Dacă ați ținut vreodată o piesă de model imprimată 3D și ați bătut-o cu unghia, probabil ați observat că sună diferit decât o jucărie din plastic prelucrată sau o componentă din metal turnat. În calitate de furnizor de piese pentru modele de imprimare 3D, sunt întrebat tot timpul de ce acest mic zgomot de clic variază atât de mult în funcție de ceea ce imprimăm pentru clienți, de materialul pe care îl folosim sau chiar de setările imprimantelor noastre. Nu este doar întâmplător – proprietățile acustice ale pieselor imprimate 3D sunt o combinație între tehnologia pe care o folosim, materialul pe care îl alegem și structura minusculă strat cu strat pe care o construim. Să dezvăluim asta, fără supraîncărcare de jargon, doar lucruri reale pe care le vedem în fiecare zi în magazinul nostru.
În primul rând, să rămânem simplu: aici, proprietățile acustice înseamnă modul în care o parte interacționează cu sunetul - îl absoarbe, îl reflectă, vibrează atunci când este lovită sau provoacă o zgomot puternic față de un ping solid? Fiecare proces de imprimare 3D schimbă și acest lucru. De exemplu, atunci când folosim un serviciu de imprimare SLS pentru unele piese, fuziunea stratului este super uniformă, ceea ce schimbă sunetul mult mai mult decât un proces care are un strat mai slăbit. Voi face legătura cu munca noastră reală aici, așa că nu este doar teorie, deoarece livrăm tone de aceste piese către clienți, de la producători de echipamente audio până la designeri de prototipuri cărora le pasă de cum sună piesele lor.
Să începem cu cea mai mare variabilă: materialul. Acesta este primul lucru pe care îl întreabă un client când trimite o piesă pentru un proiect: „Cum va suna asta?” Să trecem prin materialele comune cu care lucrăm și cum se schimbă vibrațiile lor acustice. Majoritatea pieselor noastre din plastic provin de la serviciul nostru de imprimare 3D ABS Plastic Rapid Prototype, nu? ABS este acel plastic dur și familiar pe care îl vedeți în jucării sau în ornamentele mașinii. Atunci când sunt imprimate 3D cu SLS sau SLA, piesele ABS au o structură densă, ușor flexibilă, deoarece straturile se topesc strâns. Atingeți o piesă mică de testare ABS și va produce un ping ascuțit, înalt - mult mai luminos decât o piesă imprimată 3D realizată, de exemplu, cu TPU flexibil. TPU este zdruncinat, deci absoarbe majoritatea sunetului, așa că atingerea lui sună plictisitoare și dezactivată, fără note înalte. Am folosit o carcasă TPU pentru noile căști wireless ale unui client în ultimul trimestru și au solicitat în mod special acel sunet moale, care atenuează zgomotul, astfel încât robinetul să nu interfereze cu microfonul. Acestea sunt proprietățile acustice care influențează direct designul produsului.
Apoi sunt piese metalice - acestea sunt sălbatice, deoarece comportamentul lor acustic este total diferit de plastic. Când imprimăm piese metalice, folosim în mare parte SLM (Topirea cu laser selectivă) pentru lucruri precum oțel inoxidabil sau aluminiu. Piesele modelului din oțel inoxidabil de imprimare 3D SLM pe care le livrăm sunt din metal solid, dens, fără goluri între straturi (mulțumită laserului de mare putere care topește complet fiecare particule). Atingeți o piesă SLM mică din oțel inoxidabil și se produce un zgomot profund și bogat - asemănător cu o piesă din metal turnat, deoarece structura stratului este atât de fără sudură. De asemenea, facem imprimare 3D a piesei metalice SLA Aluminiu din oțel inoxidabil pentru piese mai mici, de înaltă precizie, iar aluminiul este chiar mai strălucitor decât oțelul - densitatea sa mare face ping-ul foarte clar, motiv pentru care este folosit pentru lucruri precum poduri de chitară sau hardware mic, unde claritatea sunetului contează. Odată am tipărit un prototip din aluminiu pentru un driver de difuzor, iar clientul a spus că testul ping a fost perfect, deoarece reflecta exact cantitatea potrivită de sunet fără ecou.
