. Dans la prochaine partie, nous créerons un simple objet plan pour illustrer l'utilisation des principaux espaces de travail, du dessin et des outils d'extrusion. La Géométrie de Construction des Solides sera aussi présentée, pour percer des trous dans une innocente pièce de matériau brut.