CAO 3D opensource - Retours d’expérience

Contexte

Je transitionne depuis SolidWorks. C’est un super outil que j’utilisais de manière professionnelle en bureau d’étude pour dessiner des ouvrages métalliques.

Maintenant que j’ai quitté le milieu, je me suis mis à la recherche d’outils opensource pour continuer à dessiner en 3D.

Principalement, je cherche un ou des outils permettant d’atteindre ces buts:

avoir un format ouvert et non limité à la version que j’utilise : le modèle de SolidWorks, c’est qu’un modèle créé avec SolidWorks 2015, enregistré dans SolidWorks 2016 (sans changement), n’est plus éditable dans SolidWorks 2015. Il faut donc avoir la même version pour collaborer et la licence n’est pas donnée (même s’il existe une licence “Maker” en abonnement, ce n’est pas pérenne)
pouvoir versionner mes modèles avec Git ou un outil plus adapté. SolidWorks a un module “PDM” qui coûte un bras, et qui fonctionne bien en entreprise, mais je doute que ce soit possible d’en faire une instance quelque part.
avoir un outil stable sur lequel je puisse compter.
l’outil doit me permettre de réaliser des modèles modulaires et paramétriques.
l’outil doit être disponible sous Linux

J’ai donc testé quelques logiciels opensource pour tenter de répondre à ces besoins, réalisant quelque chose de similaire à Gridfinity. L’idée est de pouvoir, d’une manière ou d’une autre donner un nombre de modules et de générer grille et boîte. L’idée est simple, mais permet de valider les points suivants :

pouvoir faire des éléments distincts (des pièces, ou parts) et les réutiliser
idéalement, pouvoir utiliser des éléments déjà existants et créer un assemblage avec
pouvoir entrer des paramètres quelque part et voir le modèle s’adapter
exporter le modèle fini pour le partager, l’importer dans d’autres outils ou juste bouffer de la place sur mon disque
écrire un comparatif d’outils en prenant l’apéro tranquilou

Dans ces comparatifs, je ne vais pas parler de l’interface du logiciel, sauf si c’est tout à fait nécessaire.

FreeCAD (en v1)

J’ai découvert FreeCAD à l’époque où je dessinais professionnellement avec Sketchup pour les rendus, donc autours de 2012.

De temps à autre, j’y passais quelques heures pour voir comment le logiciel évoluait, mais je n’ai jamais eu le courage de “faire le pas” : trop compliqué. Et quand je suis passé à SolidWorks en 2014 : pas assez intuitif, pas assez stable pour en faire mon outil de dessin.

La version 1, sortie en 2024, a gommé une bonne partie des soucis que j’avais pu rencontrer sur mes derniers essais : référencer un élément dans un autre est maintenant gérable : si l’élément d’origine change et que la référence n’est plus possible, on ne finit pas avec un modèle tout cassé, juste un modèle à reprendre : supprimer les anciennes références et remplacer par des nouvelles.

Les pour :

c’est proche de SolidWorks sur la manière de construire : on dessine des esquisses (dessins 2D, avec côtes contraintes) et on applique des opérations dessus.
il y a un système de création d’assemblage, où l’on peut placer des pièces les une par rapport aux autres, en appliquant des contraintes.
il y a un système de modules, permettant d’ajouter des fonctionnalités
les formats d’exports sont variés (dont du STEP)
il est possible d’importer pas mal de formats différents et de bosser avec (ex : prendre un STL comme base et faire une empreinte dedans)
il y a un module de mise en plan pour, par exemple, générer des PDF pour revue, fabrication en ateliers ou de demandes de devis
il est possible de nommer des cotes dans une esquisse et y faire référence ailleurs (autre esquisse, opération, …)
il est possible de référencer des valeurs d’opérations (ex: extrusion1.Length)
il est possible d’écrire des macros en Python
il y a des modules très intéressants (pour générer de la visserie, des filetages, des engrenages, etc…)
il y a un module “feuille de calcul” (sans troller SolidWorks, là c’est intégré, pas besoin d’Office360 en sus). Il est possible de nommer les cellules et de les utiliser en référence dans les modèles. Il est aussi possible de l’utiliser comme liste de variantes d’une même pièce. C’est top pour centraliser le côté paramétrique

Les contre :

au sein d’une même esquisse, il n’est pas possible d’utiliser une référence déclarée dans ce dernier. C’est ultra pénible, on se retrouve par exemple à faire 3 segments de lignes de même longueur plutôt que de pouvoir faire un la_cote / 3.
le résolveur de contraintes n’est pas parfait et il m’arrive régulièrement d’avoir à reprendre toute une pièce étape par étape, parce qu’un changement de paramètre a résulté en un point invalide (ex : un point à 20mm à droite de l’axe Y se retrouve à 20mm à gauche après recalcul). Il y a des astuces pour améliorer la situation, mais je trouve que c’est difficile à appréhender avant d’avoir le souci.
éditer une esquisse de “début” de pièce fait que l’ensemble de la pièce est recalculée à chaque modification (sans quitter l’édition), rendant l’ensemble lent sur des pièces/assemblages de petite taille : bouger une côte ? Recalcul. Ajouter une ligne ? Recalcul. etc… Et ça, même si toutes les autres opérations sont désactivées.
il n’est pas possible de piloter le logiciel en ligne de commande (CLI) : générer des variantes de pièce entraine une modification manuelle des paramètres (ou une sélection de variante), suivi d’un export manuel, et c’est pénible.
j’ai rencontré pas mal de crashes, surtout en appliquant des contraintes sur des assemblages

