Ako ste ikada držali 3D tiskani dio modela i lupkali po njemu noktom, vjerojatno ste primijetili da zvuči drugačije od strojno obrađene plastične igračke ili komponente od lijevanog metala. Kao dobavljača dijelova modela za 3D ispis, stalno me pitaju zašto taj sićušni zvuk klikanja toliko varira ovisno o tome što ispisujemo za klijente, koji materijal koristimo ili čak postavke na našim pisačima. Nije samo nasumično—akustička svojstva 3D tiskanih dijelova mješavina su tehnologije koju koristimo, materijala koji biramo i sićušne strukture sloj po sloj koju gradimo. Razdvojimo ovo, bez pretjeranog žargona, samo stvarne stvari koje viđamo svaki dan u našoj trgovini.
Prvo, neka bude jednostavno: akustična svojstva ovdje znače kako dio stupa u interakciju sa zvukom - apsorbira li ga, reflektira, vibrira li kada se udari ili ispušta šuplji udarac ili čvrst zvuk? Svaki proces 3D printanja mijenja i ovo. Na primjer, kada koristimo uslugu SLS ispisa za neke dijelove, spajanje slojeva je super ravnomjerno, što više mijenja zvuk nego proces koji ima labavije spajanje slojeva. Ovdje ću navesti naš stvarni rad tako da to nije samo teorija, budući da šaljemo tone ovih dijelova klijentima, od proizvođača audio opreme do dizajnera prototipa kojima je stalo do toga kako njihovi dijelovi zvuče.
Počnimo s najvećom varijablom: materijalom. Ovo je prva stvar koju klijent pita kada pošalje dio za projekt - "kako će ovo zvučati?" Prođimo kroz uobičajene materijale s kojima radimo i kako se njihove akustične vibracije mijenjaju. Većina naših plastičnih dijelova dolazi iz naše linije ABS Plastic Rapid Prototype Service 3D Printing Service, zar ne? ABS je ona čvrsta, poznata plastika koju vidite u igračkama ili opremi automobila. Kada se 3D ispisuju sa SLS ili SLA, ABS dijelovi imaju gustu, blago fleksibilnu strukturu jer se slojevi čvrsto stapaju. Dodirnite mali testni dio ABS-a i začut će se oštar, visok zvuk — mnogo svjetliji od 3D tiskanog dijela izrađenog, recimo, od fleksibilnog TPU-a. TPU je mljackast, tako da apsorbira većinu zvuka, pa lupkanje zvuči dosadno i prigušeno, bez visokih tonova. Koristili smo TPU futrolu za klijentovu novu bežičnu slušalicu u prošlom kvartalu, a oni su posebno zahtijevali mekan zvuk koji prigušuje buku kako slavina ne bi ometala mikrofon. To su akustična svojstva koja izravno utječu na dizajn proizvoda.
Tu su i metalni dijelovi — oni su divlji jer se njihovo akustično ponašanje potpuno razlikuje od plastičnog. Kada ispisujemo metalne dijelove, uglavnom koristimo SLM (selektivno lasersko taljenje) za stvari poput nehrđajućeg čelika ili aluminija. Dijelovi SLM modela od nehrđajućeg čelika s 3D ispisom koje šaljemo čvrsti su, gusti metali bez razmaka između slojeva (zahvaljujući laseru velike snage koji u potpunosti topi svaku česticu). Kucnite mali SLM dio od nehrđajućeg čelika i začut će se dubok, snažan udarac—slično lijevanom metalnom dijelu, jer je slojevita struktura besprijekorna. Također vršimo 3D ispis metalnih dijelova SLA aluminij od nehrđajućeg čelika za manje, visoko precizne dijelove, a aluminij je čak svjetliji od čelika—njegova velika gustoća čini ping super jasnim, zbog čega se koristi za stvari kao što su gitarski mostovi ili mali hardver gdje je jasnoća zvuka važna. Jednom sam ispisao aluminijski prototip za drajver zvučnika, a klijent je rekao da je ping test savršen jer je odražavao pravu količinu zvuka bez odjeka.
