É possível imprimir um ressonador para um instrumento musical?

Eu toco berimbau na Capoeira. Um dos bits mais frágeis (e mais caros) é a cabaça , uma cabaça oca usada como ressonador.

Não estou muito familiarizado com as qualidades da resina usada na impressão 3D. Se eu fosse levar isso ao nosso Maker Lab local e pedir que eles digitalizassem e imprimissem uma cópia, qual a probabilidade de que isso funcionasse? Meu medo é que o plástico seja muito mortal.

Se você quer um paralelo menos exótico, imagine o corpo de um violão. Essa é uma câmara de ressonância.

Não consigo responder a isso de um ângulo técnico de impressão 3D. Mas, de um ângulo musical:

Nos casos em que o corpo de um instrumento tem a função principal de envolver uma coluna de ar vibratória, o material costuma ser demonstrado como fazendo talvez uma diferença, mas apenas uma sutil. Como exemplo, uma gama recente de trombones de plástico, embora não sejam instrumentos de primeira classe, provou ser extremamente tocável (e tem a grande vantagem de ser praticamente indestrutível).

Eu sugiro que você tente isso. Tocar seu instrumento, amortecendo a vibração da cabaça com a mão ou com um pedaço de pano. Apenas umedeça a casca externamente. Não obstrua o buraco nem coloque nada dentro. Agora, encha a cabaça com algodão ou similar. Se o primeiro faz pouca diferença, você provavelmente está pronto para usar uma cabaça de plástico. Obviamente, se o segundo também faz pouca diferença, podemos ter que suspeitar que a cabaça é principalmente decorativa!

Você também pode experimentar ressonadores alternativos de tamanho e capacidade semelhantes, disponíveis 'prontos para uso', sem se preocupar muito com uma correspondência estética. Eles podem parecer ainda melhores!

Depois disso, a resposta é: sim, isso funciona muito bem. Imprimi este modelo de cabaça da Thingiverse usando PLA em um Lulzbot Mini e o coloquei no meu berimbau hoje para testá-lo. Não posso fazer uma comparação direta porque o ressonador impresso é menor que o de cabaça que possuo, mas o som é bom. Não tenho certeza se é realmente mais barato (ele usou uma boa quantidade de PLA porque provavelmente tem cerca de meia polegada de espessura, e foram necessárias algumas tentativas para obter uma boa impressão, pois levou cerca de 9 horas e precisava ser monitorado pela quebra do filamento), mas pode ser mais acessível para pessoas que não podem enviar uma cabaça do Brasil. É definitivamente mais durável.

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Aqui está uma ótima resposta para a física subjacente da ressonância:

"Um objeto toca porque adquiriu energia da maneira que ressoa - vibra com uma frequência e energia suficiente para gerar ondas sonoras. Enquanto o objeto tiver energia suficiente, continuará tocando. Ele não pode tocar para sempre, pois as ondas sonoras reduzem gradualmente a quantidade de energia que o objeto possui, mas gerar ondas sonoras não é a única maneira de um objeto perder energia. Uma das maneiras pelas quais os plásticos diferem dos metais é que os plásticos são mais capazes do que os metais para dissipar a energia internamente Qualquer objeto de plástico mostrará uma certa quantidade de amortecimento da viscosidade, já que todos os materiais poliméricos têm uma curva de módulo de perda diferente de zero. Os metais também podem ter mecanismos de dissipação interna, mas são muito menos prevalentes do que nos plásticos ".

Então, todos nós sabemos, você pode fazer brinquedos musicais de plástico. Eles nunca ressoam tão bem quanto metal, vidro ou madeira; mas, geralmente, eles podem funcionar. Aqui está um exemplo de uma trombeta feita de ABS!

A revista deste plástico também faz questão de usar plásticos em instrumentos musicais (a maioria dos quais também é ABS ).

Dito isto, se o Módulo de Young é a chave (como o primeiro comentário dizia), o PLA deve ser ainda melhor, pois o 'Módulo de Young é um pouco maior que o ABS .

Tudo isso dito, todos os sinos de plástico que eu vi são geralmente bem quietos. O plástico tem o hábito de absorver energia e, portanto, não é um ressonador muito bom. Se você quiser tentar, acho que precisará encontrar uma maneira de endurecer o plástico. Talvez a acetona tenha tratado o PLA como isso parece endurecer . Talvez tente algo simples como imprimir um sino de plástico. Se você conseguir tocar isso, estará bem.

Vou dar uma facada aqui, mas meu instinto é dizer que uma parte impressa não será a mesma do seu ressonador de cabaça original.

Acredito que a acústica depende da dureza, forma e tamanho do material. Nesse caso, uma cabaça é um material duro e geralmente fino (depois de estripá-la). Os materiais típicos de impressão 3D terão uma espessura mínima que pode interferir na obtenção do mesmo formato do ressonador de cabaça e os plásticos normalmente terão uma dureza mais macia do que a de sua cabaça.

Então, resumindo, acho que se você tentar replicar o ressonador com impressão 3D, ele não será o mesmo. Isso pode não ser uma coisa ruim, dependendo do que você está procurando.

Além disso, quem pode dizer que o ressonador deve ser assim? As impressoras 3D nos permitem fabricar peças historicamente impossíveis de fabricar e muitos instrumentos que usamos hoje foram projetados há centenas de anos com ferramentas muito menos avançadas disponíveis. Digo que vale a pena tentar uma réplica da cabaça e depois explorar outras formas para imprimir que podem afetar a tonalidade do seu instrumento.

