A hegedű formája jól felismerhető. Évszázadok óta létezik, és alig változott a kialakítása. A hegedűzene olyan magas szintre fejlődött, hogy a hangszer szinte legendás státuszt ért el kultúránkban.
Az akusztikus hangszer tervezésének nehézsége az autentikus hangzás elérése, erősítők, szűrők és egyéb, elektromos hangszerekhez használható dolgok nélkül. Egy hegedű esetében a hangszer teljes teste hozzájárul a hangzáshoz, így a geometria, a belső szerkezet és az anyagtulajdonságok mind szerepet játszanak benne.
Néhány évvel ezelőtt Brian Chan, a Formlabs mérnöke épített egy hagyományos, fából készült, kézzel faragott hegedűt egy 1884-es könyvben (Edward Heron Allen: Violin Making, As It Was and Is) található Guarnerius-rajzok alapján. Idén ugyanezt próbálta megtenni modern tervezőeszközökkel és 3D nyomtatással.
Cége, a Formlabs, Rhett Price hegedűművésszel együttműködve egy új videóban mutatta be a 3D-nyomtatott hegedűt, amelyben egy Rhett által komponált és a 3D-nyomtatott hegedűvel rögzített eredeti dal is szerepel.
Hagyományos hegedű anatómia
A hegedű organikus formává fejlődött, amely szorosan kapcsolódik a funkciójához. A nyak tartja a négy húrt, amelyek az üreges testre nyomódó híd fölött húzódnak. A test közepén egy derékrész található, amely lehetővé teszi a vonó teljesen szabad mozgását.
A hegedű előlapja hagyományosan lucfenyőből készül, amely rugalmas és könnyű, hogy érzékenyen rezegjen. A húrok erejének egy része (és az alacsonyabb frekvenciájú rezgések egy része) a hangszóróoszlopon keresztül – egy fenyőfa rúd, amely súrlódással illeszkedik az elülső és a hátsó lemezek közé – a hangszer juharfa hátlapjára jut. Az előlap belső oldala mentén található a gerenda, egy facsík, amely megerősíti az előlapot, és segíti a rezgések átvitelét a hangszer teljes felületére.
Egy hegedű keresztmetszete, amelyen a gerenda (A) és a lélek (B) látható. Edward Heron Allen 1884-ben megjelent “Violin Making, As It Was and Is” című könyvéből.
A 3D-nyomtatott hegedűt úgy szerette volna megtervezni, hogy a belső szerkezete ugyanolyan legyen, mint az eredetinek: egy üreges héj, ahol a lélek a palló egyik oldalához közel helyezkedik el, és egy erősítő anyagból készült rúd az elülső rész belső oldalán. Később kísérletezni fog ezeknek a különböző elemeknek a méreteivel, de fontos volt, hogy az alapok rendben legyenek.
Hegedű modellezése Onshape-ben
Egy hegedűt nehéz papíron megrajzolni, és még nehezebb számítógépen. A hegedű geometriájának legfeltűnőbb jellemzői az elülső és hátsó lemezek, valamint a tekercs.
Ami segített kitalálni, hogyan modellezze az elülső és a hátsó lapokat, az egy néhány évvel ezelőtt felvázolt (és itt részletesebben átrajzolt) skicc volt arról, hogyan határozzuk meg a hegedű testét. Eredetileg azt tervezte, hogy a hegedűt Rhino 3D-ben fogja modellezni, amely UV paraméterezéssel rendelkező felületeket hoz létre. Később úgy döntött, hogy a méretek parametrikus vezérlése fontos lenne, ezért választotta az Onshape-et , de továbbra is U és V irányokat szem előtt tartva gondolt a külső felületekre.
Mivel ezek a felületek rácson alapulnak, akár négy természetes szingularitással is rendelkezhetnek, amelyek egy téglalap alakú rács négy sarkának felelnek meg. Szerencsére a hegedűtestnek négy sarka van, míg a többi határvonal sima. Az Onshape-ben ezt az alakzatot loft-ként tudta definiálni, ahol a keresztmetszetek sarkai a hegedű sarkaiban helyezkednek el. Ahhoz, hogy a loft-ot a megfelelő formára alakítsa a C-alakú körvonalakat és a középvonal kontúrját használta útmutatóként. Ezek a keresztmetszetek és útmutatók egy Stradivari-hegedű tényleges körvonalain alapulnak, amelyek ugyanabban a könyvben találhatók, amelyet a hagyományos Guarnerius hegedű megépítéséhez használt.
A hegedű elülső részének loft képe Onshape-ben, a keresztmetszetekkel (narancssárgával körvonalazva) és a vezető görbékkel.
