[Программирование, Работа с 3D-графикой, 3D-принтеры, Звук] Флейты, программист и производство
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
На объединение данных понятий мне потребовалось 5 лет и миллион рублей. Я запустил производство флейт Пана Arra Lazur и продолжаю его развивать по настоящее время (2021г), при этом являюсь C++ разработчиком, преимущественно в области 3d моделирования для CAD/САПР (систем автоматизированного проектирования) и геометрических ядер. Мне удалось достигнуть определенных успехов в этом деле и в этой статье я хотел бы поделиться ими, а также результатами проделанных экспериментов.О панфлейтеЧто же такое флейта Пана? Это музыкальный духовой инструмент. Является набором скрепленных между собой трубок различной длины. Музыкант дует на срез (лабиум) с одной стороны, а с другой трубки заткнуты пробками. Полученный внутренний объем трубки (игровой канал) определяет ее ноту.
флейта Пана [0]Качественное звучание обеспечивается известными техническими аспектами [12], например:
- Диаметры трубок меняются логарифмически, постепенно от большего к меньшему. Это дает плавность изменения тембра на всем диапазоне звучания.
- Внутренние поверхности трубок должны быть гладкими, отполированными в “зеркало”. Это дает легкость звукоизвлечения и “чистоту” звука.
- Расстояние между игровыми каналами должно быть минимально. Это дает минимальную ширину инструмента и как следствие, увеличивает максимальную скорость игры.
- Пробки должны иметь вогнутую поверхность. Чем короче трубка, тем больше степень вогнутости. Это дает “мягкость” звучания высоких нот.
- Форма игровых каналов должна быть конусной (сужаться к верху). Это дает “отзывчивость” инструменту и снижает потребление воздуха музыкантом.
Методы производстваВ большинстве своем такие флейты делаются из бамбука или тростника, поскольку этот природный материал уже имеет необходимую форму трубки. Главная проблема в нестабильности - невозможности иметь прогнозируемый, повторяемый результат.
Хранилище бамбуковых трубок на производстве [1]Более современный подход – это вытачивание трубок на токарных станках. Тут основная проблема – это очень высокая трудоемкость. 
Точение трубок на токарном станке [2]Массовый и очень дешевый вариант производства – это литье пластмасс под давлением [6]. Тут главная проблема – это невозможность менять параметры индивидуально под клиента, а также требуется реализация больших партий для амортизации оборудования/пресс-форм.
Литье пластмасс в пресс-формах [6]Хочется же получить технологию/алгоритм действий, исключающий недостатки вышеописанных подходов, выполнив которые, можно получить флейту высокого качества.Также хочется иметь гибкость при производстве. Например, индивидуально менять степень изгиба флейты, в зависимости от биомеханики шеи/головы играющего.АвтоматизацияНачал свой путь с написания программы – автоматического генератора 3д моделей панфлейт, поскольку подавляющее большинство оборудования, с функцией автоматического изготовления чего-либо, использует эти самые 3д модели. Так достаточно лишь запустить приложение (.ехе) с новыми параметрами, и получить сразу готовую 3д модель для преобразования в траекторию движения режущего инструмента станка с ЧПУ (числовым программным управлением). Саму флейту описывают порядка 50ти параметров: диаметры, толщины стенок, высота обвязки и т.д. Легкость перегенерации моделей поощряет эксперименты с этими параметрами и позволяет мне, например, измерив длину челюсти/рук и т.д., оптимизировать габариты/изгиб флейты под музыканта.
Пример 3д моделиДалее я начал пробовать различные способы изготовления:1) Вырезал плоские половинки флейт на фрезерном ЧПУ станке (фрезерование), а затем изгибал их, по известной технологии, при помощи водяного пара [7] (под воздействием влаги и высокой температуры дерево становится пластичным). Написал программу оптимальной расстановки деталей с целью экономии материала [8] и автоматическим запуском расчета управляющей программы для станка.
Фрезерование плоских панфлейтНа деле оказался невозможным изгиб, потому что во время пропаривания флейта начинает расслаиваться по клеевым швам. 2) Тогда я решил попробовать фрезеровать сразу изогнутые флейты, где весь инструмент распиливается на отдельные трубки, а каждая трубка на две половинки.
Фрезерование изогнутых панфлейтПодход оказался неудачным из-за необходимости фрезеровать детали с очень высокой точностью, которая недостижима при работе с натуральными материалами (деревом) и ограничениями такого типа оборудования [9]. 
Неудачный результат фрезерования3) А что если попробовать нарезать флейту поперек и затем склеивать полученные куски?