Claro. Eu imprimi uma classificação de órgãos de 7 oitavas, então é certamente possível. Os tubos de órgão são bastante especiais, pois as propriedades do material desempenham um papel secundário no timbre, sendo o principal papel desempenhado pelo comprimento e pela seção transversal do tubo, pelos elementos que cercam a boca do tubo e por suas outras aberturas. (abertura final e aberturas extras que às vezes são usadas para modificar as conotações). Também é bem entendido como as propriedades do material do tubo afetam o som; portanto, é possível projetar o tubo impresso para imitar as propriedades de um tubo de madeira ou metal e qualquer outra coisa.

Dependendo do tamanho do papel que a rigidez do ressonador desempenha no som do instrumento, talvez seja necessário replicar algumas das propriedades mecânicas do shell Gourd - por exemplo, sua rigidez - na forma impressa. Assim, o interior da impressão terá a forma do interior de uma cabaça, mas o exterior pode precisar estar muito mais distante, e a porcentagem de preenchimento desempenhará um papel importante, assim como a forma de preenchimento.

A forma do interior da cabaça pode ser aproximada medindo algumas dimensões e esculpindo uma superfície interior em um modelador 3D ou CAD. Provavelmente, uma digitalização 3D não é necessária, a menos que você possa fazer isso de forma barata e sem complicações.

Você também precisará imprimir instrumentos em tamanho real. Portanto, isso não será barato em termos de material usado e tempo da impressora. Eu compararia o instrumento impresso com 3 espessuras de concha: 0,5, 1,0 e 1,5 polegadas e 3 porcentagens de preenchimento: 20%, 35%, 50%. Todos com 3 camadas de perímetro e preenchimento cúbico. A casca grossa de 1,5 pol. Com alto enchimento será a mais rígida de todas.

Se um instrumento parece "certo", tem tanto a ver com a forma como é modelado quanto com a forma como o material é feito em camadas - ou não -, pois isso altera sua ressonância. Vamos dar alguns exemplos:

Metal, resinas fundidas e madeiras duras são muito densos e não contêm espaços vazios para diminuir as ressonâncias. Isso os torna a escolha clássica para fazer instrumentos, já que apenas a forma muda a melodia agora.

A madeira de balsa é muito, muito leve e quebradiça, e é muito granulada, criando alguma cavidade no interior da madeira que deve ressoar, alterando muito sua ressonância.

Não sei exatamente como a cabaça está em sua composição, mas, para a percussão, as impressões 3D são mais no lado oco do que no lado de madeira dura para baixo enchimento. Impressões muito densas (35% +) podem ter propriedades semelhantes às moldes de resina sólida, mas isso depende do tipo de filamento e impressora usados.

Vamos procurar um compromisso!

Da minha própria experiência com instrumentos musicais, há uma série de instrumentos de resina reforçada com fibra de carbono nos clássicos. Em traços largos, estes eram manufaturados por fundição de resina sobre esteiras de fibra de carbono pressionadas em um molde e depois lixadas e polidas. Em outros termos, a impressão 3D do filamento de fibra de carbono está presente no cenário FDM, mesmo que seja altamente abrasivo e exija um bico como o rubi para imprimir.

Com o design de interiores correto (ou seja, uma impressão quase oca que contém apenas suportes que não separam cavidades dentro da impressão), uma impressão de fibra de carbono pode possivelmente ser preenchida com resina e se tornar um composto impresso em 3D, garantindo um som muito mais próximo para a cabaça, proporcionando extrema durabilidade.

No entanto, esse design levará muitas horas de trabalho antes do início da primeira impressão. Além disso, a impressão de fibra de carbono é uma coisa especial que muitas lojas de impressão não podem fazer ou fazer regularmente. E, finalmente, o pós-processamento de encher a "casca de cabaça" com resina é um processo muito delicado, seguido pelo revestimento da camada interna e externa e depois pelo ajuste ... Eu estimo que tal coisa seja pelo menos tão cara quanto várias cabaças reais.

Termo aditivo

Depois de alguns meses e essa pergunta surgindo, percebi mais algumas coisas que poderiam ser usadas no design disso:

• Casca fina, blindada. Pense sobre o seguinte: Imprima uma parede thichk de 2 ou 3 cascas, que será a mais interna. Em seguida, reforce-o com tapetes de resina e fibra de carbono até que o som esteja correto. Isso permitiria ajustar a cabaça em algum grau.

• Impressão sólida, deslizada. Você pode pegar seu modelo e imprimi-lo solidamente, mas, no design, pode incluir árvores como espaços vazios acessíveis do lado de fora. com uma seringa. Empurrar resina através desses orifícios criaria veias de resina mais dura dentro da cabaça, o que poderia alterar a melodia e fortalecê-la.

• Pós-processamento. Ignorando um pouco a resina, você também pode tornar uma cabaça do PLA mais estável, permitindo que ela cure no forno por algum tempo. Tive algum sucesso assando a cerca de 100 ° C por cerca de uma hora. Para obter mais informações sobre como isso altera o módulo de diferentes materiais, sugiro CNC Kitchen: Paredes Finas e PLA Recozimento e Alterações no PLA recozido