합성, 멀티 레이어, 셀프 진동 보컬 접어 모델 제작

이 절차의 전반적인 목표는 다층 구조의 합성 자가 진동 성대 모델의 제작 과정을 설명하고 시연하는 것입니다. 먼저 3차원 컴퓨터 모델을 이용해 쾌속 조형(rapid prototype) 양각 모델을 제작합니다. 그 후, 이 쾌속 조형 모델을 바탕으로 음각 몰드를 제작합니다.

마지막으로, 본체, 중앙에 섬유가 포함된 인대, 표층 고유층 및 상피를 포함하여 성대 모델의 각 층을 캐스팅합니다. 결과적으로 성문 하압, 진동 주파수, 성문 유량 및 내측 표면 운동을 비교함으로써, 다층 합성 성대 모델이 인간의 성대 진동과 유사한 유동 유발 응답 특성을 나타냄을 보여줍니다. 2층 모델과 같은 기존의 다층 모델에 비해 이 모델이 갖는 주요 장점은 다층 모델의 구조가 인간의 VCA 성대 구조와 더 유사하여 음성 생성 연구에 더 적합하다는 점입니다.

먼저, 성대의 세 층인 표층, 고유층 인대 및 체층의 솔리드 모델을 제작합니다. 이는 일반적으로 원하는 기하학적 구조를 가진 3D 컴퓨터 지원 설계(CAD) 모델을 생성하고, 해당 CAD 모델을 스테레오리소그래피(STL) 파일로 내보낸 후, 쾌속 조형 전문 업체에 STL 파일을 전송하여 수행합니다.

얇은 아크릴 판 조각을 사용하여 상자 모양의 몰드 틀을 제작합니다. 원하는 치수로 절단하십시오. 진공 그리스를 사용하여 틀을 평평한 아크릴 판에 부착함으로써 틀의 바닥을 만듭니다.

원하는 형상의 고체 모델 측면에 진공 그리스를 소량 도포합니다. 진공 그리스가 부품을 고정할 수 있도록 그리스를 바른 면이 아래로 향하게 하여 모델을 몰드 폼 캐비티 바닥에 밀어 넣습니다. 붓을 사용하여 몰드 폼과 고체 모델에 이형제를 충분히 도포하며, 이형제가 몰드 폼 캐비티의 모든 구석까지 도달하도록 합니다.

진공 처리 중 제품 부피 팽창을 고려하여 넉넉한 크기의 용기에 smooth cell, nine 50 platinum silicone rubber의 A 성분 10부와 B 성분 1부를 넣고 함께 섞습니다. 기포를 제거하기 위해 용기를 진공 챔버에 넣고, 대기압보다 약 26 inches of mercury 낮은 압력으로 약 3분 동안 유지합니다. 챔버에서 DGAs silicone을 꺼내 몰드 형태의 공동에 붓습니다.

이를 다시 진공 챔버와 DGA에 넣습니다. 진공 챔버에서 몰드를 꺼내 평평한 표면에 놓습니다. 24시간 동안 경화시킵니다. 고무가 경화되면 몰드 폼에서 몰드를 분리합니다.

이 과정을 반복하여 다른 모든 고체 모델 기하 구조에 대한 몰드를 제작합니다. 모든 몰드가 제작되면, 체부 층(body layer)을 캐스팅하기 위해 섬유를 삽입할 수 있도록 면도기를 사용하여 내측 표면의 중심에서 전후 방향으로 인대 층 몰드를 절단합니다. 먼저, 붓을 사용하여 체부 몰드 공동(cavity)에 이형제를 얇게 도포합니다.

eFlex 0 0 30 초연질 백금 실리콘의 A제와 B제를 1:1 비율로 혼합합니다. 그런 다음, 경화 후 재료의 강성을 낮추기 위해 실리콘 희석제(silicone thinner)를 1부 추가합니다. 30초 동안 혼합한 후, 진공 챔버에 넣고 1분간 처리합니다.

