Ist es möglich, einen Resonator für ein Musikinstrument zu drucken?

Ich spiele einen Berimbau für Capoeira. Eines der zerbrechlichsten (und teuersten) Teile ist der Cabaça , ein hohler Kürbis, der als Resonator verwendet wird.

Ich bin mit den Eigenschaften des für den 3D-Druck verwendeten Harzes nicht sehr vertraut. Wenn ich dies zu unserem örtlichen Maker-Labor bringe und sie eine Kopie scannen und drucken lassen, wie wahrscheinlich ist es, dass es funktioniert? Ich befürchte, dass der Kunststoff zu schalldämpfend ist.

Wenn Sie eine weniger exotische Parallele wünschen, stellen Sie sich den Körper einer Gitarre vor. Das ist eine Resonanzkammer.

Ich kann dies aus einem technischen 3D-Druckwinkel nicht beantworten. Aber aus musikalischer Sicht:

Wenn der Körper eines Instruments in erster Linie eine vibrierende Luftsäule umschließt, hat sich oft gezeigt, dass das Material vielleicht einen Unterschied macht, aber nur einen subtilen. Beispielsweise hat sich eine Reihe von Kunststoff-Posaunen, obwohl sie keine erstklassigen Instrumente sind, als äußerst spielbar erwiesen (und haben den großen Vorteil, dass sie praktisch unzerstörbar sind).

Ich schlage vor, Sie versuchen dies. Spielen Sie Ihr Instrument und dämpfen Sie die Vibration der Cabaça mit der Hand oder mit einem Stück Stoff. Nur die Schale von außen anfeuchten. Verstopfen Sie das Loch nicht und legen Sie nichts hinein. Füllen Sie nun die Cabaça mit Watte oder Ähnlichem. Wenn das erste wenig ausmacht, ist es wahrscheinlich gut, eine Plastik-Cabaça zu nehmen. Natürlich, wenn der zweite auch keinen Unterschied macht, müssen wir vielleicht vermuten, dass die Cabaça hauptsächlich dekorativ ist!

Sie können auch mit alternativen Resonatoren von ähnlicher Größe und Kapazität experimentieren, die "von der Stange" erhältlich sind, ohne sich über ein kosmetisches Match Gedanken machen zu müssen. Sie könnten noch besser klingen!

Im Anschluss lautet die Antwort: Ja, das funktioniert ganz gut. Ich habe dieses Cabaça- Modell von Thingiverse mit PLA auf einem Lulzbot Mini gedruckt und heute auf meine berimbau gesteckt, um es zu testen. Ich kann keinen direkten Vergleich anstellen, da der gedruckte Resonator kleiner ist als der Kürbis, den ich besitze, aber der Klang ist gut. Ich bin nicht sicher, ob es tatsächlich billiger ist (es wurde eine angemessene Menge PLA verwendet, da es wahrscheinlich etwa einen halben Zoll dick ist, und es dauerte ein paar Versuche, um einen guten Druck zu erhalten, da es ungefähr 9 Stunden dauerte und überwacht werden musste für den Fadenbruch), aber es kann für Leute zugänglicher sein, die keinen Kürbis aus Brasilien einschicken können. Es ist definitiv haltbarer.

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Hier ist eine gute Antwort auf die zugrunde liegende Physik der Resonanz:

"Ein Objekt klingelt, weil es Energie so aufgenommen hat, dass es mitschwingt - es schwingt mit einer Frequenz und mit genug Energie, um Schallwellen zu erzeugen. Solange das Objekt genügend Energie hat, klingelt es weiter. Es kann nicht ewig so klingeln." Die Schallwellen reduzieren allmählich die Energiemenge, die das Objekt hat. Die Erzeugung von Schallwellen ist jedoch nicht der einzige Weg, auf dem ein Objekt Energie verlieren kann Jeder Kunststoffgegenstand weist eine gewisse Dämpfung der Viskosität auf, da alle polymeren Materialien eine Kurve des Verlustmoduls ungleich Null aufweisen. Metalle können auch interne Dissipationsmechanismen aufweisen, sie sind jedoch weitaus seltener als in Kunststoffen. "

Also, wir alle wissen, dass Sie Plastikspielzeug herstellen können. Sie schwingen nie so gut mit wie Metall, Glas oder Holz. aber sie können oft arbeiten. Hier ist ein Beispiel einer Trompete aus ABS!

