CadQuery, OpenSCAD, FreeCAD: три способа делать параметрические модели кодом

Параметрическое моделирование кодом — отдельный мир CAD, в котором деталь описывается не мышкой по чертежу, а программой. У такого подхода своя ниша: повторяющиеся семейства деталей, генеративный дизайн, автоматические сборки от ИИ. Сравнение трёх популярных свободных инструментов — OpenSCAD, CadQuery и FreeCAD — наглядно показывает, чем отличаются их подходы и под какие задачи каждый годится. Параметрический STEP без ручного кода отдаёт, например, НейроИнженер.

Короткий итог

Свойство	OpenSCAD	CadQuery	FreeCAD
Геометрическое ядро	CGAL, CSG	OCCT, BRep	OCCT, BRep
Язык описания	Собственный DSL	Python	Python + GUI
Экспорт в STEP	Нет (только STL)	Да	Да
GUI	Минимальный	Нет (есть CQ-editor)	Полноценный
Кривая обучения	Полчаса	Несколько часов	Дни
Подходит для	Прототипы под FFF	Промышленные детали	Сборки, чертежи

OpenSCAD: самый простой вход

OpenSCAD появился в 2009 году и стал первым массовым инструментом «программного CAD» для домашних 3D-принтеров. Идея проста: деталь — это композиция базовых примитивов (cube, sphere, cylinder) и булевых операций (union, difference, intersection). Внутри — ядро CGAL, которое умеет считать булевы операции над сетками.

// Кронштейн 60×40, толщина 5, отверстие М4
difference() {
    cube([60, 40, 5]);
    translate([30, 20, -1])
        cylinder(h = 7, d = 4.25, $fn = 32);
}

Файл занимает шесть строк, понятен с первого взгляда, превращается в STL за секунду. Это сила OpenSCAD.

Слабость — в той же простоте. CSG-операции — это «вычитание сетки из сетки», а не работа с гранями. Скруглить отверстие radius фаской можно через minkowski sum, но это будет долго (секунды на простую деталь, минуты на сложную) и неточно. Экспорт в STEP отсутствует как класс: OpenSCAD не знает понятий «грань» и «BRep» — то, что у него есть, это всегда сетка.

Когда OpenSCAD — правильный выбор

• Прототипы под FFF, которые проживут на чьём-то столе и в архив.
• Параметрические библиотеки сообщества (Thingiverse, Printables) — .scad файл переменных, и сразу пять вариантов размера.
• Учебные задачи: «объяснить ребёнку, как кодом строится 3D».

Когда он сломается

• Деталь идёт на фрезеровку: ЧПУ-программист ждёт STEP, а STL не возьмёт.
• Нужны фаски сложной формы или органические переходы.
• Деталь нагружена и требует расчёта, для которого нужна параметрическая геометрия.

CadQuery: BRep на Python

CadQuery работает на ядре OpenCascade (OCCT) — том самом, что внутри FreeCAD и большинства коммерческих CAD. Геометрия в OCCT — это BRep: грани, рёбра, вершины, аналитические формы.

Тот же кронштейн на CadQuery выглядит иначе:

import cadquery as cq

bracket = (
    cq.Workplane("XY")
      .box(60, 40, 5)
      .faces(">Z")
      .workplane()
      .center(0, 0)
      .hole(4.25)
      .edges("|Z")
      .fillet(3)
)
cq.exporters.export(bracket, "bracket.step")

Файл длиннее, но получает на выходе настоящий STEP с гранями и скруглениями. Метод fillet(3) создаёт настоящую цилиндрическую фаску, а не аппроксимированную сетку. Метод faces(">Z") — это селектор: «выбери верхнюю грань». Селекторы — главное удобство CadQuery; они позволяют ссылаться на геометрию по смыслу, а не по координатам, что важно при параметризации.

Где CadQuery выигрывает

• Полноценный STEP, годный к импорту в любой CAD.
• Python — без отдельного DSL и сообщества, любые библиотеки подключаются через pip.
• Скрипт легко параметризовать: размеры, материалы, варианты посадок — переменные в начале файла.
• Подходит для автоматизированной генерации: модель из ИИ-генератора, набор деталей по таблице Excel, регрессионные тесты на CAD.

