FreeCAD中文教程：从参数化建模到3D打印的完整工作流指南

简介：FreeCAD 中文翻译教程是一份面向零基础用户的完整入门手册，内容源自官方 FreeCAD 文档 wiki，解决了英文教程阅读门槛高、新手难以梳理知识体系的问题。手册采用循序渐进的组织方式，通过参数化建模与传统造型的对比，让读者直观理解高度、宽度、长度等参数如何驱动三维模型变化；每个主题均配有操作说明，而非空谈概念。内容覆盖安装、3D 视图导航、工作台使用、参数对象界面、自定义界面、导入导出等基础模块，并延伸到 FEM 有限元分析、Cura 插件、Python 脚本、BIM 建模、生成 G 代码、2D 图纸输出与电子表格操作等进阶方向，同时兼顾为 3D 打印准备模型、导出到切片器等实际流程，目录层次分明，可作系统学习主线，也可按主题速查。资源包仅含 1 个 PDF 文件，约 14.8MB，便于离线阅读。目前已有 10800 余人学习下载，是搭建 FreeCAD 知识框架、随后深入实践的中文参考。

1. FreeCAD 中文教程：为什么说这份翻译版比 wiki 更适合当入门书

翻遍 FreeCAD 官方 wiki 的新手，大多有过同样的经历：搜到一个词条，点开是十几个链接，看完更不知道下一步点哪里。这份《FreeCAD 中文教程》翻译版做的事情正好相反——把官方 wiki 按“安装 → 界面 → 建模 → 3D 打印 → 脚本”重排成一本连贯的手册，节奏慢、例子多、语气统一，适合第一次接触 FreeCAD 的人通读，也适合在 wiki 里迷路后回来翻的“二遍读者”。教程基于 0.16 稳定版编写，覆盖三平台安装、工作台体系、参数对象、网格转换、Slic3r/Cura 切片、G 代码，以及用 Python 操作对象的基础。想系统上手参数化建模的人，从头读一遍比零散刷词条效率高得多。

2. 跨平台安装与首选项：三平台部署细节和六个必调参数

安装本身不难，难的是装完不知道哪些选项该动、哪些默认值会埋坑。这一章把三平台安装路线和六个必调参数讲清楚，后面所有建模操作都建立在这套环境上。装完之后建议按 2.2 把首选项过一遍，尤其是崩溃恢复和单位这两项，等出问题再回头改就晚了。

2.1 Windows、Linux、macOS：三种安装路线的选择

Windows 上最简单。从官方下载页面拿到对应 32 位或 64 位的 .exe 安装包，双击运行，接受 LGPL 许可，路径保持默认即可。安装过程中会捆绑几个附加组件，包括 Python 编程相关支持，直接跟着装完就行。装好后开始菜单里能找到 FreeCAD 图标，第一次启动进入开始中心页面。要注意的是安装时不需要设置 PYTHONPATH 环境变量，除非你要做高级的嵌入式开发，普通用户动这个变量反而容易把系统 Python 环境搞乱。

Linux 发行版走软件管理器。以 Ubuntu、Fedora、OpenSUSE、Debian、Mint 这些主流发行版为例，直接打开软件管理器搜索 “freecad”，点安装就完成。图形界面虽然不同，本质都是调用发行版维护的 FreeCAD 包。发行版打包通常会滞后几个版本，如果你的项目需要比较新的功能，可以用社区维护的每日构建源。Ubuntu 系常见的做法是添加一个个人包档案（PPA），命令长这样：

sudo add-apt-repository ppa:freecad-maintainers/freecad-daily sudo apt update sudo apt install freecad-daily

第一行把社区维护的 FreeCAD 每日构建源加入 apt 源列表，第二行刷新软件包索引，第三行安装每日构建版本。注意ppa:后面的源标识以 FreeCAD 社区当前维护页面为准，不同时期会调整；这个源里装出来的是开发版，适合尝鲜，不建议拿来做重要生产文件。如果你要的是稳定版，直接从发行版软件管理器装就好。

macOS 上稍微绕一点。从下载页面拿到对应版本的压缩包，解压后把 FreeCAD.app 拖进 Applications 文件夹即可，不需要安装器。但社区里用 Mac 的人相对少，macOS 的预编译包通常会比 Windows/Linux 版本落后几个版本，这是正常现象。如果首次启动被系统拦住，是因为 macOS 对非 App Store 应用有权限限制，需要到系统设置里手动放行，这个操作在第 5 章排查里会详细说。另外 FreeCAD 是 LGPL 许可，你可以免费下载、安装、重新分发，用它做商业或非商业项目都行，唯一禁止的是声称你自己写了 FreeCAD。

