Статья про объективы, фотографию

Применение 3D печати для изготовления диафрагм

Как рассказано в предыдущих статьях, использование 3D печати из АБС пластика для изготовления корпусов, геликоидов, бленд, колец и адаптеров принесло положительные результаты. Кроме описанных изделий, было напечатано еще около 20 различных корпусов с геликоидами для объективов. За прошедшие годы разработаны и испытаны геликоиды диаметром от 35 до 100+ мм. Удалось добиться удовлетворительной плавности хода, доказать ресурс в 5 лет, фокусировку более 2000 раз без потери потребительских свойств. Проведены эксперименты со смазками. Все это позволяет утверждать, что эти изделия обладают хорошими потребительскими характеристиками.

После успешного применения технологий 3Dпечати корпусов, геликоидов и некоторых деталей объективов, остро встал вопрос изготовления диафрагм. Производство диафрагм необходимого размера позволит полностью решить проблему разработки корпусов для всевозможных объективов (готовых линзоблоков).

Конечно, если поискать в Интернете можно найти готовые для печати модели некоторых диафрагм, причем весьма совершенных. Поэтому я не претендую на «ноу-хау» и Нобелевскую премию, и отдаю себе отчет, что я всего лишь решил инженерную задачу, правда достаточно сложную и интересную. Элегантные и красивые решения появились уже после разработки нескольких моих вариантов. Желание интегрировать диафрагмы в собственные корпуса привело к самостоятельной разработке всех прототипов.

В ходе проработки было изготовлено 6 прототипов диафрагм, 5 из которых оказались рабочими. По завершению научно-исследовательской части своих трудов, могу честно утверждать, что способен изготовить диафрагмы с внутренним диаметром от 20мм до 100+мм, с 4. 10+ лепестками, уменьшающие диаметр отверстия в закрытом состоянии до 15 раз.

Данная статья представляет собой обзор конструктивных решений, реализованных в прототипах. Размещение статьи на сайте lens-club.ruпреследует цель вызвать интерес к самодельным диафрагмам, услышать здоровую критику и, по возможности, получить новые идеи.

Первоначально казалось, что тонкие лепестки диафрагмы, напечатанные из черного АБС пластика будут ломкими при изгибе или скручивании, неизбежно возникающих в обычной ирисовой диафрагме.

Так же вызывало опасение светопропускание пластмассового лепестка толщиной 0.25мм. Сама возможность производства таких тонких элементов конструкции была сомнительна.

Поэтому первый прототип представлял собой диафрагму «гильотинного» типа. 4 лепестка расположенные попарно друг напротив друга двигались на встречу не пересекая траектории. В процессе движения лепестки сохраняют плоскую форму. Для организации движения были спроектированы диски с вырезами определенной формы. Направляющими осями выступали металлические стержни, нарезанные из скрепок.

Модель прототипа 1 показана на рис. 1. Лепесток диафрагмы показан на рис. 2.

Рис. 1. Модель прототипа 1.

Рис. 2. Форма лепестка диафрагмы прототипа 1.

Прототип получился сколь интересен, столь и бесполезен. Он отлично работает, перемещение плавное, хоть и тяжелое. Но неимоверные размеры (внешний диаметр корпуса) означают большие сложности при попытке использовать его на практике для реальной конструкции. Уменьшение диаметра отверстия в 2,7 раза (площади отверстия в 7,25 раз). Сложность деталей и сборки, большая масса материала, а так же использование металлических осей ставят крест на масштабном использовании такой конструкции.

Прототип 1 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении показан на рис. 3.

Рис. 3. Прототип 1 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении

Диафрагма уже имеет наработку около 2500 циклов открытия-закрытия (за 2.5 года). Работоспособность сохранена, повреждений нет.

Работа над прототипом и испытания прототипа позволили отбросить страхи о технологичности и ломкости тонких лепестков. Основываясь на этом, было принято решение разработать ирисовую диафрагму.

Надежность и технологическая возможность, доказанная при работе над прототипом 1, позволила приступить к прототипу 2. Движение лепестков также происходило с опорой на металлические оси, идущие по пересекающимся пазам. Боязнь лишнего изгиба лепестков и «закусывания» привело к тому, что привод был двусторонним — с обоих сторон лепестка. Поэтому не удалось геометрически разместить более 4-х лепестков. Двусторонний привод сделал невозможным наложение лепестков друг на друга в зонах привода.

Все это вызвало усложнение конструкции. Конечный вариант, модель которого показана на рис. 4, уже является многократным упрощением начальной схемы.