갇힌 공기를 제거하기 위해, 혼합물을 진공 상태에서 꺼내 바디 몰드 캐비티에 붓되, 끝까지 채우지는 마십시오. 200 degrees Fahrenheit로 예열된 오븐에 몰드를 넣고 30분 동안 가열합니다. 베이킹 후, 몰드를 오븐에서 꺼내 식힙니다.

다음으로, dragon skin의 A제와 B제를 1:1 비율로 혼합하여 바디 백킹 모델을 제작합니다. 실리콘 희석제(silicone thinner)를 1부 가하고 30초 동안 격렬하게 혼합합니다. 진공 장치를 사용하여 기포를 제거한 후, 바디 몰드 공동(cavity)이 완전히 찰 때까지 혼합물을 붓습니다.

몰드를 200°F의 오븐에 30분 동안 둡니다. 냉각 후, 몰드에서 모델을 꺼냅니다. 그런 다음 종이 타월로 바디 층 표면에 남아 있는 이형제를 제거합니다.

인대 층을 성형하려면, 페인트 브러시를 사용하여 인대 몰드 공동 표면에 박리제를 얇게 도포하십시오. 면도날로 절단된 틈으로 30 centimeter 길이의 실을 끝까지 밀어 넣어 몰드에 배치하십시오. eco Lex 0, 0 30의 B액 1분량, A액 1분량, 그리고 실리콘 희석제 4분량을 혼합하십시오.

혼합물을 진공 챔버에 넣어 기포를 제거한 다음, 혼합물을 인대 몰드 공동에 붓습니다. 바디 배킹 모델을 인대 몰드 공동에 압착하여 넣습니다. 한쪽 끝부터 삽입하기 시작하여 반대쪽으로 천천히 이동시켜, 모델이 경화되지 않은 과잉 실리콘과 기포를 몰드 공동 밖으로 밀어내도록 합니다.

30분 동안 베이킹한 후, 몰드를 식히고 모델을 꺼냅니다. 페이퍼 타월로 이형제를 닦아냅니다. 표층 고유층(superficial Lamin propria, SLP) 층을 캐스팅하려면, 페인트 브러시를 사용하여 SLP 몰드 공동 표면에 이형제를 얇게 도포합니다.

Eco flex 0030의 A제 1부분과 B제 1부분, 그리고 실리콘 희석제 8부분을 무게 기준으로 혼합하여 진공 처리한 후, 혼합물을 몰드 캐비티에 붓습니다. 인대체 후면 모델을 SLP 몰드 캐비티에 삽입합니다. 200°F에서 1시간 동안 베이킹하고 냉각시킨 후, 표층 고유층(superficial lamina propria)이 손상되지 않도록 매우 주의하며 천천히 모델을 제거합니다. 마지막으로 상피층을 위해 성대 모델을 후면이 아래로 향하게 하여 평평한 표면에 놓고, 직선 면도기로 지지물을 제거합니다.

모델보다 높은 물체에 실을 연결하여 공중에 매달아 고정합니다. 드래곤 스킨(dragon skin) A액과 B액을 1:1 비율로 섞은 후, 실리콘 희석제(silicone thinner)를 동일한 비율로 혼합하고 진공 탈포 처리한 뒤, 모델 위에 붓고 1시간 동안 경화시킵니다. 이 과정을 반복하여 층을 더 두껍게 만들고, 모델이 완전히 경화되면 직선 면도날을 사용하여 과도한 재료를 제거합니다. 모델의 외측 및 전후면 표면에 실리콘 접착제를 얇게 도포하여, 완성된 각 성대 모델을 아크릴 마운팅 플레이트에 장착합니다.

모델을 장착 플레이트의 오목한 절개 부위에 삽입하고, 모델의 내측면을 아크릴 플레이트 상단에 맞춥니다. 과잉 접착제를 닦아내고 접착제가 경화되도록 둡니다. 1시간 동안 모델 표면에 탈크 가루를 도포하여 내측면 추적 시 표면의 끈적임을 줄입니다.