三平台选型差异可以看这个表：

开发版还有一个更省事的用法：它以 .zip 或 .7z 压缩包形式提供，不需要安装，解压后直接双击里面的可执行文件就能启动。这带来一个实际好处——你可以把稳定版和开发版同时放在一台机器上，稳定版负责正式项目，开发版用来试新功能，互不干扰。删掉它只需要删那个文件夹。

2.2 基本首选项：语言、单位、崩溃恢复六个必调参数

装完 FreeCAD 不要急着画图，先打开“编辑 → 首选项”过一遍。六个参数值得现在就调，后面省事。

第一个是语言。FreeCAD 会自动选择操作系统语言，但完整翻译的语种只有五六种，中文属于部分翻译，菜单里会出现中英混杂。我的习惯是保留中文界面，遇到看不懂的术语时切回英文对照，两个界面切换成本很低。

第二个是启动行为。把“自动加载模块”勾上，再勾选“启动时创建文档”，FreeCAD 启动后会直接进入你上次使用的工作台并新建空白文档，跳过开始中心页面。做项目时每天要开软件十几次，这个设置能省下每次点击“新建文档”的功夫。

第三个是存储与崩溃恢复。FreeCAD 处理复杂布尔运算时偶尔会崩，这是参数化建模软件的通病。在存储选项里把自动备份间隔设短一些，崩溃后能找到恢复文件，算是一颗后悔药。默认设置偏保守，我一般会把备份间隔从默认值改到 10-15 分钟。

第四个是创作与许可。这里可以设置新建文件的默认版权和许可协议。做开源硬件或教学资料的话，建议默认选 Creative Commons 这类 copyleft 许可证；做商业项目就留默认即可。这个只是元数据，不影响建模功能，但能让后续文件分享更规范。

第五个是 Python 消息重定向。把“将 Python 消息重定向到输出视图”勾上。运行脚本报错时，错误信息会出现在报告视图里，而不是消失在控制台。对后面用 Python 自动化的人来说，这个开关等于把黑匣子打开了一条缝。

第六个是单位。默认单位制建议用毫米（mm）。FreeCAD 支持 MKS 等公制单位，但 3D 打印行业几乎全部以毫米为单位，切片器、打印机固件也都默认毫米。现在统一成毫米，后面导出 STL 进切片器就不会出现 10mm 变成 10 英寸这种尺寸翻车。

这个表格可以直接存下来对照：

2.3 卸载与版本管理：卸干净和双版本共存

卸载 FreeCAD 本身没什么特殊。Windows 用控制面板的“删除软件”，Linux 用安装它的软件管理器移除，macOS 把 Applications 里的 FreeCAD 拖进废纸篓。但有一个地方容易忽略：FreeCAD 的用户配置、宏脚本、附加组件存放在系统的用户目录下，卸载程序默认不清理这些数据。重新安装后会看到旧的首选项和宏，看起来像没卸载干净，这其实是用户数据残留，属于预期行为。如果确实想彻底清掉，要手动删对应的用户配置目录，具体路径在帮助菜单的“关于”里能看到。

版本管理上我不只用一个版本。稳定版 0.16 装在系统里处理正式项目，开发版放在独立目录里，偶尔启动看看新功能。这样分配有几个实际好处：开发版崩溃不影响稳定版配置，两个版本可以对比同一个模型的兼容性，而且解压版想删就删，连卸载步骤都省了。“安装附加内容”也值得单独说，FreeCAD 的附加组件管理器里可以一键安装额外的宏和工作台，Cura 的联动插件就是从这里装的，第 4 章切片环节会用到。

