De Balloon Banjo is een innovatief, 3D-geprint snaarinstrument waarbij een feestballon fungeert als klankkast. Het unieke kenmerk is dat de resonantie van het instrument direct kan worden beïnvloed door de ballon meer of minder op te blazen.
Het ontwerp is specifiek ontwikkeld om door een ouder en kind samen gebouwd te kunnen worden zonder gebruik van gereedschap of lijm. Hierdoor zijn er bewuste ontwerpkeuzes gemaakt, zoals het gebruik van geprinte plastic schroeven in plaats van metalen schroeven of fragiele klikverbindingen.
Technische details uit het project:
- Productie: Het instrument bestaat uit 19 onderdelen. De hals wordt plat geprint om te voorkomen dat hij splijt onder de snaarspanning.
- Precisie: Voor kritieke onderdelen (pennen en penhouders) is een lagere laaghoogte van 0,16 mm gebruikt voor een optimale passing.
- Akoestiek: De gebruiker kan experimenteren met verschillende materialen voor de snaren (zoals vislijn of nylon) en de luchtdruk in de ballon om het geluid te veranderen.
- Documentatie: Er is een speciale generator-script ontwikkeld om handleidingen te maken die uitsluitend uit afbeeldingen bestaan, om zo compatibiliteitsproblemen met lettertypen bij het printen te vermijden.
Balloon Banjo: Een instelbare resonator die je opblaast
Projectbeschrijving
Dit is een klein snaarinstrument waarbij een feestballon als klankkast dient. Vier snaren lopen over een kam die direct op de ballon rust. Wanneer een snaar wordt aangeraakt, koppelt de trilling zich aan de lucht binnenin. Door de ballon meer of minder op te blazen, verschuift de resonantie. De klankkast is dus een variabele die je tijdens het spelen met je eigen longen kunt aanpassen, zonder dat het instrument uit elkaar gehaald hoeft te worden.
De belangrijkste ontwerpbeperking was niet akoestisch, maar sociaal: een vader moet het samen met zijn kind kunnen bouwen. Bijna alle technische details vloeien hieruit voort: er zijn geen metalen schroeven, er zijn geen klikverbindingen (snap fits) in de assemblage, en er is slechts één klikverbinding aan de binnenzijde die door een volwassene eenmalig wordt vastgedrukt.
Het project bestaat uit 19 geprinte onderdelen verdeeld over 7 STL-bestanden. Een ronde ballon en vislijn zijn niet inbegrepen; beide zijn verbruiksartikelen en bedoeld om vervangen te worden.
Ontwerpdetails
Waarom plastic schroeven in plaats van metaal
Metalen schroeven vereisen een schroevendraaier, en dat is geen gereedschap dat je aan een zesjarige geeft. Bovendien kunnen metalen schroeven een plastic gat direct uitstripen zodra iemand te strak aandraait, wat precies is wat een klein handje zou doen. Geprinte plastic schroeven kunnen met de vingers worden gedraaid. Een stap die geen gereedschap vereist, is een stap die je aan het kind kunt overdragen.
Waarom de verbindingen geen klikverbindingen (snap fits) zijn
Hoewel klikverbindingen meestal de juiste keuze zijn bij geprinte assemblages (geen gereedschap, geen lijm, minder onderdelen), vereisen ze kracht om te passen. Een stijfheid die een volwassene niet merkt, is lastig voor een kinderhand. Bovendien hebben klikverbindingen de neiging te breken bij het demonteren, precies op het moment dat een kind het hardst trekt. Een schroef kan door het kind zonder kracht worden aangedraaid, losgedraaid en ongedaan gemaakt als er iets misgaat. Daarom zijn de assemblageverbindingen schroeven.
De enige klikverbinding en de reden hiervan
Er is exact één klikverbinding in het model: de penhouder (peg socket). Dit betreft zeven kleine onderdelen die in gaten in de flenzen en de hals worden gedrukt. Deze keuze is gemaakt voor de printbaarheid, niet voor de assemblage.
