超级好用的参数化3D CAD 建模图形库 (CadQuery库介绍)

CadQuery 库详细介绍​

​CadQuery​ ​ 是一个基于 ​​Python​ ​ 的 ​​参数化 3D CAD 建模​ ​ 库,允许用户通过编写代码(而不是传统 GUI)来创建精确的 ​​3D 模型​ ​。它特别适用于 ​​自动化设计、机械工程、3D 打印​ ​ 等场景,提供强大的 ​​程序化建模​​ 能力。


​1. CadQuery 的核心特点​

✅ ​​基于 OpenCASCADE(OCCT)​ ​:底层使用工业级几何引擎,确保高精度建模。

✅ ​​链式 API​ ​:类似 jQuery 的语法,代码简洁直观。

✅ ​​参数化设计​ ​:支持变量、循环、条件判断,便于快速迭代设计。

✅ ​​支持多种导出格式​ ​:STL、STEP、OBJ、SVG 等,兼容主流 CAD 软件(如 FreeCAD、SolidWorks)。

✅ ​​与 Python 生态集成​​:可结合 NumPy、Matplotlib 等库进行高级计算和可视化。


​2. 基本概念​

​(1) Workplane(工作平面)​

CadQuery 的所有建模操作都从 Workplane 开始,它定义了初始坐标系(如 "XY""XZ""YZ")。

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python

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import cadquery as cq

# 在 XY 平面上创建一个矩形
result = cq.Workplane("XY").rect(10, 20)

​(2) 基本几何体​

  • box():立方体
  • cylinder():圆柱
  • sphere():球体
  • lineTo() / polyline():绘制 2D 轮廓并拉伸
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# 创建一个 10x20x5 的长方体
box = cq.Workplane("XY").box(10, 20, 5)

​(3) 布尔运算​

  • cut():差集(挖孔)
  • union():并集(合并)
  • intersect():交集
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# 在立方体上挖一个圆柱孔
result = box.faces(">Z").circle(3).cutThruAll()

​(4) 倒角 & 圆角​

  • fillet():圆角(对边进行平滑处理)
  • chamfer():倒角(斜切边)
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# 对立方体的所有垂直边进行圆角处理
result = box.edges("|Z").fillet(1.0)

​(5) 拉伸 & 旋转​

  • extrude():拉伸 2D 轮廓
  • revolve():旋转 2D 轮廓
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# 绘制一个圆并拉伸成圆柱
result = cq.Workplane("XY").circle(5).extrude(10)

​3. 进阶功能​

​(1) 参数化建模​

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length = 30
width = 20
height = 10

# 使用变量定义模型
box = cq.Workplane("XY").box(length, width, height)

​(2) 复杂轮廓(2D 草图)​

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# 绘制一个 L 形轮廓并拉伸
result = (
    cq.Workplane("XY")
    .moveTo(0, 0)
    .lineTo(10, 0)
    .lineTo(10, 5)
    .lineTo(5, 5)
    .lineTo(5, 10)
    .lineTo(0, 10)
    .close()
    .extrude(2)
)

​(3) 阵列(Pattern)​

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# 在立方体上打 4 个孔
result = (
    cq.Workplane("XY")
    .box(20, 20, 5)
    .faces(">Z")
    .rarray(8, 8, 2, 2)  # (x间距, y间距, x数量, y数量)
    .circle(2)
    .cutThruAll()
)

​(4) 导出模型​

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python

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# 导出为 STL(3D 打印)
cq.exporters.export(result, "model.stl")

# 导出为 STEP(CAD 软件兼容)
cq.exporters.export(result, "model.step")

​4. CadQuery vs. OpenSCAD​

​特性​ ​CadQuery​ ​OpenSCAD​
​语法​ Python(更灵活) 专用语言(较局限)
​建模方式​ 链式 API 函数式编程
​几何引擎​ OpenCASCADE(OCCT) CGAL
​学习曲线​ 中等(需 Python 基础) 较陡(新语法)
​社区支持​ 活跃(GitHub、论坛) 较成熟
​适用场景​ 机械设计、参数化建模 简单 3D 打印模型

​5. 适用场景​

  • ​机械零件设计​(齿轮、支架、外壳)
  • ​3D 打印模型优化​(参数化调整尺寸)
  • ​自动化建模​(批量生成变体模型)
  • ​教育​(学习 CAD 与编程结合)

​6. 学习资源​

  • ​官方文档​:CadQuery GitHub
  • ​示例库​:CadQuery Examples
  • ​FreeCAD 插件​:可在 FreeCAD 中使用 CadQuery 脚本

​总结​

CadQuery 是 ​​程序化 CAD 建模​ ​ 的强大工具,适合 ​​工程师、设计师、开发者​​ 使用 Python 创建精确的 3D 模型。如果你熟悉 Python 并希望摆脱传统 CAD 软件的 GUI 限制,CadQuery 是一个绝佳选择! 🚀

​试试这个简单示例:​

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python

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import cadquery as cq

# 创建一个带孔的 L 形支架
model = (
    cq.Workplane("XY")
    .box(20, 20, 5)  # 底座
    .faces(">Z")
    .rect(15, 15)
    .extrude(10)     # 凸台
    .edges("|Z")
    .fillet(2)       # 倒角
    .faces(">Z")
    .hole(5)         # 钻孔
)

# 导出 STL 文件
cq.exporters.export(model, "bracket.stl")

运行后,你会得到一个可用于 3D 打印的模型!

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