三平台安装到这里就完整了。安装只是起点，下一章进入真正的核心：怎么在 3D 视图里走位、怎么选对象，以及 FreeCAD 最关键的“参数对象”到底是怎么运作的。

3. 界面导航与工作台：3D 视图、对象选择和参数对象

进入 FreeCAD 的人首先面对的是一条学习曲线：界面分区、鼠标操作、工作台切换、对象树。这一章把 3D 视图里的导航逻辑、工作台体系讲清楚，然后把“参数对象”这个全软件最核心的概念拆开揉碎。理解概念比记住按钮位置更重要，按钮可以查，概念不通全是玄学。

3.1 在 3D 视图中导航：鼠标操作与对象选择

FreeCAD 的 3D 视图建立在一个三维直角坐标系上，X 轴水平、Y 轴纵深、Z 轴竖直，这和大多数 CAD 软件一致。3D 空间里定位物体的位置，本质就是指定 (x, y, z) 坐标和朝向。刚入门的用户不需要深究空间数学，但要知道你在视图里看到的每一个物体，背后都有一个坐标和一组方向参数。

鼠标操作是导航的基础。FreeCAD 的默认导航方式是 CAD 导航，和商业 CAD 软件的肌肉记忆一致：

旋转视图时如果发现转轴奇怪，原因多半是视图中心点和选中对象不重合。我的习惯是操作前先选中目标对象，然后按视图菜单里的“适配视图”，让视口自动框选对象，再旋转就自然了。框选和 Ctrl 加选在对象树上也能用。选中一个对象后，左下角的属性编辑器会显示它的参数；选中面或边时，状态栏会显示对应的几何信息。

界面布局上，左侧是组合视图（包含树视图和属性编辑器），右侧是 3D 视图，底部是报告视图和 Python 控制台。初学者最容易忽略的是组合视图顶部的两个标签页：“模型”和“任务”。建模时大部分约束和参数输入都在“任务”页签里完成，完成一次操作后要点“确定”或按 Esc 退出任务面板，否则 3D 视图里的某些操作会被面板挡住。自定义界面也不复杂，工具栏可以右键调出更多选项，工作台通过下拉菜单或快捷键切换。教程里建议的“自定义界面”操作，其实就是把自己常用的工具栏勾选出来，不需要写配置代码。

3.2 工作台体系：Part Design、CSG、FEM、BIM、2D 图纸

工作台是 FreeCAD 区别于普通 3D 建模软件的设计理念：不同任务对应不同的工具集，需要时切换工作台，而不是一个窗口塞下所有功能。初学者看到几十个工作台名会慌，实际常用的就那三四个。

传统造型（CSG 方式）属于 Part 工作台。CSG 全称是构造实体几何，思路是用简单实体通过布尔运算拼出复杂形状——一个盒子加一个圆柱，得到带柱子的底座；底座减去一个洞，得到安装孔。这种建模方式的优势是逻辑清晰、计算稳定，适合机械零件和结构件。Part 工作台里创建基础几何体，然后使用布尔运算的并、交、差集组合。

Part Design 是产品设计建模的主力。工作流程是：先在 Sketcher 工作台画二维草图，添加尺寸约束和几何约束，然后进入 Part Design 对草图进行拉伸（Pad）、旋转（Revolution）、挖槽（Pocket）等特征操作。每个特征都是独立的参数对象，改动草图的尺寸，后续特征自动更新。这种“草图 → 特征 → 实体”的链路，是参数化建模的标准范式。

其他工作台按需使用：Draft 做传统的 2D 绘图和建筑平面；FEM 做有限元分析，可以在模型上施加固定约束和载荷，查看应力分布；BIM 面向建筑信息模型，可以从 2D 平面生成墙、柱、楼板；TechDraw 生成带尺寸标注的 2D 工程图纸；CAM 工作台生成 G 代码用于数控加工。教程目录里的“生成 2D 图纸”“创建 FEM 分析”“BIM 建模”分别对应这些工作台。电子表格工作台也有用：在 Spreadsheet 里定义几个参数，然后让模型尺寸引用这些单元格，用表格驱动模型更新，适合参数化设计族。

所有工作台一目了然，但不需要全部记。新人先吃透 Sketcher + Part Design 的组合，再做 Part 的布尔操作，后面按项目需求扩展。

3.3 参数对象：砖块、柱子与可修改的几何

参数化建模的核心不是画图，而是定义参数。教程里用砖块举例：一块砖的形状由高、宽、长三个参数控制。在 FreeCAD 里创建一个参数化砖块对象，不只是生成了一个静态几何体，而是生成了一段“用参数计算几何”的小程序。任何时刻双击属性编辑器里的数值，几何会立即重算，这就是参数对象和普通网格对象的本质区别。