A tekercs a hegedű másik ikonikus darabja, amelyet egy jól elhelyezett loft segítségével tudott meghatározni. A keresztmetszeteket egy 3D-s spirálszerű vezető kötötte össze, amely a tekercs szélén ment végig. Később ferdített élekkel egészítette ki, és a tekercs külső oldalán lévő bordázott felületek kialakításához loft vágást használta.
Néhány kivételtől eltekintve az Onshape funkciólistájának első néhány száz funkciója alapvetően egy hagyományos hegedűt határoz meg, az utolsó néhány száz funkció pedig ezt a geometriát veszi át és igazítja a 3D nyomtatáshoz. Brian Chan olyan módosításokat adott hozzá, mint például a hagyományosan különálló alkatrészek kombinálása, a nagyméretű alkatrészek nyomtatható darabokra osztása, valamint a jellemzők (például fülek és tiplifuratok) elhelyezése az összeszerelés megkönnyítése érdekében.
A 3D modell parametrikus formátuma több szempontból is hasznos volt. A modell későbbi, “modern” jellemzőinek elnyomásával a hegedű alapmodelljét láthatjuk (és potenciálisan felhasználhatjuk) egy CNC-vágott, de hagyományosan megépített hegedű elkészítéséhez. Egy másik lehetőség az osztott pozíciók módosítása lenne, hogy más méretű nyomtatókat is lehessen használni. Továbbá egy ambiciózusabb projekt lenne a korábbi vázlatok méreteinek szerkesztése, hogy a modellt egy brácsa modelljévé változtassuk, amely hasonló formájú és valamivel nagyobb méretekkel rendelkezik. Ugyanebben az irányban elképzelhető, hogy a meglévő hegedűmodellt csellóvá alakítjuk át, és ekkor már csak az a kérdés, hogyan lehet egy ilyen nagyméretű hangszert megépíteni.
Gyors prototípusgyártás a Form 2 3D nyomtatóval
Eredetileg csak egy prototípust akart létrehozni, hogy bebizonyítsa, hogy működik. Az első valóban működött egy ideig, de ahogy tesztelni kezdték a prototípusokat, világossá vált, hogy számos fejlesztésre lesz szükség. Mire Rhett-tel leforgatták a videót, már öt különböző 3D-nyomtatott hegedű készült el.
A prototípusokat a Form 2 és a Formlabs fehér, fekete és kemény gyantáinak felhasználásával nyomtatta ki. A sztereolitográfiának (SLA) azért volt értelme ehhez a projekthez, mert a hegedűnek elég erősnek kellett lennie ahhoz, hogy több különböző irányú erőnek ellenálljon, az SLA alkatrészek pedig izotrópok, ami azt jelenti, hogy minden irányban egyformán erősek. Emellett a hangszer összetett geometriája szoros tűréseket követelt meg mind a kis, mind a nagyméretű jellemzők esetében, amelyeket a Form 2 képes volt következetesen kinyomtatni.
A hegedű szétbontott nézete, amelyen mind a 26 3D-nyomtatott alkatrész látható. (Húrok és egyéb, a boltban kapható hardverek nem szerepelnek).
A hegedű harmadik és egyben utolsó (egyelőre!) változata 26 3D-nyomtatott alkatrészből áll, amelyek mindössze egy öt éjszakát átfogó nyomtatással kinyomtathatók egy Form 2 nyomtatóval. Az összes további alkatrész, mint a húrok, csavarok és szénszálas rudak pedig könnyen beszerezhetők.
És mindezek az iterációk eredménye egy boldog hegedűművész lett.
“Miután véglegesítettük a tervet és hazavittem a hegedűt, hogy megírjam és felvegyem a számot, rendkívül meglepett a hangzás” – mondta Rhett. “Ez az egész projekt teljesen megkérdőjelezte az azzal kapcsolatos elképzelésemet, hogy mit lehet sikeresen létrehozni egy 3D nyomtatóval. Izgalmas és inspiráló, hogy ilyen dolgokat láthatok az életemben, és hogy részt vehettem a létrehozás folyamatában!”
Készítse el saját 3D nyomtatott hegedűjét
A 3D-nyomtatott, parametrikusan tervezett hegedű hatalmas lépés a magas minőségű szintetikus hangszer létrehozása felé. Lehetőséget ad a geometria és az anyagválasztás számos változója, valamint a hangzást befolyásoló hatásuk kutatására és lehetővé teszi azt is, hogy a hagyományos hangszerek előállításához szükséges költségek és erőfeszítések töredékéért hangszereket hozzunk létre.
3D nyomtatható SLA hegedű modell
Tekintse meg a hét modelljét! A modellhez tartozó hivatkozásra kattintva, regisztráció nélkül próbálhatja ki az Onshape natív felhő alapú CAD szoftverének nézegető funkcióit.