Dieses Plastikmagazin macht es auch zu einem Pech für die Verwendung von Plastik in Musikinstrumenten (von denen das meiste auch ABS ist ).

Das heißt, wenn Young's Modulus der Schlüssel ist (wie der erste Kommentar sagte), sollte PLA noch besser sein, da sein Young's Modulus etwas größer als ABS ist .

Alles in allem sind alle Plastikglocken, die ich gesehen habe, im Allgemeinen ziemlich leise. Kunststoff hat die Angewohnheit, Energie zu absorbieren und ist daher kein sehr guter Resonator. Wenn Sie es versuchen wollen, müssen Sie einen Weg finden, um den Kunststoff zu härten. Vielleicht hat Aceton PLA so behandelt, dass es härtet . Vielleicht versuchen Sie es mit etwas Einfachem wie dem Drucken einer Plastikglocke. Wenn Sie das klingeln lassen können, sind Sie gut auf dem Laufenden.

Ich werde hier einen Stich machen, aber mein Bauchgefühl ist zu sagen, dass ein gedrucktes Teil nicht so klingt wie Ihr ursprünglicher Kürbisresonator.

Ich glaube, dass die Akustik von der Härte, Form und Größe des Materials abhängt. In diesem Fall ist ein Kürbis ein hartes und oft dünnes Material (nach dem Ausnehmen). Typische 3D-Druckmaterialien haben eine Mindestdicke, die die gleiche Form des Kürbisresonators beeinträchtigen kann, und Kunststoffe haben normalerweise eine weichere Härte als Ihr Kürbis.

Kurz gesagt, ich denke, wenn Sie versuchen, den Resonator mit 3D-Druck zu replizieren, klingt es nicht gleich. Das mag keine schlechte Sache sein, je nachdem, wonach Sie suchen.

Und wer sagt, dass der Resonator so geformt sein muss? Mit 3D-Druckern können wir Teile herstellen, die in der Vergangenheit nicht herstellbar waren, und viele Instrumente, die wir heute verwenden, wurden vor Hunderten von Jahren mit weitaus weniger fortschrittlichen Werkzeugen entwickelt. Ich sage, es lohnt sich, eine Nachbildung des Kürbisses zu probieren und dann andere Formen für den Druck zu untersuchen, die sich auf die Tonalität Ihres Instruments auswirken können.

Natürlich. Ich habe einen Orgelrang von 7 Oktaven gedruckt, das ist also durchaus möglich. Orgelpfeifen sind insofern etwas Besonderes, als die Materialeigenschaften der Pfeife eine untergeordnete Rolle im Klang spielen, wobei die primäre Rolle die Länge und der Querschnitt der Pfeife, die Elemente, die die Pfeifenmündung umgeben, und ihre anderen Öffnungen sind (Endöffnung und zusätzliche Öffnungen, die manchmal zum Ändern der Obertöne verwendet werden). Es ist auch bekannt, wie sich die Eigenschaften des Rohrmaterials auf den Klang auswirken. Daher ist es möglich, das gedruckte Rohr so ​​zu gestalten, dass es die Eigenschaften eines Holz- oder Metallrohrs und alles dazwischen nachahmt.

Je nachdem, welche Rolle die Steifheit des Resonators im Klang des Instruments spielt, müssen Sie möglicherweise einige mechanische Eigenschaften der Kürbisschale - z. B. die Steifheit - in der gedruckten Form nachbilden. So hat die Innenseite des Drucks die Form der Innenseite eines Kürbisses, aber die Außenseite muss möglicherweise viel weiter entfernt sein, und dann spielt der Füllungsprozentsatz eine wichtige Rolle, ebenso wie die Füllungsform.

Die Form des Innenraums des Kürbisses kann durch Messen einiger Abmessungen und Formen einer Innenfläche in einem 3D-Modellierer oder CAD angenähert werden. Ein 3D-Scan ist höchstwahrscheinlich nicht erforderlich, es sei denn, Sie können ihn kostengünstig und ohne großen Aufwand durchführen.

Sie müssen auch Instrumente in Originalgröße drucken. Dies ist also nicht billig in Bezug auf das verwendete Material und die Druckerzeit. Ich würde das gedruckte Instrument mit 3 Schalenstärken vergleichen: 0,5, 1,0 und 1,5 Zoll und 3 Füllungsprozentsätze: 20%, 35%, 50%. Alle mit 3 Umfangsschichten und kubischer Füllung. Die dicke 1,5-Zoll-Schale mit hoher Füllung ist die steifste von allen.