参数对象之间还可以组成参数链。比如“柱子”对象把砖块作为输入参数，柱子高度定了，它内部会计算需要用多少块砖、排列几层。修改砖块的尺寸，柱子自动重新生成。这种层级依赖是参数化建模最强大的武器：改上游参数，下游所有对象跟着变，不用手动逐个调整。

在 Part 工作台里新建一个 Box 对象，你会看到它的属性里有 Length、Width、Height 三项，这就是它的参数。在 Part Design 里画一个草图，草图上每个尺寸都是一个约束参数。选中有 Shape 属性的对象，属性编辑器里会列出它的所有可调参数，包括位置 Placement 和局部坐标。读取属性就是在这个面板里看数值，写属性就是修改数值并触发重算。这套“读属性/写属性”的概念在第 6 章会用 Python 再做一遍，到那时你会看到同一套操作脚本化的样子。

导入导出也属于这里。FreeCAD 原生格式是 .FCStd，但工程协作需要交换格式：STEP 用于机械 CAD 数据交换，IGES 用于曲面和曲线，STL 用于 3D 打印，DXF 用于 2D 矢量图。教程里“导入和导出到其他文件类型”一节列出的就是这些格式。每种格式用途不同，建模阶段用 STEP 保留实体信息，到打印准备阶段才转成 STL 网格。搞混这一步，后面的 3D 打印流程会出很多问题。

4. 3D 打印工作流：从网格转换到 G 代码

建模完成后，离 3D 打印还差两个关键步骤：把实体模型转成网格，再用切片器把网格变成 G 代码。这一章完整走一遍从 FreeCAD 原生格式到打印机能识别的 G 代码流程，参数全部可落地。凡是做过一次完整打印流程的人，都会对这章的坑有共鸣。

4.1 将对象转换为网格：导出 STL 前的三个参数

FreeCAD 的实体模型是 BREP 格式，数学上由精确曲面和边界表示。但 3D 打印切片器不认识 BREP，它们只认三角网格。这就是为什么打印前必须把对象转换为网格，最常见的网格格式就是 STL。STL 的概念很简单：用大量三角形面片近似一个曲面，三角形越多，近似越精确，文件也越大。

FreeCAD 的网格工作台专门干这件事。选中模型对象，通过菜单或网格工具将它转为网格，控制精度的关键参数有三个：线性偏差、角度偏差和相对表面积偏差。线性偏差控制三角形边长和原曲面之间的最大距离，值越小网格越密；角度偏差控制相邻三角形法线方向的变化上限，值越小曲面越光滑；相对表面积偏差是前两者的综合控制。三个参数是典型的取舍关系：精度高文件大、重算慢，精度低表面出现明显棱边。

我一般用 FreeCAD 默认的网格参数导出普通零件，只有在曲面外观要求高时才调低线性偏差。命令行批量转换也可以做，FreeCAD 带有FreeCADCmd命令行版本，适合在批处理脚本里转换多个文件：

FreeCADCmd -c "import Part, FreeCAD; \ doc = FreeCAD.open('bracket.FCStd'); \ Part.export(doc.Objects, 'bracket.stl')"

这段命令的含义是：用-c参数传入一段 Python 代码，第一行导入 Part 和 FreeCAD 模块；第二行用FreeCAD.open打开当前的 .FCStd 工程文件；第三行用Part.export把所有对象导出成一个 STL 文件。doc.Objects返回文档中的所有对象列表，如果只想导某一个零件，把这里换成doc.getObject("对象名称")即可，对象名称在属性编辑器的 General 标签里能看到。Windows 下命令名是 FreeCADCmd.exe，位于安装目录的bin文件夹，Linux 下直接用FreeCADCmd命令。

提示：STL 导出后不要直接开打印，先在网格工作台里用“网格评估”检查一下是否有破损面或非流形边，再交给切片器。

4.2 Slic3r 与 Cura：切片器和 Cura 插件的分工

切片器负责把 STL 模型切成一层层的路径，生成 G 代码。教程里出现了两个工具：Slic3r 和 Cura。这两个是开源社区最常用的切片器，定位略有差别。Slic3r 是独立开源项目，参数细、可编程性强，命令行支持成熟，适合需要精确控制切片参数的老手。Cura 有官方维护的 FreeCAD 插件，可以通过附加组件管理器安装，安装后 FreeCAD 里可以直接把模型发送到 Cura 进行切片，省去手动导出导入 STL 的步骤。