Рис. 4. Модель прототипа 2.

Рис. 5. Форма лепестка диафрагмы прототипа 2.

Диафрагма получилась компактная (маленький внешний диаметр), с легким и плавным ходом. Но из-за 4-х лепестков и особенностей конструкции уменьшение диаметра не велико — 2,12 раз (площади отверстия в 4.5 раза). Увеличить количество лепестков очень сложно (почти нереально). Прототип 2 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении показан на рис. 6.

Рис. 6. Прототип 2 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении.

Попытка увеличить количество лепестков, при этом упростить технологию привела к разработке прототипа №3. Единственного нерабочего прототипа.

Количество лепестков возросло до 7, ось вращения получила одностороннюю заделку, привод — по прежнему двусторонний, через металлическую ось.

Самый сложный прототип, который не удалось собрать из за небольшой ошибки. Однако, его проработка позволила подтвердить жизнеспособность пластмассовых осей навески и привода. Модель прототипа 3 показана на рис .7.

Рис. 7. Модель прототипа 3.

Идея перейти к полностью пластмассовой диафрагме, напечатанной на принтере, не требующей склейки и не содержащей металлических частей, привела к дальнейшей рационализации конструкции. Все было упрощено до предела, ось навески и привода односторонние, причем на одной стороне относительно лепестков диафрагмы. Теоретически, количество лепестков может быть достаточно большим (до 12), в прототипе, для отладки технологии, только 6. У данного прототипа есть особенность, которая может быть как недостатком, так и преимуществом — ход управляющего кольца чуть больше 10 градусов! Количество деталей уменьшено до минимума — вместе с корпусом 3 детали, не считая лепестков.

Диаметр отверстия уменьшается в 2.35 раза (площадь отверстия в 5.5 раз). Теоретически, данную схему можно усовершенствовать, доведя изменение диаметра до 4-х раз.

Данный прототип долгое время выполнял роль спинера — занимал руки. Быстрый и короткий ход позволяет открывать-закрывать диафрагму до трех раз в секунду. Соответственно количество циклов срабатывания оценивается в 3000-5000 раз.

Модель прототипа 1 показана на рис. 8. Лепесток диафрагмы показан на рис. 9.

Рис. 8. Модель прототипа 4.

Рис. 9. Форма лепестка диафрагмы прототипа 4.

Рис. 10. Прототип 4 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении.

Поводом для смены концепции послужила разборка объектива CarlZeissJenaTessar 180mmf/4.5. Разборка, кстати, проходила с целью разработать 3dмодель и напечатать недостающий лепесток диафрагмы. Лепестки диафрагмы там достаточно тонкие и длинные, примерно 150 градусов длины окружности, и самое главное оси вращения и привода находятся на разных концах длинного лепестка! Я и раньше разбирал объективы с такой схемой, (Юпитер 9, Юпитер-37А), но только озадачившись проблемой воспроизводства диафрагм, стало очевидно, что эта схема значительно проще и рациональней всего использованного до этого. Количество лепестков можно растить до разумного предела, корпус диафрагмы содержит минимум деталей, а отверстие перекрывается до диаметра в 3-4 миллиметра совершенно свободно.

В разработанном прототипе всего 7 лепестков. Диаметр отверстия уменьшается в 10 раз, соответственно площадь отверстия в 100 раз! Ход плавный, поворот около 90 градусов с минимальным усилием.

Все осуществленные рабочие модели основаны на этом прототипе. Модель прототипа представлена на рис. 11.

Рис. 11. Модель прототипа 5.

Рис. 12. Форма лепестка диафрагмы прототипа 5.

Рис. 13. Прототип 5 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении.

Прототип №6 должен был быть изначально рабочей диафрагмой. Идея упростить все и вся достигла апогея, толщины стали минимальными, количество деталей сведено к минимуму. Первоначально планировалось установить эту диафрагму на уже готовый объектив с напечатанным на 3d принтере корпусом. Но возникли 2 проблемы. Прежде всего, зазоры с корпусом оказались минимальными, и закрепить диафрагму к объективу оказалась проблематично — клеить не хотелось для сохранения возможности разборки, а никакой другой крепеж, включая скотч, не удалось разместить в отведенном ему месте. Это привело к необходимости переработки корпуса для увеличения зазоров.