De eerste poging was om de schroefdraad direct in het lichaam te printen (getapte gaten in de flenzen en hals). Dit zou minder onderdelen betekenen, maar het printte niet correct. Omdat de gaten verschillende richtingen op staan, kwamen ze bij elke printoriëntatie altijd gedeeltelijk onder een hoek uit, wat resulteert in een onzuivere print. Door de gaten als aparte onderdelen te printen, verdween het probleem. Alle zeven onderdelen worden rechtop geprint en daarna ingedrukt. Dit is een eenmalige klus voor een volwassene; daarna raakt niemand ze meer aan. De klikverbindingen dienen dus de printer, terwijl de schroeven daar zitten waar de handen komen.
Toleranties
Van de 19 te printen onderdelen zijn er slechts twee dimensionaal kritisch: de pen (peg) en de penhouder (peg socket). Dit is geen toeval; omdat deze onderdelen zijn gesplitst om het oriëntatieprobleem op te lossen, is de passing daar geconcentreerd. Bij de schroefdraad en het gat is de balans cruciaal: te los en de snaarspanning trekt ze eruit; te strak en ze passen niet.
Deze twee onderdelen worden geprint met een laaghoogte van 0,16 mm. De overige 17 stukken worden geprint op 0,2 mm. Het model is ontworpen met een speling van 0,15 mm voor PLA; PETG vereist ongeveer 0,05 mm extra. Het printen van alle 19 onderdelen op de kritische instellingen zou de printtijd (reeds 11 uur) onnodig verlengen.
De hals plat printen
Laaggrenzen zijn de zwakke richting van een print. Als de hals rechtop wordt geprint, liggen deze grenzen loodrecht op de snaarspanning, waardoor het onderdeel direct langs een laaggrens splijt zodra de snaar wordt gespannen. Door de hals plat op de plaat te printen, lopen de lagen in de lengte en blijft het onderdeel sterk.
Ontwerpen voor printers die je nooit zult aanraken
Omdat er bestanden in plaats van fysieke objecten worden verspreid, moet de passing overleven op machines, filamenten en slicers van anderen. De ontwerper kan enkel de aangenomen speling vermelden en de twee instellingen die er echt toe doen: laaghoogte en oriëntatie. Alleen getallen worden vaak overgeslagen door mensen die haast hebben, waardoor de bouw bij stap één al stopt.
De ballon gaat er van onderaf in
Oorspronkelijk moesten de twee flenzen geopend worden om de ballon ertussen te plaatsen, wat betekende dat het lichaam bij elke wissel lossnedraaid moest worden. De volgorde is aangepast: de hals wordt tussen de flenzen geklemd, waardoor de ballon van onderaf kan worden geplaatst of vervangen terwijl het instrument gemonteerd blijft.
Componenten
| Aantal | Onderdeel | Omschrijving |
|---|
| 1 × | Hals | Geprint. Print deze liggend op de plaat. |
| 2 × | Flens (links en rechts) | Geprint. Deze klemmen de ballon vast. |
| 1 × | Kam 1 | Geprint. Rust direct op de ballon. |
| 1 × | Kam 2 | Geprint. Rust op de hals en fungeert als topkam. |
| 7 × | Pen | Geprinte plastic schroef. 4 voor stemming, 3 structureel. Print rechtop op 0,16 mm. |
Aanvullende inzichten uit projectlogs
Geluid en experiment
De ballon doet het meeste werk. Door hem iets meer op te blazen verschuift de resonantie; door lucht te laten ontsnappen, verschuift deze terug. Dit is de kern van het experiment.
De snaren vormen de andere helft: lengte, spanning en materiaal veranderen elk de toonhoogte. De snaren zijn bedoeld om gewisseld te worden. Vislijn en nylon klinken verschillend genoeg dat een kind het verschil kan horen zonder dat er verteld hoeft te worden waar op te letten. Voor geen van beide variabelen is gereedschap nodig.