Du coup, j’ai voulu passer à de la création de modèle basée sur du code. Pour plusieurs raisons :

Le code, c’est versionnable et ça ne prend pas de place
Le code, c’est révisable (il existe des outils de comparaison de modèles 3D, qui coûtent certainement une blinde parce que c’est sur devis)
Le code, c’est logiquement manipulable de l’extérieur : prendre un bout par-ci, composer avec ce machin-là
Je m’attends, peut-être à tort, à une stabilité supérieure à celle d’un outil graphique où on clique partout pour dessiner sur ce que l’on voit (sans basher, c’est compliqué de faire un outil efficace, stable, simple avec une UI)

Donc : OpenSCAD !

OpenSCAD

OpenSCAD est un outil de création de modèle 3D où on tape du code, utilisant la CSG : Géométrie de construction de solides.

L’idée de base, c’est d’appliquer des opérations simples sur des formes simples pour en faire des modèles complexes.

Je suis une quiche en maths, donc je n’ai pas creusé sur un usage avancé.

Les pour :

la syntaxe est simple et compréhensible (OpenSCAD a son propre langage)
l’éditeur de code est pourri simple, mais OpenSCAD supporte le rechargement automatique : du coup, j’édite avec un autre éditeur qui me donne de l’auto-complétion, tout en gardant l’aperçu du résultat dans la fenêtre d’OpenSCAD
l’apprentissage des commandes de base est facile : il y en a peu
via la CLI, on peut exporter des modèles et des aperçus en png
il est possible d’organiser son code en modules, c’est cool :)
la communauté a créé plein de librairies pour aider à la construction (ex : BOSL2)
c’est facile de débugger visuellement son code : un # devant une ligne et la forme associée apparait en rouge dans la prévisualisation
FreeCAD est compatible : ouvrez un fichier OpenSCAD avec et il reconstruira au mieux le modèle

Les contre :

on ne manipule que des formes primitives (cubes, sphères, cylindres, etc.). À moins d’utiliser des librairies, le moindre chanfrein demande un peu de réflexion et quelques lignes de code.
pas de B-Rep pour l’export (donc, pas de STEP), uniquement des maillages (stl, obj, amf…)
il n’est pas possible d’assigner des résultats à des variables (ex : générer une sphère et s’en re-servir). Donc au bout d’un moment, c’est lent
le rendu peut être extrêmement lent sur des pièces qui ont un peu de manipulations.
il n’y a pas de système de gestion de dépendence, donc suivant le moment où vous avez récupéré une librairie, vous n’aurez pas les mêmes résultats que le collègue qui a une autre version. À moins de la versionner (en entier, ou d’utiliser des submodules Git). Une tentative a été faite d’utiliser le service de RubyGems pour ça, mais même si sur le principe ça fonctionne, ça reste bancale (et pollue RubyGems avec des packages openscad)

Un bout de code OpenSCAD :

union(){
  translation = box_wall_thickness + assembly_play;
  // Base
  translate([translation , translation , 0])
    roundedCube(size=[slot_width, slot_width, slot_height], r=slot_radius, sidesonly=true);
  translate([0, 0, slot_height - box_wall_thickness])
    chamferedRoundedBox(
      x = box_width,
      y = box_width,
      z = box_wall_thickness,
      r = box_radius
    );
}

Bon moi, je veux du Step :)

Donc: CadQuery !

CadQuery

CadQuery (dépôt Git), c’est du Python. Donc bah, on peut s’imaginer la facilité de gestion de dépendances, la modularité, le partage de librairies, etc…

Par contre, c’est juste une librairie ; il faut un éditeur pour afficher les aperçus : cq-editor ou un plugin pour VSCode (si vous utilisez VSCodium comme tout être humain sensé, c’est plus pénible : vous allez devoir utiliser le dépôt Git, et vous débrouiller pour les dépendences. Mais c’est faisable)

Le moteur de rendu, c’est OpenCascade, comme pour FreeCAD, donc on parle maintenant de B-Rep, à la différence d’OpenSCAD

Tous les exemples sont assortis d’une visualisation 3D, c’est top !

Coté syntaxe, le principe, c’est de chaîner ses méthodes, et pour le coup, je ne trouve pas ça très naturel, donc j’ai arrêté très rapidement.

Petits bouts de code quand même :

thickness = 0.5
width = 2.0
# Une plaque verticale de 2x2x0.5mm, avec un trou de 0.5mm centré
result = Workplane("front").box(width, width, thickness).faces(">Z").hole(thickness)

# Un truc étrange, dans les exemples
result = (
    cq.Workplane(origin=(20, 0, 0))
    .circle(2)
    .revolve(180, (-20, 0, 0), (-20, -1, 0))
    .center(-20, 0)
    .workplane()
    .rect(20, 4)
    .extrude("next")
)

Mais Build123d alors !