Acum, partea care surprinde majoritatea oamenilor: înălțimea stratului și umplutura. Chiar dacă folosești același material și imprimantă, cât de gros este fiecare strat și cât de plin este interiorul piesei schimbă foarte mult sunetul. Majoritatea oamenilor nu se gândesc la umplere până când bat cu o parte și sună gol. Dacă o piesă are o umplere de 10% (super rar, ca o grilă cu o mulțime de goluri de aer), atingerea ei provoacă un zgomot mort, gol, cum ar fi lovirea unei cupe de spumă. Am avut un client care a făcut un model de expoziție pentru un muzeu și ura acel sunet gol, așa că am mărit umplutura la 30% și am adăugat straturi solide superioare și inferioare, ceea ce l-a făcut să sune mult mai substanțial, ca un model din lemn masiv. Înălțimea stratului contează și ea: straturi mai mici (0,1 mm față de 0,3 mm) înseamnă o suprafață și o structură interioară mai netedă, mai strâns îmbinată, astfel încât sunetul este mai consistent și mai reflectorizant. Folosim straturi mici pentru părțile care au nevoie de consistență acustică, cum ar fi carcasele prototip de telefon, deoarece utilizatorul îl va atinge în mod repetat atunci când tastează sau glisează.
Așteptați, să nu omitem procesul de imprimare în sine – aici arată cu adevărat munca noastră ca furnizor de piese pentru modele de imprimare 3D. SLA (Stereolithography) folosește rășină lichidă întărită cu lumină UV, iar straturile sunt aproape invizibile. Părțile SLA sunt super netede și dense, așa că sunetul lor este ca plasticul dur, un ping clar, cu ton mediu. SLS, pe de altă parte, contopește plasticul pulbere cu un laser, iar suprafața este puțin poroasă (dar nu aspră) în comparație cu SLA. Părțile SLS sună puțin mai stins decât SLA, deoarece golurile minuscule dintre particulele de pulbere (chiar și cele topite) absorb puțină energie sonoră. Am făcut un lot de suporturi de plastic SLS personalizate pentru o companie de home theater anul trecut și au ales SLS în mod special pentru că sunetul ușor de amortizat a redus cantitatea de vibrație care a călătorit prin suporturi în peretele cinematografului - fără bâzâituri enervante în timpul scenelor de film. Acesta este un exemplu perfect al modului în care proprietățile acustice afectează direct un produs funcțional, nu doar un model.
Un alt mare: finisarea suprafeței. Mulți clienți uită că sunetul modificărilor de post-procesare. Facem lucruri precum șlefuirea, lustruirea sau acoperirea pieselor după imprimare, iar asta schimbă modul în care piesă interacționează cu sunetul. O piesă SLA brută, nelustruită are o mică rugozitate a suprafeței, care absoarbe sunetul la nivel micro, făcând ping-ul un pic mai plictisitor. Lustruiți aceeași parte netedă, iar sunetul devine mai strălucitor și mai reflectorizant, deoarece există mai puțină suprafață pentru a capta undele sonore. Am avut un producător de bijuterii care a venit la noi pentru pandantive mici din metal imprimate 3D și au vrut un finisaj lucios, lustruit, care să facă, de asemenea, un sonerie clară și blândă la atingere – așa că am lustruit întreaga suprafață și exact asta au primit. Fără muncă suplimentară dincolo de pasul de post-procesare pentru a regla vibrația acustică.
Acum, să vorbim despre concepțiile greșite comune. Mulți oameni cred că „imprimat 3D” este echivalent cu „găluri și cu sunet ieftin”, dar asta numai dacă utilizați o umplere scăzută sau o setare proastă a imprimantei. Imprimăm piese metalice solide cu SLM care sună la fel de bine ca metalul prelucrat și piese ABS cu umplutură mare care sună ca plastic solid. Am lovit un suport din oțel inoxidabil imprimat 3D pe care l-am făcut luna trecută și a sunat atât de solid, colegul meu a crezut că a fost turnat până când i-am spus. Cheia este potrivirea metodei de imprimare și a materialului cu ceea ce are nevoie piesa acustică. Lucrăm cu clienții pentru a alege serviciul de imprimare 3D potrivit pentru prototipul rapid din plastic ABS sau piesa metalică SLM în funcție de nevoile lor acustice, nu doar de rezistență sau cost. De exemplu, dacă un client are nevoie de o piesă care absoarbe sunetul (cum ar fi o inserție a carcasei difuzorului), vom folosi TPU cu umplutură ridicată și un finisaj mat. Dacă au nevoie de un sunet reflectorizant și clar (cum ar fi un prototip de instrument muzical), vom folosi aluminiu cu suprafețe lustruite din linia noastră 3D Printing Metal Part SLA Aluminium Stainless Steel.
Dar aplicațiile dincolo de echipamentele audio? Am imprimat modele 3D pentru firmele de arhitectură cărora le pasă cum sună un model atunci când îl atingeți pentru a indica o fereastră sau o ușă. Un model cu pereți goli (low infill) sună ieftin, așa că ajustăm umplutura pentru a-l face să sune mai substanțial pentru prezentări. Am imprimat, de asemenea, componente ale robotului unde vibrațiile contează – dacă o parte a robotului este prea rezonantă, poate provoca zgomot care distruge senzorii, așa că folosim materiale cu proprietăți de amortizare sau ajustăm umplutura pentru a o face să absoarbă vibrațiile, ceea ce modifică în bine proprietățile acustice. Asta nu este doar un frumos de a avea; este chestii de inginerie funcțională.
