挖洞與切除

在 3D 模型設計中，為了各種理由，經常會需要挖洞，CadQuery 在這方面提供了許多選擇，例如在 2D 操作後擠出、在 3D 建構切除，或者透過一些高階的 API 來處理。

2D 減集

在〈基本 2D 操作〉就看過了，2D 操作若構成了兩個以上的封閉曲線，若其中一個封閉曲線涵蓋了其他封閉曲線，在擠出時，其他封閉曲線會用來挖洞，其中舉了幾個例子，像是在建立大圓後，透過 center 指定圓中的位置建立方形，或者透過 forConstruction 僅建立幾何資訊，取得頂點位置來建立方形，擠出後的圓中就會有方形的洞。

如果已知一組要挖洞的點，可以透過 pushPoints 加入 Workplane 的堆疊，然後用來建立幾何資訊，例如，在大圓內側沿著小圓挖 24 個洞：

from math import cos, sin, pi
import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 8
r3 = 1
n = 12
thickness = 1

a_step = 2 * pi / n 

points = [(r2 * cos(i * a_step), r2 * sin(i * a_step)) for i in range(n)]

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .pushPoints(points)
            .circle(r3)
            .extrude(thickness)
        )

這會顯示以下的模型：

挖洞與切除

接下來的示範，建立的模型都會像上圖。

若是圓形的相關位置，也可以透過 polarArray 來指定，以上範例可以簡化如下：

import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 8
r3 = 1
n = 12
thickness = 1

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .polarArray(r2, 0, 360, n)
            .circle(r3)
            .extrude(thickness)
        )

如果你有使用過其他 CAD 軟體的經驗，也許直覺上，會建立一個 3D 物件，並以減集來達到目的，例如：

import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 8
r3 = 1
n = 12
thickness = 1

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .extrude(thickness)
        )

sticks = (cq.Workplane()
            .polarArray(r2, 0, 360, n)
            .circle(r3)
            .extrude(thickness)
            )

result = plate - sticks

show_object(result)

cut 相關方法

不過，CadQuery 可以直接用 2D 幾何資訊來作為切除的依據。例如：

import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 8
r3 = 1
n = 12
thickness = 1

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .extrude(thickness)
            .faces('>Z')               # 選擇 Z 正方向最遠的面
            .workplane()               # 建立一個工作平面
            .polarArray(r2, 0, 360, n) # 位置資訊
            .circle(r3)                # 建立 Wire
            .cutThruAll()              # 切穿
        )

cutThruAll 會利用尚未被處理的 Wire 來切穿實體，另一個跟切除有關的方式是 cutBlind，它就像是把 Wire 拿來 extrude，擠出後的結果會被用來切除實體，例如：

import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 8
r3 = 1
n = 12
thickness = 1

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .extrude(thickness)
            .polarArray(r2, 0, 360, n)
            .circle(r3)
            .cutBlind(thickness)
        )

如果 cutBlind(thickness) 改成 cutBlind(thickness / 2)，就不會切穿了：

挖洞與切除

hole 相關方法

單純就挖洞而言，Workplane 可以直接使用 hole 方法：

import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 8
r3 = 1
n = 12
thickness = 1

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .extrude(thickness)
            .faces('>Z')
            .workplane()
            .polarArray(r2, 0, 360, n)
            .hole(r3 * 2) # 指定直徑
        )

如果不想打穿，hole 有個 depth 可以指定深度。

Workplane 還有兩個挖洞的方法，可以用來埋頭孔，通常作為鎖螺絲後可以藏起螺絲頭的孔，cboreHole 可以建立圓柱形的平底孔，例如，將上例的 hole(r3 * 2) 改為 cboreHole(r3, r3 * 2, thickness / 2)，可以看到：

挖洞與切除

cskHole 可以用來建立圓錐形孔，例如將上例的 hole(r3 * 2) 改為 cskHole(r3, r3 * 2, 45, thickness / 42)，可以看到：

挖洞與切除

說是打洞，這些方法也不只可以用來打洞，例如：

import cadquery as cq

r1 = 10
r2 = 1
n = 12
thickness = 1

plate = (cq.Workplane()
            .circle(r1)
            .extrude(thickness)
            .faces('>Z')
            .workplane()
            .polarArray(r1, 0, 360, n)
            .hole(r2 * 2)
        )

這會構成以下的效果：

挖洞與切除

CadQuery 因為 API 豐富，一個模型可以有多樣化的建構方式，沒有一定要怎麼做，以清楚易懂為主，例如，以下的程式碼會建立打穿的立方塊模型：

import cadquery as cq

w = 1
half_w = w / 2

box = (cq.Workplane()
            .box(w, w, w)
            .faces('+X')
                .workplane()
                .hole(half_w)
            .faces('+Y')
                .workplane()
                .center(half_w, 0)
                .hole(half_w)
            .faces('+Z')
                .workplane()
                .center(0, -half_w)
                .hole(half_w)
        )

這會顯示以下結果：

挖洞與切除

然而，平面的選擇與中心的處理有點麻煩，不如用以下的程式碼會好懂一些：

import cadquery as cq

w = 1

cylinder = (cq.Workplane()
                .circle(w / 4)
                .extrude(w)
                .translate((0, 0, -w / 2))
            )

cylinders = (cylinder + 
                cylinder.rotate((0, 0, 0), (1, 0, 0), 90) +
                cylinder.rotate((0, 0, 0), (0, 1, 0), 90)
                )
                
box = cq.Workplane().box(w, w, w) - cylinders

show_object(box)

雖然 CadQuery 鼓勵使用方法鏈，不過別過火了，適當地建立各個部件，或者是將相關模型的建立邏輯，封裝函式甚至類別，讓程式碼容易理解，會是最重要的。