Во-вторых, привод планировалось организовать при помощи нехитрого механизма, изготовленного из алюминиевого листа толщиной 0,6 мм. Но алюминиевая деталь гнулась, цеплялась за пластиковые детали корпуса, что вело к заклинению всего механизма. Плюс склеить металл с пластмассой само по себе проблематично. Были проведены многочисленные эксперименты с разными металлическими лисами и формами деталей — результат отрицательный.

В итоге, почти готовая диафрагма перешла в разряд прототипов. В этом прототипе максимально реализована идея упрощения диафрагмы. Лепесток по форме и размеру полностью повторяет лепесток прототипа 5, но в самой диафрагме их не 7, а 8. Чтобы не повторяться, форма лепестка диафрагмы данного прототипа не показана.

Радиус отверстия уменьшается в 6.1 раза, площадь примерно в 37 раз.

Рис. 14. Модель прототипа 6.

Рис. 15. Прототип 6 в максимально открытом, среднем и максимально закрытом положении.

Главное, в чем удалось убедится — пластмассовая диафрагма, изготовленная с использованием аддитивных технологий вполне работоспособна и имеет право на существование. Возникающие технические проблемы решаемы.

Ресурс диафрагмы составляет тысячи циклов. На данный момент разрушения по вине циклических эксплуатационных нагрузок нет, хотя многие прототипы выполнили по несколько тысяч циклов открытий и закрытий и используются в качестве «спинеров» (занять руки). В таком режиме лепестки подвергаются прямой нагрузке от прикосновения, чего при нормальной эксплуатации не будет.

Существуют уже рабочие диафрагмы, установленные в корпуса и используемые для фотографирования. На момент написания статьи — 3 уникальных конструкции.

В дальнейших планах следующие задачи:

— разработать и изготовить диафрагму минимального размера (диаметр просвета примерно 18..20 мм).

— разработать большую диафрагму для установки на объективы типа 35КП140 или 35КП120 перед передней линзой. Дополнительной задачей является интеграция сменного светофильтра и бленды.

— попытаться изготовить лепестки взамен утраченных или поломанных для нескольких объективов.

-разработать диафрагму встроенную, в китайское макрокольцо.

Во второй части я представлю полностью готовые корпуса объективов с геликоидами и диафрагмами, изготовленными средствами 3Dпечати.

290918

Источник

Существует несколько систем диафрагм, но для нас подойдет только самая сложная из них—ирисовая диафрагма.

еще и потому, что наш объектив — обыкновенное очковое стекло — очень несовершенен, он будет сам по себе вносить значительные искажения и его необходимо диафрагмировать. Кроме того, диафрагма при наших возможностях делать не менее 16 и не более 24 снимков в секунду является незаменимым регулятором светосилы объектива, необходимой для правильной экспозиции в различных условиях съемки.

Диафрагма увеличивает также и глубину резкости, то-есть дает возможность получения на снимке одинаково резко изображенных предметов, расположенных как близко, так и вдалеке от аппарата.

Существует несколько систем диафрагм, но для нас подойдет только самая сложная из них—ирисовая диафрагма. Свое название она получила от греческого слова „ирис», что значит „радужный», потому что она по своему действию очень сходна с радужной оболочкой нашего глаза. Ирисовая диафрагма, так же как и радужная оболочка глаза, может исключительно плавно расширяться и сокращаться и тем самым увеличивать или уменьшать светосилу объектива.

Ирисовая диафрагма состоит из нескольких (8, 12, 16) тонких стальных дугообразных пластинок с припаянными к ним стерженьками, основания—круглой низкостенной металлической коробки и подвижного металлического кольца с рукояткой-указателем. На рис. 83 показана ирисовая диафрагма лишь с несколькими пластинками. Все пластинки одними стерженьками входят в отверстия, расположенные по кругу металлической коробки, а другими, укрепленными на противоположных концах пластинок, — в прорези подвижного кольца. Таким образом они оказываются все сцепленными одной прочной и легко подвижной системой. Если при этом мы поведем рукоятку-указатель в одну сторону, то все пластинки начнут одновременно сходиться к центру и уменьшать отвер-

стие; поведем в другую сторону—пластинки разойдутся, и диафрагма, увеличив отверстие, полностью откроет объектив, увеличив тем самым его светосилу.

Несмотря на сложность устройства ирисовой диафрагмы, ее можно сделать самому. Для успеха в работе необходимо исключительно аккуратно и точно изготовлять каждую деталь диафрагмы.

Диафрагму мы будем делать соответственно разме-

Рис. 83. Ирисовая диафрагма и ее устройство.

Источник