De handleiding
De assemblagehandleiding moet printbaar zijn op eenvoudige kopieermachines in winkels, die vaak problemen hebben met platformafhankelijke tekens (zoals omcirkelde nummers, waarschuwingssymbolen) en niet-ingebedde Japanse lettertypen. De oplossing was om de handleiding als een PDF te maken die uitsluitend uit afbeeldingen bestaat, zonder tekstlaag of lettertypen.
Om toekomstige wijzigingen mogelijk te maken, is er een generator-script gemaakt. Door een woordenboek met teksten aan te passen en het script te draaien, worden de Engelse en Japanse handleidingen samen opnieuw gegenereerd.
Balloon Banjo: Een instelbare resonator die je opblaast
Projectbeschrijving
Dit is een klein snaarinstrument waarbij een feestballon als klankkast dient. Vier snaren lopen over een kam die direct op de ballon rust. Wanneer een snaar wordt aangeraakt, koppelt de trilling zich aan de lucht binnenin. Door de ballon meer of minder op te blazen, verschuift de resonantie. De klankkast is dus een variabele die je tijdens het spelen met je eigen longen kunt aanpassen, zonder dat het instrument uit elkaar gehaald hoeft te worden.
De belangrijkste ontwerpbeperking was niet akoestisch, maar sociaal: een vader moet het samen met zijn kind kunnen bouwen. Bijna alle technische details vloeien hieruit voort: er zijn geen metalen schroeven, er zijn geen klikverbindingen (snap fits) in de assemblage, en er is slechts één klikverbinding aan de binnenzijde die door een volwassene eenmalig wordt vastgedrukt.
Het project bestaat uit 19 geprinte onderdelen verdeeld over 7 STL-bestanden. Een ronde ballon en vislijn zijn niet inbegrepen; beide zijn verbruiksartikelen en bedoeld om vervangen te worden.
Ontwerpdetails
Waarom plastic schroeven in plaats van metaal
Metalen schroeven vereisen een schroevendraaier, en dat is geen gereedschap dat je aan een zesjarige geeft. Bovendien kunnen metalen schroeven een plastic gat direct uitstripen zodra iemand te strak aandraait, wat precies is wat een klein handje zou doen. Geprinte plastic schroeven kunnen met de vingers worden gedraaid. Een stap die geen gereedschap vereist, is een stap die je aan het kind kunt overdragen.
Waarom de verbindingen geen klikverbindingen (snap fits) zijn
Hoewel klikverbindingen meestal de juiste keuze zijn bij geprinte assemblages (geen gereedschap, geen lijm, minder onderdelen), vereisen ze kracht om te passen. Een stijfheid die een volwassene niet merkt, is lastig voor een kinderhand. Bovendien hebben klikverbindingen de neiging te breken bij het demonteren, precies op het moment dat een kind het hardst trekt. Een schroef kan door het kind zonder kracht worden aangedraaid, losgedraaid en ongedaan gemaakt als er iets misgaat. Daarom zijn de assemblageverbindingen schroeven.
De enige klikverbinding en de reden hiervan
Er is exact één klikverbinding in het model: de penhouder (peg socket). Dit betreft zeven kleine onderdelen die in gaten in de flenzen en de hals worden gedrukt. Deze keuze is gemaakt voor de printbaarheid, niet voor de assemblage.
De eerste poging was om de schroefdraad direct in het lichaam te printen (getapte gaten in de flenzen en hals). Dit zou minder onderdelen betekenen, maar het printte niet correct. Omdat de gaten verschillende richtingen op staan, kwamen ze bij elke printoriëntatie altijd gedeeltelijk onder een hoek uit, wat resulteert in een onzuivere print. Door de gaten als aparte onderdelen te printen, verdween het probleem. Alle zeven onderdelen worden rechtop geprint en daarna ingedrukt. Dit is een eenmalige klus voor een volwassene; daarna raakt niemand ze meer aan. De klikverbindingen dienen dus de printer, terwijl de schroeven daar zitten waar de handen komen.