Build123d

Build123d (dépôt Git), c’est toujours dessiner en 3D, en python, mais avec deux approches : un mode builder, similaire à OpenSCAD, et un mode algebra, plus proche de la programmation procédurale.

Le moteur de rendu, c’est aussi OpenCascade, comme pour CadQuery et FreeCAD, donc on fait aussi du B-Rep.

Pour le moment, je suis dans le process de terminer le modèle “Gridfinity”, donc je n’ai pas encore fait de génération en CLI, mais à priori, c’est possible.

Les pour :

la doc est bien faite, assortie d’exemples 3D, de rendus et de tutos
vu qu’on code pour faire du B-Rep, on peut exporter (entre autres) du STEP o/
on peut faire des screenshots de qualité (leur doc en contient plein)
je trouve la syntaxe sympa, et suivant le besoin, bosser avec un mode ou l’autre, c’est chouette
le débug se fait plutôt facilement (pas aussi aisé qu’avec OpenSCAD, celà dit)
on peut assigner des résultats à des variables pour éviter des re-calculs
pour les préviews, il y a un fork de cq-editor qui prend en charge les modèles Build123d en plus des modèles CadQuery (j’utilise, avec un éditeur à côté, comme pour OpenSCAD). Le “bundle” sur github inclut quelques librairies supplémentaires. Sinon, le plugin VSCode pour CadQuery supporte aussi Build123d
on peut écrire des tests (je ne me suis pas penché là-dessus, mais bon, un gros point en plus)
Il y a des sélecteurs pour à peu près tout (vertices, arêtes, faces) et des méthodes pour réaliser des opérations dessus (yay ! des chanfreins faciles !)
on peut partir avec des primitives et les manipuler, comme dans OpenSCAD
on peut dessiner soi-même des lignes en spécifiant leurs points, puis appliquer des opérations dessus
on peut importer des formats 2D et bosser dessus (j’ai vu passer des exemples avec du SVG)
il est possible de créer des modèles avec CadQuery et les continuer avec build123D
…

Les contre :

le temps d’apprentissage est plus long qu’avec OpenSCAD, je jongle encore avec la doc et mon code
j’ai pu noter des différences de comportement pour la même méthode, suivant qu’on soit en mode builder ou algebra
comprendre pourquoi une opération n’est pas possible n’est pas toujours simple

Rien n’est parfait. Il y a certainement d’autres soucis ou points de friction, mais pour le moment, ça va dans l’ensemble

Une plaque avec un trou, en mode builder :

length, width, thickness = 80.0, 60.0, 10.0
center_hole_dia = 22.0

with BuildPart() as ex2:
    Box(length, width, thickness)
    Cylinder(radius=center_hole_dia / 2, height=thickness, mode=Mode.SUBTRACT)

La même en mode algebra :

length, width, thickness = 80.0, 60.0, 10.0
center_hole_dia = 22.0

ex2 = Box(length, width, thickness)
ex2 -= Cylinder(center_hole_dia / 2, height=thickness)

Autres

Il existe d’autres outils pour faire de la 3D paramétrique, j’ai pu essayer un peu un plugin pour Blender : CAD Sketcher. C’est prometteur si vous êtes à l’aise avec Blender, et ce n’est pas mon cas.

AstoCAD est un fork de FreeCAD, payant, qui reverse ses correctifs et améliorations au projet après un certain temps. C’est un abonnement à l’année, je n’ai donc pas essayé, trouvant le prix trop élevé juste pour tester.

Je suis tombé sur PartCAD (docs et dépôt Git), un “standard de documentation de produits manufacturables”, ce sera ma prochaine étape.

Manyfold est un service opensource en Ruby (on Rails) de gestion et partage de modèles 3D. Une partie fédération est en cours de développement avec ActivityPub.

Il y a aussi SolveSpace pour dessiner des modèles paramétriques, qui m’a été remonté pendant l’écriture de l’article.

Pour visualiser les fichiers 3D, j’utilise Mayo principalement, et MeshLab me permet de corriger des modèles récupérés sur internet.

Et du coup ?

Mon point de vue sur ces outils n’engage que moi, je pense qu’il faut tester pour adopter.

J’utilise encore beaucoup FreeCAD, c’est un outil vraiment bien. Je m’en sers principalement pour des modèles qui ne bougeront pas trop, ou pour des modèles pour lesquelles dessiner des esquisses est encore indispensable pour moi (gérer des splines de tête, c’est pas encore ça).

OpenSCAD, c’est top pour des petites pièces simples : en quelques lignes on a un résultat.

Build123d, j’ai l’impression que c’est l’outil qui remplacera OpenSCAD quand je serais à l’aise avec. L’export en STEP est vraiment un plus.

Résultats de l’exercice

FreeCAD

La feuille de calcul pour les paramètres :

Prévisualisation FreeCAD avec les deux modèles :

OpenSCAD

Grille 3x2 :

Boite 2x2 :