Форма скрепки очень узнаваема. Сотни лет она совершенствовалась и постепенно стала легендарной и неотъемлемой частью нашей культуры.
Сложность проектирования и изготовления скрипки, прежде всего в сочетании правильной геометрии и материалов, из которых создается инструмент, чтобы добиться аутентичного, громкого звучания без помощи усилителей, фильтров и прочих искусственных вещей.
Инженер Брайан Чан рассказывает о своем опыте разработки, моделирования и 3D печати функциональной акустической скрипки:
Несколько лет назад я построил классическую деревянную скрипку по чертежам из книги 1884 года, основанной на начертания скрипок Гварнери. В этом году я попытался сделать то же самое с современными инструментами проектирования и 3D печати.
Передняя поверхность скрипки традиционно изготавливается из ели, которая является гибким и легким материалом, который очень хорошо вибрирует и усиливает звучание. Часть энергии (из нижней частоты вибрации), передается на кленовую заднюю часть инструмента. Вдоль внутренней стороны передней поверхности расположен бас-бар — полоса из дерева, что усиливает переднюю часть и помогает передавать вибрации по всей поверхности скрипки.
Я хотел создать 3D-распечатаную на скрипку с той же внутренней конструкцией: полая оболочка с одной стороны и планка из материала, усиливающего звук вдоль внутренней стороны передней панели скрипки.
Скрипку трудно нарисовать на бумаге и еще труднее рисовать на компьютере. Первый вопрос был примерно такой: «Что вообще делать? Как подступиться к этой геометрии и каким образом создать ее трехмерную модель?» Мне помогла заготовка, наброски, которые я делал несколько лет назад для классической скрипки. Много компьютерных программ создают поверхности деформируя поверхность по заданным направлениям. Я нашел определенные направляющие, которые задавали общую форму поверхности скрипки. Оставалось только сделать плавный переход между этим каркасом.
Изначально я планировал печатать только одну скрипку чтобы просто доказать, что это в принципе возможно. Но напечатав первый вариант, увидел очевидные недостатки и было просто невозможно остановиться на достигнутом.
Скрипка была напечатана на 3D принтере Form 2 из белой и черной жесткой. Лазерная технология 3D печати полимерной смолой, пусть и не дешевая, но оправдана для данной задачи, в частности благодаря изотропным свойствам материала, благодаря которым материал одинаково хорошо выдерживает нагрузки в разных направлениях в отличии от FDM печати пластиком, где тело напечатанных моделей имеет свойство расслаиваться вдоль напечатанных слоев, из-за чего детали важно правильно ориентировать в пространстве во время печати, чтобы наверняка выдерживать предполагаемые нагрузки.
Кроме того, геометрия скрипки требует высокой точности печати, чтобы все детали соединились без зазоров. Первая скрипка играла хорошо, но звук был заметно приглушен по сравнению с традиционной скрипкой. Кроме того, со временем части скрипки деформировались под силой срун. После месяца корпус был так изогнут, что струны касались грифа, и это играть было просто невозможно.
Вторую модель скрипки я усилил специальными вставками из углеродистого волокна. После того, как деформация первой скрипки сделала ее непригодной для музыки, я проектировал новую версию с распорками из углеродного волокна, работающими вдоль внутренней части. Также скрипка было создана разборной, это упрощало процесс 3D печати и позволило легко заменять отдельные элементы в случаи поломки. Несколько музыкантов говорили о слишком тихом звуке первой модели скрипки, а также слишком большим весом. С этим пришлось также поработать.
В третьей версии скрипки я уменьшил толщину стенок с 2,7 до 1,7мм. Более тонки стенки поспособствовали более громкому звучанию, материал поглощал меньше энергии звука и лучше вибрировал. Некоторые части я также усилил стержнями из углеродистого волокна, это сделало конструкцию прочнее и легче.
Наконец, последняя версия скрипки, напечатанной на 3D принтере, была передана музыкантам на экспертизу. Все оценили качество звучания, это определённо победа!
Финальная скрипка состоит из 26 частей, которые можно напечатать за 4-5 ночей на 3D принтере Form -2. Все остальные компоненты (струны, винты и стержни из углеродного волокна) доступны в строительных или музыкальных магазинах.
“Как только дизайн был завершен, и я принес домой скрипку, чтобы сделать запись, я был чрезвычайно удивлен звуком”, сказал Ретт. “Этот проект бросил вызов взгляду на то, что может быть успешно создано с 3D принтером, и это захватывающе и вдохновляюще!