Toleranties
Van de 19 te printen onderdelen zijn er slechts twee dimensionaal kritisch: de pen (peg) en de penhouder (peg socket). Dit is geen toeval; omdat deze onderdelen zijn gesplitst om het oriëntatieprobleem op te lossen, is de passing daar geconcentreerd. Bij de schroefdraad en het gat is de balans cruciaal: te los en de snaarspanning trekt ze eruit; te strak en ze passen niet.
Deze twee onderdelen worden geprint met een laaghoogte van 0,16 mm. De overige 17 stukken worden geprint op 0,2 mm. Het model is ontworpen met een speling van 0,15 mm voor PLA; PETG vereist ongeveer 0,05 mm extra. Het printen van alle 19 onderdelen op de kritische instellingen zou de printtijd (reeds 11 uur) onnodig verlengen.
De hals plat printen
Laaggrenzen zijn de zwakke richting van een print. Als de hals rechtop wordt geprint, liggen deze grenzen loodrecht op de snaarspanning, waardoor het onderdeel direct langs een laaggrens splijt zodra de snaar wordt gespannen. Door de hals plat op de plaat te printen, lopen de lagen in de lengte en blijft het onderdeel sterk.
Ontwerpen voor printers die je nooit zult aanraken
Omdat er bestanden in plaats van fysieke objecten worden verspreid, moet de passing overleven op machines, filamenten en slicers van anderen. De ontwerper kan enkel de aangenomen speling vermelden en de twee instellingen die er echt toe doen: laaghoogte en oriëntatie. Alleen getallen worden vaak overgeslagen door mensen die haast hebben, waardoor de bouw bij stap één al stopt.
De ballon gaat er van onderaf in
Oorspronkelijk moesten de twee flenzen geopend worden om de ballon ertussen te plaatsen, wat betekende dat het lichaam bij elke wissel lossnedraaid moest worden. De volgorde is aangepast: de hals wordt tussen de flenzen geklemd, waardoor de ballon van onderaf kan worden geplaatst of vervangen terwijl het instrument gemonteerd blijft.
Componenten
| Aantal | Onderdeel | Omschrijving |
|---|
| 1 × | Hals | Geprint. Print deze liggend op de plaat. |
| 2 × | Flens (links en rechts) | Geprint. Deze klemmen de ballon vast. |
| 1 × | Kam 1 | Geprint. Rust direct op de ballon. |
| 1 × | Kam 2 | Geprint. Rust op de hals en fungeert als topkam. |
| 7 × | Pen | Geprinte plastic schroef. 4 voor stemming, 3 structureel. Print rechtop op 0,16 mm. |
Aanvullende inzichten uit projectlogs
Geluid en experiment
De ballon doet het meeste werk. Door hem iets meer op te blazen verschuift de resonantie; door lucht te laten ontsnappen, verschuift deze terug. Dit is de kern van het experiment.
De snaren vormen de andere helft: lengte, spanning en materiaal veranderen elk de toonhoogte. De snaren zijn bedoeld om gewisseld te worden. Vislijn en nylon klinken verschillend genoeg dat een kind het verschil kan horen zonder dat er verteld hoeft te worden waar op te letten. Voor geen van beide variabelen is gereedschap nodig.
De handleiding
De assemblagehandleiding moet printbaar zijn op eenvoudige kopieermachines in winkels, die vaak problemen hebben met platformafhankelijke tekens (zoals omcirkelde nummers, waarschuwingssymbolen) en niet-ingebedde Japanse lettertypen. De oplossing was om de handleiding als een PDF te maken die uitsluitend uit afbeeldingen bestaat, zonder tekstlaag of lettertypen.
Om toekomstige wijzigingen mogelijk te maken, is er een generator-script gemaakt. Door een woordenboek met teksten aan te passen en het script te draaien, worden de Engelse en Japanse handleidingen samen opnieuw gegenereerd.
Groetjes,