小提琴的形状很容易辨认。它已经存在了几个世纪了，在设计上几乎没有改变。小提琴音乐已经发展到如此高的水平，以至于它在我们的文化中几乎达到了传奇的地位。设计一个声学乐器的困难在于它需要听起来真实，没有放大器、滤波器和其他可以用于电子乐器的东西的帮助。对于小提琴来说，乐器的整个身体都有助于发声，因此几何结构、内部结构和材料特性都会发挥作用。几年前，我根据1884年爱德华赫伦·艾伦的一本书《小提琴制作》中一位瓜尼瑞斯的痕迹，制作了一把传统的木制手工雕刻小提琴。今年，我尝试用现代设计工具和3D打印来做同样的事情。我的公司，Formlabs，与小提琴家瑞德·普莱斯合作，在一个新的视频中首次推出了3D打印的小提琴，其中包括一首由瑞德作曲并录制在3D打印小提琴上的原创歌曲。传统小提琴解剖学小提琴已经演变成一种与其功能密切相关的有机形状。颈部支撑着四根弦，它们在桥上伸展，压在中空的身体上。在身体的中间，有一个腰部，可以让弓充分运动。小提琴的前脸传统上是由云杉制成，云杉是灵活和轻巧的，因此它可以响应振动。琴弦的一部分力（和一些低频振动）通过音柱传递到乐器的枫木背上，音柱是一种在前后板之间摩擦配合的云杉杆。沿着前脸内侧是低音条，一条加强前部的木条，有助于将振动传递到整个表面。小提琴的横截面图，显示低音小节（a）和音柱（B）。出自爱德华赫伦·艾伦1884年的著作《小提琴制造，原来如此》我想设计一个3D打印的小提琴，使其具有相同的内部结构：一个中空的外壳，靠近桥的一侧有一个声柱，前部内侧有一个加强杆。稍后，我将试验这些不同元素的维度，但重要的是要正确地掌握基本知识。为小提琴造型小提琴很难在纸上画，在电脑上更难画。小提琴最显著的几何特征是前后板和卷轴。几年前，我画了一幅涂鸦，画的是如何定义小提琴的主体，这幅图帮助我弄清楚了如何建模正面和背面。最初我计划在Rhino3D中为小提琴建模，它使用UV参数化创建曲面。后来，我决定尺寸的参数化控制很重要，所以我选择了Onshape，但仍然考虑了U和V方向的外表面。因为这些曲面是基于网格的，它们可以有多达四个自然奇点，对应于矩形网格的四个角。幸运的是，小提琴的主体有四个角，而其余的边界是平滑的。在Onshape中，我可以将这个形状定义为阁楼，横截面的角位于小提琴的角上。为了将放样约束到正确的形状，我使用了C形轮廓和中心线轮廓作为参考。这些横截面和指南是基于斯特拉迪瓦里乌斯小提琴的实际轮廓，这可以在同一本书中找到，我用来建造传统的瓜纳留斯小提琴。小提琴前部的一个阁楼，显示了横截面（橙色轮廓）和引导曲线。小提琴卷轴的基本放样，侧视图（橙色）和曲面线（黑色）显示螺旋面的局部方向。侧视图和所有曲面线都是单独的草图特征，可以对其进行修改以更改滚动体的整体形状。完成了卷轴的设计，具有传统特征（钉箱、钉孔、倒角和沟槽）和现代特征（用于连接颈部和碳纤维的定位几何结构）。卷轴是另一个标志性的小提琴作品，我可以定义使用一个良好的阁楼。横截面是由一个沿着卷轴边缘的三维螺旋状导轨连接起来的；我后来添加了倒角边，并使用了放样切割来在卷轴的外部形成凹槽表面。除了少数例外，Onshape特征列表中的前几百个特征通常定义了一个传统小提琴，而最后几百个特征则采用了该几何体并使其适应3D打印。我添加了一些修改，比如将传统上分开的部件组合起来，将大型部件拆分为可打印的部件，以及定位特征（如标签和定位销孔）以便于组装。三维模型的参数化格式在许多方面都很有用。通过抑制模型的后期"现代"特征，可以看到（并潜在地使用）小提琴的基本模型进行数控切割，但传统构造的小提琴。另一个选择是修改拆分位置以适应其他尺寸的打印机。一个更具雄心壮志的项目是编辑早期草图的尺寸，将模型改为中提琴，中提琴形状相似，尺寸稍大。沿着同样的趋势，人们可以设想将现有的小提琴模型修改为大提琴，此时，人们关心的问题就变成了如何构建这样一个巨大的乐器。用form23d打印机快速成型我最初想创建一个原型，只是为了证明它是有效的。事实上，第一个工作了一段时间，但是当我们测试原型时，很明显需要进行大量的改进。当我们和瑞德一起拍摄视频时，我已经制作了五把不同的3D打印小提琴。我用Form2和Formlabs的白色、黑色和坚韧的树脂打印了原型。立体光刻（SLA）对于这个项目来说是有意义的，因为小提琴需要足够的强度来承受几种不同方向的力，SLA部分是各向同性的，这意味着它们在每个方向上都同样强大。此外，仪器复杂的几何结构要求对小特征和大特征都有严格的公差，表格2能够始终如一地打印出来。小提琴分解图，显示所有26个3D打印部件。（字符串和其他现成硬件省略）。第三次也是最后一次（现在！）小提琴版本由26个3D打印部件组成，只需在表格2上打印5个通宵打印。所有的附加硬件，如弦、螺钉和碳纤维棒都很容易获得（更多关于针状物的信息）。所有这些重复加起来就成了一个快乐的小提琴手。"当设计完成后，我把小提琴带回家去写和录制这首曲子，我对这声音感到非常惊讶，"瑞德说这整个项目完全挑战了我对3D打印机可以成功创建什么的看法，在我有生之年看到这样的事情，并参与到创建过程中，这是令人兴奋和鼓舞的！"小提琴家瑞特·普莱斯演奏Formlabs工程师陈百翰（Brian Chan）的3D打印小提琴。访问瑞德的Facebook页面，了解更多他的音乐。创建您自己的3D打印小提琴这款3D打印、参数化设计的小提琴朝着创造高质量合成乐器的目标迈进了一大步。它为研究几何和材料选择的众多变量及其对声音的影响开辟了可能性，也使我们能够以制造传统乐器所需的成本和精力的一小部分来制造乐器。我希望其他的修补者会接受这个设计，并在他们认为合适的时候添加他们自己的更改。要试用它，请从Pinshape下载小提琴文件，或者直接下载到Onshape制作一个可以编辑和实验的副本。要亲身体验SLA质量，请索取打印在表格2中的免费样品零件。