Sada, dio koji iznenađuje većinu ljudi: visina sloja i ispuna. Čak i ako koristite isti materijal i pisač, debljina svakog sloja i puna unutrašnjost dijela uvelike mijenjaju zvuk. Većina ljudi ne razmišlja o ispuni dok ne dodirnu dio i ne zvuči šuplje. Ako dio ima 10% ispune (super rijedak, poput rešetke s puno zračnih otvora), lupkanje po njemu stvara mrtav, šuplji udarac - kao lupkanje pjenaste čaše. Imali smo klijenta koji je izradio model izložbe za muzej, a mrzio je taj šuplji zvuk, pa smo povećali ispunu na 30% i dodali čvrste gornje i donje slojeve, zbog čega je zvučalo mnogo značajnije, poput punog drvenog modela. Visina sloja također je važna: manji slojevi (0,1 mm naspram 0,3 mm) znače glatku, čvršće spojenu površinu i unutarnju strukturu, tako da je zvuk konzistentniji i refleksivniji. Koristimo male slojeve za dijelove kojima je potrebna akustična konzistentnost, poput prototipa kućišta za telefon, jer će ih korisnik više puta dodirnuti dok tipka ili prelazi prstom.
Čekaj, nemojmo preskočiti sam proces ispisa—tu se naš rad kao dobavljača dijelova modela za 3D ispis stvarno pokazuje. SLA (Stereolitografija) koristi tekuću smolu očvrsnutu UV svjetlom, a slojevi su gotovo nevidljivi. SLA dijelovi su super glatki i gusti, tako da je njihov zvuk poput tvrde plastike, jasan ping srednje visine. SLS, s druge strane, stapa plastiku u prahu laserom, a površina je malo porozna (ali ne i hrapava) u usporedbi sa SLA. SLS dijelovi zvuče malo prigušenije od SLA, jer maleni razmaci između čestica praha (čak i onih spojenih) apsorbiraju maleni dio zvučne energije. Napravili smo seriju prilagođenih SLS plastičnih nosača za tvrtku kućnih kina prošle godine, a oni su odabrali SLS posebno jer je blago prigušujući zvuk smanjio količinu vibracija koje su putovale kroz nosače u zid kina—bez dosadnog zujanja tijekom filmskih scena. To je savršen primjer kako akustična svojstva izravno utječu na funkcionalni proizvod, a ne samo na model.
Još jedan veliki: završna obrada površine. Mnogi klijenti zaboravljaju da promjene naknadne obrade također zvuče. Radimo stvari kao što su brušenje, poliranje ili premazivanje dijelova nakon ispisa, a to mijenja način interakcije dijela sa zvukom. Sirovi, neispolirani SLA dio ima malenu površinsku hrapavost, koja apsorbira zvuk na mikro razini, čineći ping malo dosadnijim. Izgladite taj isti dio i zvuk postaje svjetliji i više reflektirajući, jer ima manje površine za hvatanje zvučnih valova. Imali smo proizvođača nakita koji nam je došao po male 3D ispisane metalne privjeske, a oni su željeli sjajnu, poliranu završnu obradu koja je također proizvodila jasan, nježan zvuk kada se dodirne — tako da smo ispolirali cijelu površinu, i to je upravo ono što su dobili. Nema dodatnog rada osim koraka naknadne obrade za podešavanje akustične vibre.
Sada, razgovarajmo o uobičajenim zabludama. Mnogi ljudi misle da je "3D ispisano" jednako "šuplje i jeftino zvuči", ali to je samo ako koristite nisku ispunu ili lošu postavku pisača. Ispisujemo čvrste metalne dijelove sa SLM-om koji zvuče jednako dobro kao strojno obrađeni metal i ABS dijelove s visokom ispunom koji zvuče kao čvrsta plastika. Pisnuo sam 3D tiskani nosač od nehrđajućeg čelika koji smo napravili prošlog mjeseca i zvučao je tako čvrsto da je moja suradnica mislila da je izliven dok joj nisam rekao. Ključno je uskladiti metodu ispisa i materijal s onim što dio treba akustički. Radimo s klijentima kako bismo odabrali pravi brzi prototip za uslugu 3D ispisa od ABS plastike ili SLM metalni dio na temelju njihovih akustičkih potreba, a ne samo snage ili cijene. Na primjer, ako klijent treba dio koji apsorbira zvuk (poput umetka kućišta zvučnika), koristit ćemo TPU s visokom ispunom i mat završnom obradom. Ako im je potreban reflektirajući, jasan zvuk (poput prototipa glazbenog instrumenta), koristit ćemo aluminij s poliranim površinama iz naše linije metalnih dijelova za 3D ispis SLA od nehrđajućeg čelika od aluminija.
