¿Es posible imprimir un resonador para un instrumento musical?

Toco un berimbau para Capoeira. Una de las partes más frágiles (y más caras) es la cabaça , una calabaza hueca utilizada como resonador.

No estoy muy familiarizado con las cualidades de la resina utilizada para la impresión 3D. Si tuviera que llevar esto a nuestro Maker Lab local y hacer que escanearan e imprimieran una copia, ¿qué posibilidades hay de que funcione? Mi temor es que el plástico sea demasiado amortiguador.

Si quieres un paralelo menos exótico, imagina el cuerpo de una guitarra. Esa es una cámara resonante.

No puedo responder esto desde un ángulo técnico de impresión 3D. Pero, desde un ángulo musical:

Cuando el cuerpo de un instrumento tiene la función principal de encerrar una columna de aire vibrante, a menudo se ha demostrado que el material puede hacer una diferencia, pero solo una sutil. Como ejemplo, una gama reciente de trombones de plástico, aunque no son instrumentos de primera clase, han demostrado ser extremadamente jugables (y tienen la gran ventaja de ser virtualmente indestructibles).

Te sugiero que pruebes esto. Toque su instrumento amortiguando la vibración de la cabaça con la mano o con un paño. Simplemente humedezca el caparazón externamente. No obstruya el agujero ni ponga nada dentro. Ahora, llena la cabaça con algodón o similar. Si el primero hace poca diferencia, probablemente sea bueno ir con una cabaça de plástico. Por supuesto, si el segundo tampoco hace poca diferencia, ¡podríamos sospechar que la cabaça es principalmente decorativa!

También puede experimentar con resonadores alternativos de un tamaño y capacidad similares, disponibles 'listos para usar', sin preocuparse demasiado por una combinación cosmética. ¡Pueden sonar aún mejor!

Después de esto, la respuesta es sí, esto funciona bastante bien. Imprimí este cabaça modelo de Thingiverse usando PLA en una Lulzbot Mini y ponerla en mi berimbau hoy para probarlo. No puedo hacer una comparación directa porque el resonador impreso es más pequeño que el de calabaza que tengo, pero el sonido es bueno. No estoy seguro de si es realmente más barato (usó una buena cantidad de PLA porque probablemente tiene aproximadamente media pulgada de grosor, y tomó algunos intentos para obtener una buena impresión debido a que tomó alrededor de 9 horas y necesitaba ser monitoreado para la ruptura del filamento), pero puede ser más accesible para las personas que no pueden enviar una calabaza desde Brasil. Definitivamente es más duradero.

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Aquí hay una gran respuesta a la física subyacente de la resonancia:

"Un objeto suena porque ha adquirido energía de una manera que resuena: vibra a una frecuencia y con suficiente energía para generar ondas de sonido. Mientras el objeto tenga suficiente energía, continuará sonando. No puede sonar para siempre. las ondas de sonido reducen gradualmente la cantidad de energía que tiene el objeto. Pero generar ondas de sonido no es la única forma en que un objeto puede perder energía. Una de las formas en que los plásticos difieren de los metales es que los plásticos son más capaces que los metales para disipar energía internamente. . Cualquier objeto de plástico mostrará cierta cantidad de amortiguación de la viscosidad ya que todos los materiales poliméricos tienen una curva de módulo de pérdida diferente de cero. Los metales también pueden tener mecanismos de disipación interna, pero son mucho menos frecuentes que en los plásticos ".

Entonces, todos lo sabemos, puedes hacer juguetes musicales de plástico. Nunca resuenan tan bien como el metal, el vidrio o la madera; pero, a menudo pueden funcionar. ¡Aquí hay un ejemplo de una trompeta hecha de ABS!

La revista de este plástico también es ideal para usar plásticos en instrumentos musicales (la mayoría de los cuales también es ABS ).

Dicho esto, si el Módulo de Young es la clave (como decía el primer comentario), el PLA debería ser aún mejor ya que su Módulo de Young es un poco más grande que el ABS .

Dicho todo esto, todas las campanas de plástico que he visto son generalmente bastante silenciosas. El plástico tiene la costumbre de absorber energía y, por lo tanto, no es un muy buen resonador. Si quieres probar, creo que tendrás que encontrar una manera de endurecer el plástico. Tal vez Acetone trató el PLA ya que parece endurecerlo . Tal vez intente algo simple como imprimir una campana de plástico. Si puedes lograr que suene, estás bien.

Haré una puñalada aquí, pero mi instinto es decir que una parte impresa no sonará igual que su resonador de calabaza original.

Creo que la acústica depende de la dureza, la forma y el tamaño del material. En cuyo caso, una calabaza es un material duro y a menudo delgado (después de destriparlo). Los materiales de impresión 3D típicos tendrán un grosor mínimo que puede obstaculizar el logro de la misma forma del resonador de calabaza y los plásticos generalmente tendrán una dureza más suave que su calabaza.

En resumen, creo que si intentas replicar el resonador con la impresión 3D, no sonará igual. Eso puede no ser algo malo, dependiendo de lo que esté buscando.

Además, ¿quién puede decir que el resonador tiene que tener esa forma? Las impresoras 3D nos permiten fabricar piezas que históricamente han sido imposibles de fabricar y muchos instrumentos que utilizamos hoy en día fueron diseñados hace cientos de años con herramientas mucho menos avanzadas disponibles. Digo que vale la pena probar una réplica de la calabaza y luego explorar otras formas para imprimir que puedan afectar la tonalidad de su instrumento.

