Струнных инструментов, целиком или частично напечатанных на 3D-принтере, за последние годы вышло немало: гитары, укулеле, скрипки. Banjo в этом ряду встречается редко, а версия, где роль резонатора играет обычный праздничный воздушный шар, — тем более. Именно такой инструмент под названием Balloon Banjo собрала сингапурская студия Co:Creation Lab. Задумывался он не как музыкальный проект, а как наглядный эксперимент по физике резонанса, который заодно оказался хорошим тестом на аккуратность FDM-печати.
Чем банджо отличается от гитары
У классического банджо, того самого, что звучит в блюграссе, пять струн. Первые четыре, как и у шестиструнной гитары, наматываются на колки в головке грифа, а пятая — на отдельный колок, врезанный в гриф на уровне пятого лада. Она короче остальных и звучит постоянной высокой нотой: именно она даёт банджо узнаваемый тембр.
Второе отличие — верхняя дека. У банджо она затянута мембраной, как у барабана, традиционно кожаной. В Balloon Banjo мембраны нет вовсе: вместо неё в напечатанную раму вставлен надутый шар, и звук струны уходит внутрь этого воздушного объёма.
Из чего собирается инструмент
Всего в конструкции 19 деталей, из них семь печатных: гриф, левый и правый фланцы, два элемента подставки, семь колков и семь гнёзд под них. Струны — нейлоновая нить или обычная леска. Металлического крепежа нет совсем: детали соединяются защёлками, а гнёзда фиксируются пластиковыми винтами, которые затягиваются пальцами, без отвёртки и без клея.
Это не украшательство, а часть замысла. Инструмент рассчитан на то, что его будут разбирать, переделывать и собирать заново: поменять струны, поменять шар, послушать, что изменилось.
Режимы печати: где можно быстро, а где нельзя
Базовые параметры простые: сопло 0,4 мм, высота слоя 0,2 мм, заполнение 15 %. Полный комплект деталей из PLA печатается примерно за 11 часов. Исключение одно, но принципиальное — колки и гнёзда под них печатаются слоем 0,16 мм.
«Колки и гнёзда печатаются более тонким слоем, потому что именно эти две детали держат посадочный допуск. На 0,2 мм они выходят либо слишком тугими, чтобы собраться, либо слишком свободными, чтобы держать».
Это общее правило FDM, а не особенность конкретной модели. Высота слоя задаёт шаг, которым принтер «набирает» диаметр: чем он крупнее, тем грубее ступеньки на цилиндрической поверхности и тем сильнее реальный размер пары «вал — отверстие» отличается от чертёжного. Там, где деталь просто держит форму, разница незаметна; там, где важна посадка с натягом, она решает, соберётся узел или нет. По той же причине перед печатью ответственных сопряжений имеет смысл прогнать пробный образец на две-три посадки и убедиться, что поток пластика откалиброван — подгонять допуск ножом по факту хуже, чем подобрать его в слайсере.
Гриф печатают плашмя
Отдельная оговорка касается ориентации грифа на столе: печатать его нужно лёжа. Прочность FDM-детали анизотропна — вдоль слоёв пластик держит нагрузку заметно лучше, чем поперёк, потому что межслойное сцепление слабее самого материала. Если печатать гриф вертикально, натянутые струны будут работать ровно на разрыв по линиям слоёв, и деталь может расслоиться. Тот же принцип стоит держать в голове при печати любых нагруженных кронштейнов и рычагов: слои должны идти вдоль вектора растяжения, а не поперёк.
Что, собственно, исследуют
Управляемых параметров у инструмента два: объём воздуха в шаре и натяжение струн. Подкачали шар — изменился объём резонирующей полости и вместе с ним окраска звука; подтянули или отпустили струну, взяли струну другой толщины — сместилась и высота, и характер отклика. Никаких приборов не требуется: разницу слышно и, как отмечают авторы, буквально чувствуется в руках по вибрации корпуса.
Для школьного или кружкового занятия это удобный формат: связь «объём полости — резонанс» обычно объясняют на резонаторе Гельмгольца и трубках, а здесь тот же эффект получается перестраиваемым и осязаемым.
Кому пригодится
Инструмент рекомендован детям от шести лет и старше. Набор STL-файлов вместе с инструкцией (на английском и японском) и рекомендованными настройками печати продаётся примерно за 7 долларов.
Помимо очевидного образовательного применения, у такой модели есть и утилитарная польза для мастерской: комплект из семи деталей, где часть печатается «как обычно», а часть требует точной посадки, — неплохая проверка того, насколько ваш принтер и профиль слайсера держат размер. Если колки собираются от руки и при этом не проворачиваются под натяжением струны, значит, с калибровкой всё в порядке.