切片器的核心参数就那么几项，调好就能打：

切片器输出的是 G 代码，这是 3D 打印机通用的指令语言，包含 G 指令（直线移动、快速定位）和 M 指令（温度控制、电机启停）。你不需要手写 G 代码，但要能读懂开头几行的温度设置和最后的归位指令，排错时这些信息很关键。

4.3 导出到切片器与 G 代码：两种路径和检查点

从 FreeCAD 到 G 代码有两条路。路径 A 是通用流程：FreeCAD 导出 STL，然后把它导入 Slic3r 或 Cura 设置切片参数，输出 G 代码。路径 B 是直接用 FreeCAD 的 CAM 工作台生成 G 代码，适合 CNC 铣削，3D 打印场景用得少，但两者都值得知道。教程里的“使用 Slic3r”“使用 Cura 插件”“生成 G 代码”三节正好对应这两条路径。

路径 A 用命令行可以批量处理。Slic3r 支持命令行切片，适合批量生成 G 代码：

slic3r bracket.stl --layer-height 0.2 --fill-density 20% --export-gcode -o bracket.gcode

这里--layer-height 0.2把层高设为 0.2mm，--fill-density 20%设置 20% 的填充密度，--export-gcode告诉 Slic3r 输出 G 代码而不仅是预览切片路径，-o指定输出文件名。这四个参数是切片质量控制的主入口。如果你的电脑只有图形界面方式，那就打开 Slic3r 导入 STL，在界面右侧面板里把层高和填充密度改好，点“切片”后导出 G 代码，效果一样，只是没法批量跑。

进入切片器之前有三项检查，任何一个出错都可能浪费一整晚的打印时间。第一项是尺寸和单位：在 FreeCAD 里用测量工具确认模型最大尺寸在打印机打印范围内，默认单位必须是毫米。第二项是模型的朝向和悬空：把模型放在打印平台的合适位置，超过 45 度的悬空面要评估是否加支撑。第三项是导出前检查：网格是否有破面、法线方向是否正确，这一步可以在网格工作台里自动检查。

5. 常见问题排查：安装、建模、导出的五处踩坑记录

这一章是我自己从第一次装 FreeCAD 到真正打出一件合格零件，踩过最实在的几个坑。每条按“现象 → 原因 → 解决”呈现，不绕弯子。环境不同、版本不同，遇到的问题会有差异，但这五条覆盖面最广，甩给大部分新手基本都能对上号。

5.1 安装期：OpenGL 黑屏和 macOS 权限拦截

现象：在虚拟机里装 FreeCAD，启动后 3D 视图一片黑，菜单和树视图正常，但窗口中央什么都看不见。原因：FreeCAD 的 3D 视图依赖 OpenGL 硬件加速，虚拟机的默认显卡对 OpenGL 支持很有限，尤其在没有启用 3D 加速的虚拟机里，图形渲染基本失效。解决：优先在物理机上运行 FreeCAD；如果必须在虚拟机里用，在虚拟机设置里开启 3D 加速并安装增强工具；真的不行，去 FreeCAD 首选项的显示设置里关闭硬件加速，用软件渲染顶着用，大模型会卡，但至少能看见。

macOS 上是另一类问题。现象：从官网下载的 zip 解压后双击 FreeCAD.app，系统提示“无法打开，因为无法验证开发者”。原因：macOS 的 Gatekeeper 机制默认拦截非 App Store 分发的应用，FreeCAD 是开源软件，没有苹果开发者签名认证。解决：右键点击 FreeCAD.app 选择“打开”，在弹窗里确认打开；或到系统设置的“隐私与安全性”里找到“仍要打开”按钮，允许一次即可。这个坑本身不是 FreeCAD 的问题，但教程里明确提到了，说明确实有不少人卡在这里。