Por supuesto. He impreso un rango de órgano de 7 octavas, por lo que ciertamente es posible. Los tubos de órgano son bastante especiales porque las propiedades materiales del tubo juegan un papel secundario en el tono, el papel principal que desempeñan la longitud y la sección transversal del tubo, los elementos que rodean la boca del tubo y sus otras aberturas (apertura final y aperturas adicionales que a veces se usan para modificar los armónicos). También se comprende bien cómo las propiedades del material de la tubería afectan el sonido, por lo que es posible diseñar la tubería impresa para imitar las propiedades de una tubería de madera o de metal, y cualquier cosa intermedia.

Dependiendo de cuán importante sea el papel que juega la rigidez del resonador en el sonido del instrumento, es posible que deba replicar algunas de las propiedades mecánicas de la carcasa de Gourd, por ejemplo, su rigidez, en la forma impresa. Por lo tanto, el interior de la impresión tendrá la forma del interior de una Calabaza, pero el exterior puede necesitar estar mucho más lejos, y luego el porcentaje de relleno desempeñará un papel importante, así como la forma del relleno.

La forma del interior de la calabaza se puede aproximar midiendo algunas dimensiones y esculpiendo una superficie interior en un modelador 3D o CAD. Lo más probable es que no sea necesario un escaneo 3D, a menos que pueda hacerlo de manera económica y sin problemas.

También necesitará imprimir instrumentos de tamaño completo. Por lo tanto, esto no será barato en términos de material utilizado y tiempo de impresión. Yo compararía el instrumento impreso con 3 espesores de carcasa: 0.5, 1.0 y 1.5 pulgadas, y 3 porcentajes de relleno: 20%, 35%, 50%. Todos con 3 capas perimetrales y relleno cúbico. La gruesa carcasa de 1.5 pulgadas con alto relleno será la más rígida de todas.

Si un instrumento suena "bien" tiene tanto que ver con su forma como con la forma en que el material del que está hecho está en capas, o no, ya que esto cambia su resonancia. Veamos algunos ejemplos:

El metal, las resinas fundidas y las maderas duras son muy densas y no contienen (de poco a) espacios huecos para amortiguar sus resonancias. Esto los convierte en la opción clásica para hacer instrumentos, ya que solo la forma cambia la melodía ahora.

La madera de balsa es muy ligera y quebradiza, y es muy granulada, creando un hueco en el interior de la madera que debería resonar, cambiando mucho su resonancia.

No sé exactamente cómo está la calabaza en su composición, pero para percusiones, las impresiones en 3D están más en el lado hueco que en el lado de madera dura para un relleno bajo. Las impresiones muy densas (más del 35%) pueden tener propiedades similares a los moldes de resina sólida, pero esto depende del tipo de filamento e impresora utilizados.

¡Busquemos un compromiso!

Desde mi propia experiencia con los instrumentos musicales, hay un vougue de instrumentos de resina reforzada con fibra de carbono en los clásicos. A grandes rasgos, estos fueron fabricados mediante fundición de resina sobre esteras de fibra de carbono presionadas en un molde y luego lijadas y pulidas. En otros términos, la impresión 3D del filamento de fibra de carbono está presente en la escena FDM, incluso si es muy abrasiva y requiere una boquilla como el rubí para imprimir.

Con el diseño interior correcto (es decir, una impresión casi hueca que solo contiene puntales que no separan las cavidades dentro de la impresión), una impresión de fibra de carbono podría rellenarse con resina y convertirse en un compuesto impreso en 3D, otorgando un sonido mucho más cercano a la calabaza mientras proporciona durabilidad extrema.

Sin embargo, dicho diseño llevará muchas horas de trabajo antes de que pueda comenzar la primera impresión. Además de eso, la impresión de fibra de carbono es algo especial que no muchas imprentas pueden hacer o hacer regularmente. Y finalmente, el postprocesamiento de llenar el "caparazón de calabaza" con resina es un proceso muy delicado, seguido de recubrir la capa interna y externa y luego ajustar ... Calculo que tal cosa es al menos tan costosa como varias calabazas reales.

Apéndice

Después de algunos meses y esta pregunta surgió nuevamente, me di cuenta de algunas cosas más que podrían usarse en el diseño de esto:

• Concha delgada, blindada. Piense en esto de la siguiente manera: imprima una pared de 2 o 3 capas, que será la más interna. Luego refuerce con resina y alfombras de fibra de carbono hasta que el sonido sea correcto. Esto permitiría afinar la calabaza hasta cierto punto.

• Impresión sólida, deslizada. Puede tomar su modelo e imprimirlo sólidamente, pero en el diseño puede incluir espacios huecos en forma de árbol que sean accesibles desde el exterior. con una jeringa Empujar la resina a través de estos agujeros crearía vetas de resina más dura dentro de la calabaza, lo que podría alterar la melodía y fortalecerla.

• Postprocesamiento. Ignorando la resina por un momento, también puede hacer que una calabaza PLA sea más estable al permitir que se cure en el horno por un tiempo. Tuve cierto éxito horneándolo a aproximadamente 100 ° C durante aproximadamente una hora. Para obtener más información sobre cómo esto cambia el módulo de diferentes materiales, sugiero CNC Kitchen: Thin Walls & PLA Annealing y Cambios en el PLA recocido