Să înțelegem cu adevărat experiența noastră în magazin, pentru că nu vreau ca acesta să fie un manual. Luna trecută, un startup a venit la noi cu un prototip pentru o boxă Bluetooth portabilă. Aveau o piesă din plastic SLA imprimată 3D care a făcut un ecou mic când au testat-o și a încurcat cu calitatea sunetului difuzorului. Am încercat două lucruri: în primul rând, am trecut la o piesă ABS mai groasă de la linia noastră de prototipuri rapide din plastic ABS din serviciul de imprimare 3D și, în al doilea rând, am adăugat umplutură de 25% și un strat de spumă pe interior. Când l-au testat, ecoul a dispărut, iar tonul difuzorului a fost mult mai cald - totul pentru că am ajustat proprietățile acustice ale părții imprimate 3D. Atunci mi-am dat seama cât de des apar aceste lucruri, chiar și cu produse care nu au nicio legătură cu sunetul în sine.
Un alt exemplu: recent am livrat un lot de piese SLM 3D Stainless Steel Model către un client aerospațial. Aveau nevoie de suporturi mici care să nu vibreze la altitudini mari, iar testul acustic a făcut parte din procesul lor de aprobare. Oțelul inoxidabil are o proprietate naturală de amortizare, dar structura stratului de la SLM l-a făcut și mai stabil – așa că atunci când au efectuat teste de vibrație, piesa nu a rezonat, ceea ce este exact ceea ce aveau nevoie. Acesta este un caz de utilizare foarte specific, dar arată că proprietățile acustice contează mult mai mult decât doar produsele audio.
Acum, dacă vă gândiți să obțineți piese de model printate 3D, cum folosiți aceste informații? Mai întâi, dă-ți seama de ce comportament de sunet aveți nevoie: doriți ca acesta să reflecte sunetul (luminos, zgârcit) sau să îl absoarbă (dur, stins)? Apoi alegeți materialul și metoda de imprimare. Dacă aveți nevoie de plastic, SLS este bun pentru umezire ușor, SLA pentru strălucire, ABS pentru echilibrat. Dacă aveți nevoie de metal, oțelul inoxidabil este adânc, aluminiul este strălucitor, iar SLM vă oferă o structură fără sudură care sună ca metal prelucrat. De asemenea, menționați nevoile acustice atunci când comandați – nu imprimăm doar piese, ci ajutăm la ajustarea setărilor pentru a obține sunetul dorit.
La sfârșitul zilei, proprietățile acustice ale pieselor modelului imprimat 3D nu sunt o ciudată întâmplătoare a tehnologiei - sunt ceva pe care le controlăm în fiecare zi în magazinul nostru, de la materialul pe care îl alegem până la setările de umplere și strat. În calitate de furnizor de piese pentru modele de imprimare 3D, am învățat de-a lungul anilor că acordarea timpului pentru a vorbi despre sunet (chiar dacă nu este primul lucru pe care îl aduce un client) face o diferență enormă în modul în care funcționează produsul final.
Dacă lucrați la un proiect în care sunetul sau vibrațiile contează sau doriți doar să obțineți piese de model printate 3D care sună exact așa cum aveți nevoie, nu ezitați să contactați. Vă putem ghida prin cele mai bune opțiuni, fie că este vorba despre serviciul nostru de imprimare SLS, serviciul nostru de imprimare 3D linia de prototipuri rapide din plastic ABS sau ofertele noastre de modele din oțel inoxidabil de imprimare 3D SLM și piese metalice de imprimare 3D SLA din aluminiu din oțel inoxidabil. Suntem aici pentru a ne asigura că piesele dumneavoastră funcționează așa cum doriți, acustic și funcțional.
Referințe
- Gibson, I., Rosen, D. și Stucker, B. (2015). Tehnologii de fabricație aditivă: imprimare 3D, prototipare rapidă și producție digitală directă (ed. a 2-a). Springer.
- ASTM International. (2020). Metodă de testare standard pentru proprietățile acustice ale materialelor poroase rigide. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, şi colab. (2018). Comportamentul acustic al pieselor polimerice fabricate aditiv: efectele parametrilor de proces și proprietățile materialului. Additive Manufacturing, 24, 387-395.
- Zhang, Y., şi colab. (2021). Caracteristicile de amortizare a vibrațiilor ale componentelor din oțel inoxidabil fabricate cu SLM pentru aplicații aerospațiale. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