Wenn ein Instrument "richtig" klingt, hat dies genauso viel damit zu tun, wie es geformt ist, wie das Material, aus dem es besteht, geschichtet ist - oder nicht -, da dies seine Resonanz ändert. Nehmen wir ein paar Beispiele:

Metall, Gießharze und Harthölzer sind alle sehr dicht und enthalten (wenig bis gar) keine Hohlräume, um ihre Resonanzen zu dämpfen. Dies macht sie zur klassischen Wahl für die Herstellung von Instrumenten, da nur die Form die Melodie jetzt ändert.

Balsaholz ist sehr, sehr leicht und spröde, und es ist sehr körnig, wodurch im Inneren des Holzes Hohlräume entstehen, die mitschwingen und dessen Resonanz stark verändern sollten.

Ich weiß nicht genau, wie der Kürbis in seiner Zusammensetzung aussieht, aber für Percussion-Perposes sind 3D-Drucke eher hohl als hartholzseitig für niedrige Füllungen. Sehr dichte (35% +) Drucke können ähnliche Eigenschaften wie feste Gießharze aufweisen, dies hängt jedoch von der Art des verwendeten Filaments und Druckers ab.

Suchen wir einen Kompromiss!

Aus meiner eigenen Erfahrung mit Musikinstrumenten gibt es eine große Auswahl an Instrumenten aus kohlefaserverstärktem Harz in den Klassikern. Diese wurden in weiten Zügen durch Gießen von Harz über zu einer Form gepresste Karbonfasermatten hergestellt und anschließend geschliffen und poliert. Mit anderen Worten, der 3D-Druck von Kohlefaserfilamenten ist in der FDM-Szene weit verbreitet, auch wenn er stark abrasiv ist und eine Düse wie den Rubin zum Drucken erfordert.

Mit dem richtigen Innendesign (d. H. Einem fast hohlen Druck, der nur Streben enthält, die keine Hohlräume innerhalb des Drucks trennen) könnte ein Carbonfaser-Druck möglicherweise mit Harz gefüllt werden und zu einem 3D-gedruckten Verbundstoff werden, der einen viel engeren Klang ergibt auf den Kürbis und bietet gleichzeitig extreme Haltbarkeit.

Ein solches Design benötigt jedoch viele Stunden Arbeit, bevor der erste Druck beginnen kann. Darüber hinaus ist das Bedrucken von Kohlefasern eine Spezialität, die nicht viele Druckereien regelmäßig ausführen können. Und schließlich ist die Nachbearbeitung des Füllens der "Kürbisschale" mit Harz ein sehr heikler Vorgang, gefolgt vom Beschichten der Innen- und Außenschicht und dem anschließenden Abstimmen ... Ich schätze, dass so etwas mindestens so teuer ist wie einige echte Kürbisse.

Nachtrag

Nach einigen Monaten und dieser Frage, die erneut auftauchte, wurden mir einige weitere Dinge klar, die für die Gestaltung dieser verwendet werden könnten:

• Dünne Schale, gepanzert. Stellen Sie sich Folgendes vor: Drucken Sie eine 2- oder 3-schalige Thichk-Wand, die die innerste sein wird. Dann verstärken Sie es mit Harz und Carbonmatten, bis der Klang stimmt. Dies würde es ermöglichen, den Kürbis zu einem gewissen Grad abzustimmen.

• Solider Druck, verschoben. Sie könnten Ihr Modell nehmen und es solide drucken, aber in das Design könnten Sie baumartige Hohlräume einbeziehen, die von außen zugänglich sind. mit einer Spritze. Das Eindrücken von Harz über diese Löcher würde härtere Harzadern im Kürbis erzeugen, die die Melodie verändern und verstärken könnten.

• Nachbearbeitung. Wenn Sie das Harz ein wenig ignorieren, können Sie einen PLA-Kürbis stabiler machen, indem Sie ihn einige Zeit im Ofen aushärten lassen. Ich hatte einige Erfolge, als ich es für ungefähr eine Stunde bei ungefähr 100 ° C backte. Um mehr Informationen darüber zu erhalten, wie dies den Modul verschiedener Materialien ändert, empfehle ich CNC-Küche: Dünne Wände & PLA-Glühen und Änderungen bei geglühtem PLA