Процесс создания скрипки на Formlabs Form 2

Проектирование акустической скрипки по

технологии объемной печати (3D)

Чтобы оценить по достоинству наш белый фотополимер, инженер

«Formlabs» Брайан Чен поставил перед собой задачу создать полноценную акустическую

скрипку на 3D-принтере.

Мы скооперировались со скрипачом Реттом Прайсом с целью представления скрипки в

новом видео с исполнением авторской песни, написанной Реттом и записанной на скрипке,

которая создана по технологии объемной печати.

«Это была потрясающая возможность поработать с Брайаном и «Formlabs» в этом проекте, и

иметь шанс представить инструмент, на котором я уже играю 23 года, в такой современной

интерпретации», говорит Ретт. «Качество звука скрипки, сконструированной Брайаном было

невероятным, а технология абсолютно удивительной.»

Посмотрите и послушайте скрипку в действии в нашем новом видео с представлением

авторской песни в исполнении Ретта Прайса.Инженер «Formlabs» Брайан Чен о модернизации образа

Форма скрипки очень узнаваема. Она такая оставалась на протяжении столетий и едва ли

изменилась в дизайне. Музыка скрипки эволюционировала до такого высокого уровня, что

инструмент достиг практически легендарного статуса в нашей культуре.

Сложность при разработке акустического инструмента заключалась в потребности

воспроизведения аутентичного звука, без помощи усилителей, фильтров и прочих атрибутов,

которые могут быть использованы для электрического инструмента. Для скрипки, весь

корпус инструмента содействует звуку, как и геометрия, внутренняя структура и

характеристики материала – все задействованы в игре.

Несколько лет назад, я создал традиционную деревянную скрипку с элементами ручной

работы, которая основывалась на чертежах скрипки Гварнери из книги 1884 года 'Создание

скрипки по оригинальному и современному методу.' Эдвард Эрон Аллен. В этом году, я

попытался проделать аналогичное с современными инструментами проектирования и 3D-

печатью.

Традиционная структура скрипки

Скрипка приобрела органическую форму, которая тесно связана с ее функциями. Гриф

поддерживает четыре струны, которые протягиваются через струнодержатель, с нажатием на

полый корпус. 'Талия' скрипки позволяет древку смычка свободно двигаться.

Лицевая поверхность скрипки традиционно сделана из ели, будучи гибкой и легкой по весу,

она может чутко вибрировать. Некоторое усилие струн (и некоторая вибрация на низких

частотах) перенесена на заднюю часть инструмента, изготовленную из клена, через звуковой

пост — елевый стержень с фрикционной посадкой между передней и задней пластинами.

Вдоль внутренней стороны лицевой поверхности находится пружина - деревянная рейка,

которая усиливает лицевую сторону и помогает в передаче вибрации на всю поверхность.

Я хотел спроектировать скрипку по технологии трехмерной печати, которая бы имела

аналогичную внутреннюю структуру: полый корпус с дужкой возле одной стороны

струнодержателя, и стержень усиления вдоль внутренней части лицевой

стороны. Позже я поэкспериментирую с размерами этих различных элементов, но

оптимизация базовой комплектации была важна.

Построение скрипки в программе CADТяжело нарисовать скрипку на бумаге, а еще сложнее сделать это на компьютере. Наиболее

примечательные свойства геометрии скрипки - это передние и задние пластины, и улитка.Что помогло мне вычислить процесс моделирования лицевой и задней стороны - это

бессмысленный рисунок, который я набросал много лет тому назад (перерисованный здесь

более детализировано), чтобы определить корпус скрипки. Многие компьютерные

программы создают поверхности по типу искривленной координатной плоскости. Так как

эти поверхности основываются на координатной сетке, они могут содержать до четырех

натуральных особых точек, которые могут соответствовать четырем углам прямоугольной

сетки.

Рис. Увязка лицевой стороны скрипки в Onshape, показывающая поперечные сечения (очерчены

оранжевым цветом) и направляющие кривые.

К счастью, у корпуса скрипки есть четыре угла, притом, что остальные края гладкие. В

программе Onshape, я смог определить эту форму как увязка с углами поперечных сечений,

расположенных по углам скрипки. Чтобы сжать увязку до правильной формы я использовал

контуры, имеющие С-образную форму и контур осевой линии в качестве направляющих. Эти

поперечные сечения и направляющие основаны на фактических контурах скрипки

Страдивари, их можно найти в этой же книге, которую я использовал для создания

традиционной скрипки Гварнери.

Рис. Базовая увязка завитка скрипки в Onshape с горизонтальной проекцией (оранжевого цвета) и

поверхностные линии (черного цвета) демонстрируют локальную ориентацию боковых

граней скрутки. Горизонтальная проекция и все поверхностные линии являются

характерными свойствами эскиза, которые могут привести к изменению всей формы завитка.

Завиток это другая образная деталь скрипки, которую я смог определить для использования

удачно расположенной увязки. Поперечные сечения были соединены с помощью трехмерной

направляющей в виде витка, которая проходила вдоль края завитка; позже я добавил

закругленные кромки и выемки для того, чтобы соответствовать стилю традиционного

завитка.Процесс разработки прототипа скрипки

Первоначально я хотел создать одну скрипку по технологии объемной печати, чтобы просто

доказать, что это сработает. На самом деле, первый образец проработал достаточно долгое

время, но после испытания прототипов, стало ясно, что требовались многочисленные

улучшения. К тому времени, как мы сняли видео с Реттом, я создал пять разных скрипок по

технологии объемной печати.