Где он раздражает

• Селекторы хороши, пока геометрия простая. На сложной детали выбор «именно той грани» становится перебором и хаком вроде .faces(">Z").faces("<X").
• Нет встроенного GUI — есть CQ-editor (Qt-окно с превью), но это инструмент разработчика, а не дизайнера.
• Отладка ошибок OCCT не самая приятная: сообщения иногда обрезаны и не показывают, на какой именно операции деталь развалилась.

Когда CadQuery — правильный выбор

• Промышленные детали, идущие на ЧПУ или к подрядчику в STEP.
• Конвейерная генерация: ИИ-ассистент, который выдаёт STEP по описанию (это, например, движок НейроИнженер).
• Кодовые библиотеки крепежа, профилей, корпусов — где важно переиспользование и автоматические тесты.

FreeCAD: GUI поверх того же OCCT

FreeCAD — отдельная категория. Это полноценный CAD с GUI, эскизами, деревом построения, чертёжной мастерской, симуляцией FEA и ЧПУ-постпроцессором. Внутри — тот же OCCT, что у CadQuery, но доступ к нему — через стандартный CAD-интерфейс. Параметризация в FreeCAD делается через переменные «Spreadsheet» (встроенная табличка) или через Python-скрипты в режиме console / macros.

# Тот же кронштейн в макро FreeCAD
import Part, FreeCAD as App
doc = App.newDocument()
box = doc.addObject("Part::Box", "Bracket")
box.Length = 60; box.Width = 40; box.Height = 5
hole = doc.addObject("Part::Cylinder", "Hole")
hole.Radius = 2.125; hole.Height = 7
hole.Placement.Base = App.Vector(30, 20, -1)
cut = doc.addObject("Part::Cut", "Result")
cut.Base = box; cut.Tool = hole
doc.recompute()
Part.export([cut], "bracket.step")

Код в макросе FreeCAD ближе по объёму к OpenSCAD, но геометрия — настоящая BRep. Плюс макрос можно открыть в GUI и продолжать редактировать руками.

Где FreeCAD незаменим

• Сборки нескольких деталей с зависимостями (Assembly4 workbench).
• Подготовка чертежа с размерами и допусками: TechDraw workbench.
• Подготовка ЧПУ-программы для фрезеровки: Path workbench.
• Когда нужна и графическая работа в окне, и параметризация кодом.

Где он сложнее, чем хочется

• Историческое наследие: разные «мастерские» сделаны разными командами, UX между ними не однороден.
• Параметризация через таблицу удобна для нескольких размеров; для динамического кода уже выгоднее CadQuery или код-only воркфлоу.
• Сообщество русскоязычной документации меньше, чем у КОМПАС-3D или Fusion 360.

Чем платишь за «код вместо мышки»

Программное CAD-моделирование экономит время на повторе и параметризации. Но за это есть цена:

• Никаких эскизов «на глаз». Все размеры — числами с самого начала. Это плюс для технического конструктора и минус для скульптора.
• Дольше первая деталь. Простой кронштейн в Fusion 360 рисуется за 3 минуты. На CadQuery — за 10, пока вспомнишь селекторы.
• Десятая деталь в семействе — мгновенно. Параметризованный код выдаёт всю серию по таблице. В GUI ту же серию пришлось бы перерисовывать.

Граница рентабельности проходит примерно по пятой детали в семействе. Меньше — быстрее в GUI; больше — выигрывает код. Это та самая зона, где ИИ-генератор имеет смысл: он строит первую модель кодом, дальше её можно либо открыть в FreeCAD и доработать GUI-инструментами, либо продолжать править параметры скрипта. Подробнее о том, что имеет смысл отдавать ИИ, а что лучше делать руками — в отдельной статье.

Что выбрать новичку

Сетка решений простая:

• «Нужен STL под мой принтер, быстрее научиться». OpenSCAD. Полчаса — и первая деталь уже на столе.
• «Хочу делать STEP, чтобы отдавать подрядчикам, плюс генерировать варианты». CadQuery. На Python это занимает час, и дальше серия строится автоматически.
• «Нужна сборка, чертёж и потом ЧПУ». FreeCAD. Один инструмент закрывает все этапы.

Все три можно учить параллельно: они не противоречат друг другу. STL из CadQuery открывается в OpenSCAD как сетка, STEP из FreeCAD читается всеми, скрипты CadQuery запускаются внутри FreeCAD как обычный Python-макрос.