세밀한 팁의 샤피 펜을 사용하여 모델에 점을 표시합니다. 탈크를 도포한 후, 기존 모델과 결합될 모델 방향으로 나사산 끝이 향하도록 마운팅 플레이트의 구멍에 긴 볼트를 삽입합니다. 볼트 위에 나사산을 놓은 다음, 볼트 위에 폐쇄형 셀 폼을 덮어 공기 간극을 메웁니다.

준비된 모델을 아크릴 홀더에 비슷하게 장착된 다른 성대 모델과 결합하십시오. 나사를 조여 폼을 압축하고, 원하는 진동 전 간격(pre vibratory gap)에 도달할 때까지 내측 표면을 서로 밀착시키십시오. 양쪽 나사산 세트가 볼트 위에 놓여 있고 아크릴 판으로부터 전후 방향으로 뻗어 있는지 확인한 후, 성대 쌍을 공기 공급관에 장착하십시오.

전방 실들을 함께 묶어 루프를 만든 후 후방 실들도 동일하게 묶습니다. 루프에 원하는 무게를 동시에 매달고 테스트 및 데이터 수집을 진행합니다. 섬유에 약 31 g의 장력이 가해진 제작된 모델을 사용하여, 성문하압이 시작 압력보다 10% 높을 때 시작 압력은 400 Pa였습니다. 모델은 초당 210 mL의 성문 유량에서 115 Hz로 진동하였습니다.

이 값들은 인간에 대해 보고된 값들과 잘 일치합니다. 진동하는 모델의 고속 비디오 녹화 결과, 이전의 2층 모델보다 더 실물과 유사한 움직임으로 이동하는 것이 관찰되었습니다. 비교를 위해.

2층 모델의 상단 표면을 촬영한 이 영상에서는 점막 파동이 나타나지 않으며, 성문 프로필은 주기 내내 대부분 발산하는 형태로 보입니다. 이러한 2층 모델의 한계는 반후두(Hemi larynx) 구성의 2층 모델을 촬영한 고속 영상 녹화에서 더 명확하게 확인할 수 있습니다. 이제 새로운 다층 모델의 상단 뷰를 촬영한 고속 녹화 영상을 살펴보겠습니다.

점막파의 증거가 관찰되며, 이제 성문 프로파일은 주기 전반에 걸쳐 더 이상 발산하는 것처럼 보이지 않습니다. 새로운 다층 모델의 상단 뷰를 고속 촬영한 비디오그램을 통해 상단 마진과 하단 마진 사이에 위상 차이가 있음이 드러납니다. 진동 주기의 개방기 동안 상단 마진이 하단 마진을 가리게 됩니다.

Hemi 후두 구성의 새로운 다층 모델을 촬영한 고속 비디오는 인간 성대의 특징인 점막파와 교대 수렴-발산 운동에 대한 더 강력한 증거를 제공합니다. 성대 모델의 내측 및 하측 표면에 도포된 점들의 스테레오 이미지에서 추출한 진동 궤적입니다. 이 모델이 인간의 발성에서 전형적으로 나타나는 교대 수렴-발산 프로파일을 보임을 입증합니다.

지점은 가장 낮은 지점부터 A에서 F까지 표시되어 있습니다. 왼쪽 그래프는 개방 단계에서의 수렴형 성문을 보여주며, 오른쪽 그래프는 폐쇄 단계에서의 발산형 성문을 보여줍니다. 이러한 합성 성대 모델 제작 방법은 인간의 성대와 유사한 진동 특성을 나타내는 모델을 생성합니다.

다층 구조 개념은 이전의 단층 및 이층 모델 설계와 비교하여 시작 시점의 단축과 모델 움직임의 개선 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 이 절차를 수행할 때는 층들이 서로 제대로 접착될 수 있도록 필요한 양의 이형제만 사용하는 것이 중요합니다.