Для этого пришлось дописать функциональность по расчету пересечений 3д объектов и плоскости. Также заиграла новыми красками уже готовая авто-расстановка.
Нарезка панфлейты поперекПри таком подходе оказалось сложно получить точную и аккуратную стыковку слоев между собой. Критичным оказалось еще и отсутствие прочности (древесина легко раскалывается вдоль волокон).
Результаты сборки 4) Далее решил попробовать наматывать композитные угле- или стеклопластиковые трубки [10], а фрезеровать только деревянную обвязку. На деревянной обвязке с самых краев не лишним будет дополнительный материал, для защиты от разрушения крайних трубок при падении флейты углами на твердые поверхности.
Проектирование карбоновых панфлейтСуть формовки трубок заключается в намотке стекло-/углеткани на полированные стальные стержни, которые затем напитываются отверждаемым жидким пластиком в вакуумном пакете (метод вакуумной инфузии [11]). Трубки получаются сразу с гладкой внутренней поверхностью, легкие и прочные.
Реквизит для вакуумной инфузииФрезеровка плоской части обвязки не отличается от предыдущего способа, но вот фрезеровка изогнутой проблематична. Написал модуль, который нарезает эту часть на кучу небольших деталей, каждая из которых не имеет нависающих частей и может быть отфрезерована за один проход. Теперь уже требуется не просто расставить оптимально в заготовке, но и помнить, где какой кусок, чтобы правильно собрать воедино, так как деталей много и все они похожи друг на друга. Хороший такой пазл получился (:
Результат автоматической расстановки
Реализация в деревеПроблемой при таком подходе является высокая вероятность собрать неправильно нижнюю часть обвязки. Тонкие части деревянных кусков легко скалываются. Да и вся флейта получается хрупкой. 
Стеклопластиковые панфлейты5) Следующий этап – это печать трубок на 3d принтере и возврат к изгибу деревянных частей флейты с помощью водяного пара.
Составляющие напечатанных панфлейтПри печати возможно придать трубкам сложную, конусную форму с выступами, которая недостижима при формовке на стальных стержнях из-за неизбежного разрушения трубок во время снятия со стержней (так называемый замок).Для корректного изгибания деревянной обвязки требуется умение предсказывать, какую деталь нужно отфрезеровать, чтобы при изгибе она приобрела задуманную форму (ближняя и дальняя половинки обвязки имеют разную длину и требуются разные алгоритмы их генерации). Для этого пришлось реализовать дополнительный модуль в программе, моделирующий физический изгиб деревянной, тонкой пластины.
Пропаривание: ожидание и реальностьДетали по размерам небольшие и их удается фрезеровать целиком из одной доски и впоследствии успешно изгибать с пропариванием, без расслоений и поломок. Таким образом это рабочая технология сборки флейт, но приходится вручную заниматься шлифованием места стыка трубок и обвязки на торцах.
Напечатанные панфлейты6) Пока итоговый вариант – это 3d печать флейты целиком с использованием композитных пластиков, дерево-наполненным пластиком для обвязки, угле-наполненным пластиком для трубок и фотополимерным пластиком для вставок с торцов (лабиум).
Проект целиком печатаемой панфлейты
Взрыв-схемаПотребовались очередные корректировки генератора моделей. При этом для изготовления всех отдельных составляющих достаточно нажать на одну кнопку. А сборка напоминает конструктор “лего”, где все детали без усилий стыкуются друг с другом. Основной минус в ограниченном наборе возможных материалов.
Сборка трубок с обвязкой и лабиумом 
Пример целиком напечатанной панфлейты7) Так же хочется отдельно отметить изготовление пробок. Каждая пробка в зависимости от того, для какой ноты она предназначается, имеет свою степень вогнутости дна. Чем меньше длина трубки (чем выше нота), тем сильнее должна быть выпуклость.
3д модель силиконовых пробокВ целом все относительно просто. Изготавливается форма под литье силикона (фрезеровка, печать…) и она заполняется силиконом. 
Литье силиконаПланы, перспективы, потенциал
- Будет очень удобно, если в пробки будут встроены петли, за которые специальным крюком их можно будет двигать для подстройки нот.
Петли в пробки
- Наматывать карбоновые трубки на отполированные стержни с использованием технологии препрегов (проще, чем вакуумная инфузия), а не печатать их из угле-наполненного пластика [3]. Тогда получиться делать зеркальный внутренний канал.