Я напечатал скрипку с помощью принтера Form 2 из белой, черной и жесткой смол «Formlabs».

Имело смысл применить стереолитографию для этого проекта, поскольку скрипка должна

была быть достаточно прочной, чтобы выдерживать несколько разнонаправленных сил,

детали, полученные с помощью стереолитографии, однородные, следовательно, они

одинаково прочные для того, чтобы выдержать воздействие на них разнонаправленных сил.

Также, комплексная геометрия инструмента требовала допуски в узких пределах, как для

незначительных, так и многочисленных свойств, которые Form 2 смог напечатать

одинаково.Версия 1. Утолщенные панели, без усиления

Первая скрипка играла хорошо, но звук был заметно приглушен по сравнению с

традиционной скрипкой. Кроме того, со временем, детали скрипки перекосились под

воздействие силы струн. Через месяц, корпус был настолько искривлен, что струны

прикасались к грифовой накладке, и на скрипке больше нельзя было играть. Данное

искривление возникло из-за вытягивания пластика вследствие сильной нагрузки (около 10

кг силы надавливания через основание струнодержателя) и недостаточное дополнительное

отверждение деталей.

И это при том, усилие на грифовую накладку осуществлялось посредством латунных

стержней, что не было достаточно жестко, и я смоделировал несколько глухих отверстий, из

которых я не мог очистить всю смолу после печатания. Изопропиловый спирт и смола

порождали разбухание и трещины со временем на этих участках. Поскольку все было

склеено вместе в этой точке, невозможно было осуществить масштабные обновления,

поэтому я исключил первую скрипку.Версия 2. Привинченный гриф и грифовая накладка, утолщенные панели, усиление из углеродных



волокон на корпусе и выступе грифовой накладки

После того как искривление первой скрипки сделало ее непригодной для игры, я разработал

новую версию со стойкой из углеродного волокна, проходящей вдоль внутренней части. Я

также создал съемную сборку грифа/улитки, как и грифовую накладку. Это позволило мне с

легкостью заменять один из компонентов в случае поломки или необходимого проектного

изменения. Я дополнительно отвердил все детали более тщательно с целью сокращения

объема деформации поверхности. Эти изменения привели к более устойчивой конструкции,

но со временем, часть грифа искривилась в результате натяжения струн. Выяснилось, что

потребовались больше опор из углеродного волокна, чтобы усилить гриф, как это было

проделано с корпусом.

Несколько музыкантов, которые испытывали скрипку, упоминали, что она была слишком

тяжелая и не достаточно громкая. Я учел это во время внесения изменений в дизайн, что

также позволило разрешить эти проблемы.

Версия 3. Привинченный гриф и грифовая накладка, утонченные панели, усиление из углеродных

волокон на корпусе, грифовой накладке и грифе

Главное отличие в этой версии было то, что лицевая поверхность была намного тоньше (1,7

мм, сокращение почти на половину от первоначального 2,7 мм). Утончение лицевой стороны

привело к более громкому звуку, поскольку струны не имели столько массы для

осуществления вибрации. Я также усилил гриф с помощью двух стержней из углеродного

волокна и сделал большее углубление в грифе, как и в завитке, что облегчило массу

инструмента. После нескольких испытаний музыканты подтвердили, что звучание

инструмента стало намного лучше, и не нужно было прилагать такие усилия чтобы

удержать инструмент при игре.Рис. Изображение скрипки в разобранном виде с демонстрацией всех 26 деталей, напечатанных

на 3D-принтере (струны и прочие готовые технические средства не указаны).

Эта третья и окончательная версия (на данный момент!) скрипки, которая состоит из 26 деталей,

созданных по технологии объемной печати, которые могут быть напечатаны лишь за четыре

или пять ночных смен печати на Form 2. Все дополнительные аппаратные средства, такие

как струны, винты и стержни из углеродного волокна вполне доступны (дополнительная

информация на Pinshape).

«После того как разработка была доведена до конца и я принес скрипку домой, чтобы

сочинить и записать трек, я был чрезвычайно удивлен звучанием», сказал Ретт. «Благодаря

этому проекту, я полностью пересмотрел свой взгляд на то, что могло бы быть успешно

созданным с помощью 3D-принтера, и это захватывает и вдохновляет видеть такие вещи на

своем веку и быть вовлеченным в процесс их создания!»Рис. Скрипач Ретт Прайс играет на скрипке, созданной инженером «Formlabs» Брайаном Ченом

на 3D-принтере. Посетите страничку Ретта в Facebook , чтобы услышать больше его музыки.Хотите приобрести 3D-принтер Formlabs Form 2 по лучшей цене и пользоваться превосходной технической поддержкой? Сделайте это прямо сейчас на сайте iGo3D! Гарантия лучшей цены!

Наши группы в социальных сетях:

YouTube

VKontakte

Facebook

Instagram

Ваша команда iGo3D