5.2 建模期：崩溃丢工作和单位混乱

崩溃是参数化软件的常态，FreeCAD 处理复杂布尔运算或超大网格时偶尔会闪退。现象：花了一小时建好的模型，一次布尔操作后软件没了，重新打开只有空文档。原因：FreeCAD 默认的自动保存间隔太长，甚至没有触发，崩溃前未保存的改动全部丢失。解决：提前在编辑 → 首选项 → 文档保存里把备份间隔缩短到 10 分钟，同时开启崩溃恢复选项。FreeCAD 崩溃后再次启动会提示找到恢复文件，按提示恢复即可。从那以后我每次都把 Ctrl+S 当成条件反射，隔几分钟按一次，这个习惯比任何自动保存都可靠。

单位混乱是另一个高频坑，尤其坑从商业 CAD 转过来的用户。现象：在 FreeCAD 里画了一个 10mm 的零件，导出 STL 后在切片器里显示成 25.4 倍大小。原因：模型实际被当成了 10 英寸，FreeCAD 首选项里的单位制没统一。解决：设计前先在编辑 → 首选项 → 单位里设置为毫米，所有导入的模型都检查一下尺寸。FreeCAD 支持在不同单位间转换，但导出 STL 时是按建模时的单位输出，建模单位错了后面全部白做。

5.3 导出期：STL 破面与网格文件膨胀

现象：STL 导入切片器后切片预览出现破洞，或者打印出的零件表面有层状台阶；另一个极端是导出的 STL 文件有几十 MB，切个片卡半天。原因：破面通常是网格导出参数设置不当，线性偏差太大导致曲面细分不足；文件膨胀则是因为偏差设得太小，三角形数量爆炸。解决：网格导出时用默认的线性偏差值，先评估后调整。如果只需要打印零件，0.1mm 的线性偏差对大多数零件足够了；对表面质量要求高的曲面，再逐步调低偏差直到肉眼满意，同时留意文件大小变化。导出后一定要在网格工作台里做一次破损检查，FreeCAD 可以自动识别非流形边和开口边，有问题当场修复。

6. 进阶技巧：用 Python 宏把重复导出流程一键自动化

如果你每周要导十几个零件给切片器，手动工作台操作会变成一种重复劳动：打开文件、选对象、转网格、导出 STL、再打开切片器……这套动作连续做十遍，人会麻木，而且容易漏掉某个对象。我后来写了一个简单的 Python 宏，把“打开 FCStd → 导出 STL”变成一步操作，在 FreeCAD 里一键运行，批量导出整个目录里的所有零件。

import os import Part import FreeCAD as App folder = os.path.expanduser("~/parts") for fname in os.listdir(folder): if fname.endswith(".FCStd"): doc = App.openDocument(os.path.join(folder, fname)) Part.export(doc.Objects, os.path.join(folder, fname[:-5] + ".stl")) print("exported:", fname)

脚本逻辑很直白：os.path.expanduser("~/parts")把~展开成当前用户目录，拼出存放工程文件的文件夹路径；os.listdir遍历文件夹下所有文件；遇到 .FCStd 后缀的就用App.openDocument打开；Part.export把文档里所有对象导出成同名 STL 文件；最后打印一行日志确认完成了哪个文件。参数说明：folder改成你自己的零件目录；fname.endswith的大小写敏感，如果你的工程文件后缀是大写的.FCStd也匹配；doc.Objects导出的是文档里所有对象，如果某个工程里有辅助参考体不想导出，改成doc.getObject("目标对象名")，只导那一个。

把这段代码保存为 .py 文件，在 FreeCAD 里通过“宏 → 执行宏”选择它即可运行。运行前把目录里待转换的 FCStd 文件备份一份，因为Part.export转换过程中如果遇到畸形对象会弹报错，虽然不会损坏原文件，但会让批处理中断。我一般在脚本里加一句try...except跳过报错继续跑，这样单个文件的网格问题不会阻塞整批导出。

导出之后我习惯顺手开一次 Slic3r 图形界面，导入几个 STL 确认尺寸和朝向，然后才交给打印队列。这套半自动流程不是多高级的技术，但每次交付前强制走一遍，再配合切片器预览检查，翻车概率明显降下来了。从那以后我每次做设计交付都坚持这个习惯：先批量导出，再逐个抽查，最后才进切片器。现在把这套脚本逻辑分享给你，它对你来说可能只是多一个工具，但对我来说，这是从手工劳动里省出来的时间。希望帮到你。

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