Карбоновые трубки
- Фрезеровать обвязку из ценных пород древесины по уже отработанной технологии с изгибом [4], что просто эстетически красиво и прочнее, чем напечатанный пластик.
Ценные породы древесины
- Отливка из латуни лабиума (вставок с торцов) по технологии выжигаемых моделей [5], для долговечного ими удержания заточки.
Литье металлаТаким образом рендер 3d модели идеальной флейты Пана может выглядеть как-то так:
Проект идеальной панфлейтыИтогоУдалось получить достаточно автоматизированную технологию изготовления флейт Пана, в которой без дополнительных накладных расходов могут вноситься изменения хоть в каждую выпускаемую единицу товара.Но не все еще идеально. Есть аспекты, требующие улучшений, в связи с чем планирую продолжать работу над проектом. P.S.
Фото отчет: https://www.instagram.com/arra.lazur/
Видео материалы: https://www.youtube.com/channel/UCVlFogcnEd2hL9x5DVbyb8QИспользованные источники:[0] https://vplate.ru/flejta/pana/ [1] https://sites.google.com/site/radu63353/panflute-shop [2] https://www.youtube.com/watch?v=CNRBoFL0U28&feature=emb_logo&ab_channel=BradWhite [3] https://carbonkevlarsupply.com/products/carbon-fiber-tubing-10mm-x-8mm-x-500mm-3k-roll-wrapped-100-carbon-fiber-tube-glos [4] https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=k4uVozxt6vY&ab_channel=mtmwood [5] https://lk-casting.ru/izgotovlenie-juvelirnyh-izdelij/ [6] https://3dvision.su/services/lite-plastmass/v-press-formy/ [7] https://woodjig.net/parovaja-gibka/ [8] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8F [9] https://prototechasia.com/en/plastic-cnc-machining/questions-cnc-machining [10] https://www.youtube.com/watch?v=wMJ3b2QhFkk&ab_channel=World4Carp [11] https://zakbus.ru/vakuumnaya-infuziya/ [12] Флейта Пана: инструмент и техника игры. Денис Климов. Стр 39.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Open source, Программирование, Go, Управление разработкой] Релиз ruleguard v0.3.0
- [Звук] «Кто на новенького»: соцсети и стриминговые сервисы хотели бы найти новые подходы в работе с музыкой
- [C++, C, Программирование микроконтроллеров] Реализация многозадачности на функциональных очередях (без RTOS)
- [Программирование, Java] Java 16 — новые синтаксические возможности языка
- [Работа с 3D-графикой, Разработка игр, C#, Unity] Моделирование дома в SketchUp и перенос его в Unity 3D
- [Алгоритмы, Matlab, Звук] Делаем звук в наушниках объёмным. Цифровая обработка сигналов для домашнего применения
- [Программирование, Objective C, История IT, Биографии гиков] Ушел из жизни один из создателей Objective C Брэд Кокс
- [Информационная безопасность, Законодательство в IT, Финансы в IT, Звук] «Мир Hi-Fi»: обсуждаем налог на картинку, вендор-локи, атмосферу паранойи и музыкальные ИБ-пасхалки
- [Программирование, Assembler, Компиляторы] Экстракоды при синтезе программ
- [Информационная безопасность, Спортивное программирование] Вердикт WAF, или Что происходило с веб-ресурсами цифровых двойников компаний на The Standoff
Теги для поиска: #_programmirovanie (Программирование), #_rabota_s_3dgrafikoj (Работа с 3D-графикой), #_3dprintery (3D-принтеры), #_zvuk (Звук), #_chpustanki (чпу-станки), #_proizvodstvo (производство), #_muzykalnye_instrumenty (музыкальные инструменты), #_3dpechat (3d-печать), #_modelirovanie (моделирование), #_frezerovanie (фрезерование), #_ugleplastik (углепластик), #_steklovolokno (стекловолокно), #_stekloplastik (стеклопластик), #_uglevolokno (углеволокно), #_programmirovanie (
Программирование
), #_rabota_s_3dgrafikoj (
Работа с 3D-графикой
), #_3dprintery (
3D-принтеры
), #_zvuk (
Звук
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 22:26
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
|
На объединение данных понятий мне потребовалось 5 лет и миллион рублей. Я запустил производство флейт Пана Arra Lazur и продолжаю его развивать по настоящее время (2021г), при этом являюсь C++ разработчиком, преимущественно в области 3d моделирования для CAD/САПР (систем автоматизированного проектирования) и геометрических ядер. Мне удалось достигнуть определенных успехов в этом деле и в этой статье я хотел бы поделиться ими, а также результатами проделанных экспериментов.О панфлейтеЧто же такое флейта Пана? Это музыкальный духовой инструмент. Является набором скрепленных между собой трубок различной длины. Музыкант дует на срез (лабиум) с одной стороны, а с другой трубки заткнуты пробками. Полученный внутренний объем трубки (игровой канал) определяет ее ноту.  флейта Пана [0]Качественное звучание обеспечивается известными техническими аспектами [12], например:
 Хранилище бамбуковых трубок на производстве [1]Более современный подход – это вытачивание трубок на токарных станках. Тут основная проблема – это очень высокая трудоемкость.  Точение трубок на токарном станке [2]Массовый и очень дешевый вариант производства – это литье пластмасс под давлением [6]. Тут главная проблема – это невозможность менять параметры индивидуально под клиента, а также требуется реализация больших партий для амортизации оборудования/пресс-форм.  Литье пластмасс в пресс-формах [6]Хочется же получить технологию/алгоритм действий, исключающий недостатки вышеописанных подходов, выполнив которые, можно получить флейту высокого качества.Также хочется иметь гибкость при производстве. Например, индивидуально менять степень изгиба флейты, в зависимости от биомеханики шеи/головы играющего.АвтоматизацияНачал свой путь с написания программы – автоматического генератора 3д моделей панфлейт, поскольку подавляющее большинство оборудования, с функцией автоматического изготовления чего-либо, использует эти самые 3д модели. Так достаточно лишь запустить приложение (.ехе) с новыми параметрами, и получить сразу готовую 3д модель для преобразования в траекторию движения режущего инструмента станка с ЧПУ (числовым программным управлением). Саму флейту описывают порядка 50ти параметров: диаметры, толщины стенок, высота обвязки и т.д. Легкость перегенерации моделей поощряет эксперименты с этими параметрами и позволяет мне, например, измерив длину челюсти/рук и т.д., оптимизировать габариты/изгиб флейты под музыканта.  Пример 3д моделиДалее я начал пробовать различные способы изготовления:1) Вырезал плоские половинки флейт на фрезерном ЧПУ станке (фрезерование), а затем изгибал их, по известной технологии, при помощи водяного пара [7] (под воздействием влаги и высокой температуры дерево становится пластичным). Написал программу оптимальной расстановки деталей с целью экономии материала [8] и автоматическим запуском расчета управляющей программы для станка.  Фрезерование плоских панфлейтНа деле оказался невозможным изгиб, потому что во время пропаривания флейта начинает расслаиваться по клеевым швам. 2) Тогда я решил попробовать фрезеровать сразу изогнутые флейты, где весь инструмент распиливается на отдельные трубки, а каждая трубка на две половинки.  Фрезерование изогнутых панфлейтПодход оказался неудачным из-за необходимости фрезеровать детали с очень высокой точностью, которая недостижима при работе с натуральными материалами (деревом) и ограничениями такого типа оборудования [9].  Неудачный результат фрезерования3) А что если попробовать нарезать флейту поперек и затем склеивать полученные куски? Для этого пришлось дописать функциональность по расчету пересечений 3д объектов и плоскости. Также заиграла новыми красками уже готовая авто-расстановка.  Нарезка панфлейты поперекПри таком подходе оказалось сложно получить точную и аккуратную стыковку слоев между собой. Критичным оказалось еще и отсутствие прочности (древесина легко раскалывается вдоль волокон).  Результаты сборки 4) Далее решил попробовать наматывать композитные угле- или стеклопластиковые трубки [10], а фрезеровать только деревянную обвязку. На деревянной обвязке с самых краев не лишним будет дополнительный материал, для защиты от разрушения крайних трубок при падении флейты углами на твердые поверхности.  Проектирование карбоновых панфлейтСуть формовки трубок заключается в намотке стекло-/углеткани на полированные стальные стержни, которые затем напитываются отверждаемым жидким пластиком в вакуумном пакете (метод вакуумной инфузии [11]). Трубки получаются сразу с гладкой внутренней поверхностью, легкие и прочные.  Реквизит для вакуумной инфузииФрезеровка плоской части обвязки не отличается от предыдущего способа, но вот фрезеровка изогнутой проблематична. Написал модуль, который нарезает эту часть на кучу небольших деталей, каждая из которых не имеет нависающих частей и может быть отфрезерована за один проход. Теперь уже требуется не просто расставить оптимально в заготовке, но и помнить, где какой кусок, чтобы правильно собрать воедино, так как деталей много и все они похожи друг на друга. Хороший такой пазл получился (:  Результат автоматической расстановки  Реализация в деревеПроблемой при таком подходе является высокая вероятность собрать неправильно нижнюю часть обвязки. Тонкие части деревянных кусков легко скалываются. Да и вся флейта получается хрупкой.  Стеклопластиковые панфлейты5) Следующий этап – это печать трубок на 3d принтере и возврат к изгибу деревянных частей флейты с помощью водяного пара.  Составляющие напечатанных панфлейтПри печати возможно придать трубкам сложную, конусную форму с выступами, которая недостижима при формовке на стальных стержнях из-за неизбежного разрушения трубок во время снятия со стержней (так называемый замок).Для корректного изгибания деревянной обвязки требуется умение предсказывать, какую деталь нужно отфрезеровать, чтобы при изгибе она приобрела задуманную форму (ближняя и дальняя половинки обвязки имеют разную длину и требуются разные алгоритмы их генерации). Для этого пришлось реализовать дополнительный модуль в программе, моделирующий физический изгиб деревянной, тонкой пластины.  Пропаривание: ожидание и реальностьДетали по размерам небольшие и их удается фрезеровать целиком из одной доски и впоследствии успешно изгибать с пропариванием, без расслоений и поломок. Таким образом это рабочая технология сборки флейт, но приходится вручную заниматься шлифованием места стыка трубок и обвязки на торцах.  Напечатанные панфлейты6) Пока итоговый вариант – это 3d печать флейты целиком с использованием композитных пластиков, дерево-наполненным пластиком для обвязки, угле-наполненным пластиком для трубок и фотополимерным пластиком для вставок с торцов (лабиум).  Проект целиком печатаемой панфлейты  Взрыв-схемаПотребовались очередные корректировки генератора моделей. При этом для изготовления всех отдельных составляющих достаточно нажать на одну кнопку. А сборка напоминает конструктор “лего”, где все детали без усилий стыкуются друг с другом. Основной минус в ограниченном наборе возможных материалов.  Сборка трубок с обвязкой и лабиумом  Пример целиком напечатанной панфлейты7) Так же хочется отдельно отметить изготовление пробок. Каждая пробка в зависимости от того, для какой ноты она предназначается, имеет свою степень вогнутости дна. Чем меньше длина трубки (чем выше нота), тем сильнее должна быть выпуклость.  3д модель силиконовых пробокВ целом все относительно просто. Изготавливается форма под литье силикона (фрезеровка, печать…) и она заполняется силиконом.  Литье силиконаПланы, перспективы, потенциал
 Петли в пробки
 Карбоновые трубки
 Ценные породы древесины
 Литье металлаТаким образом рендер 3d модели идеальной флейты Пана может выглядеть как-то так:  Проект идеальной панфлейтыИтогоУдалось получить достаточно автоматизированную технологию изготовления флейт Пана, в которой без дополнительных накладных расходов могут вноситься изменения хоть в каждую выпускаемую единицу товара.Но не все еще идеально. Есть аспекты, требующие улучшений, в связи с чем планирую продолжать работу над проектом. P.S. Фото отчет: https://www.instagram.com/arra.lazur/ Видео материалы: https://www.youtube.com/channel/UCVlFogcnEd2hL9x5DVbyb8QИспользованные источники:[0] https://vplate.ru/flejta/pana/ [1] https://sites.google.com/site/radu63353/panflute-shop [2] https://www.youtube.com/watch?v=CNRBoFL0U28&feature=emb_logo&ab_channel=BradWhite [3] https://carbonkevlarsupply.com/products/carbon-fiber-tubing-10mm-x-8mm-x-500mm-3k-roll-wrapped-100-carbon-fiber-tube-glos [4] https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=k4uVozxt6vY&ab_channel=mtmwood [5] https://lk-casting.ru/izgotovlenie-juvelirnyh-izdelij/ [6] https://3dvision.su/services/lite-plastmass/v-press-formy/ [7] https://woodjig.net/parovaja-gibka/ [8] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8F [9] https://prototechasia.com/en/plastic-cnc-machining/questions-cnc-machining [10] https://www.youtube.com/watch?v=wMJ3b2QhFkk&ab_channel=World4Carp [11] https://zakbus.ru/vakuumnaya-infuziya/ [12] Флейта Пана: инструмент и техника игры. Денис Климов. Стр 39. =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Программирование ), #_rabota_s_3dgrafikoj ( Работа с 3D-графикой ), #_3dprintery ( 3D-принтеры ), #_zvuk ( Звук ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 22:26
Часовой пояс: UTC + 5