Što je s aplikacijama izvan audio opreme? Ispisali smo 3D modele za arhitektonske tvrtke koje brinu o tome kako model zvuči kada ga dodirnete kako biste pokazali prozor ili vrata. Model sa šupljim stijenkama (niska ispuna) zvuči jeftino, pa prilagođavamo ispunu kako bi zvučalo sadržajnije za prezentacije. Ispisali smo i komponente robota u kojima su vibracije važne—ako je dio robota previše rezonantan, može uzrokovati buku koja kvari senzore, pa koristimo materijale sa svojstvima prigušivanja ili prilagođavamo ispunu da apsorbira vibracije, što mijenja akustična svojstva na bolje. To nije samo lijepo imati; to je funkcionalna inženjerska stvar.
Razmislimo o našem iskustvu u trgovini, jer ne želim da ovo bude udžbenik. Prošli mjesec nam je došao startup s prototipom za prijenosni Bluetooth zvučnik. Imali su 3D tiskani SLA plastični dio koji je stvarao sitnu jeku kada su ga testirali, a to je smetalo kvaliteti zvuka zvučnika. Pokušali smo dvije stvari: prvo, prebacili smo se na deblji ABS dio iz naše 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype linije, i drugo, dodali smo 25% ispune i pjenasti premaz s unutarnje strane. Kad su ga testirali, odjek je nestao, a ton govornika bio je puno topliji—sve zato što smo prilagodili akustična svojstva 3D tiskanog dijela. Tada sam shvatio koliko se često takve stvari pojavljuju, čak i kod proizvoda koji nemaju nikakve veze sa samim zvukom.
Još jedan primjer: nedavno smo isporučili seriju dijelova modela od nehrđajućeg čelika SLM 3D ispisa klijentu iz zrakoplovstva. Trebali su male nosače koji ne bi vibrirali na velikim visinama, a akustični test bio je dio njihovog procesa odobravanja. Nehrđajući čelik ima prirodno svojstvo prigušenja, ali slojevita struktura iz SLM-a učinila ga je još stabilnijim—tako da kada su proveli testove vibracija, dio nije rezonirao, što je upravo ono što im je trebalo. To je super specifičan slučaj upotrebe, ali pokazuje da su akustična svojstva bitnija za puno više od samih audio proizvoda.
Sada, ako razmišljate o nabavi 3D tiskanih dijelova modela, kako ćete koristiti ove informacije? Najprije odredite kakvo vam je ponašanje zvuka potrebno: želite li da reflektira zvuk (svijetlo, ružičasto) ili ga apsorbira (tupo, prigušeno)? Zatim odaberite materijal i način ispisa. Ako trebate plastiku, SLS je dobar za blago prigušivanje, SLA za svijetlo, ABS za uravnoteženo. Ako trebate metal, nehrđajući čelik je dubok, aluminij je svijetao, a SLM vam daje strukturu bez šavova koja zvuči poput strojno obrađenog metala. Također, spomenite akustične potrebe kada naručujete - mi ne ispisujemo samo dijelove, pomažemo prilagoditi postavke kako biste dobili zvuk kakav želite.
Na kraju krajeva, akustična svojstva 3D tiskanih dijelova modela nisu slučajna mana tehnologije — ona su nešto što kontroliramo svaki dan u našoj trgovini, od materijala koji odaberemo do ispune i postavki slojeva. Kao dobavljač dijelova modela za 3D ispis, naučili smo tijekom godina da izdvajanje vremena za razgovor o zvuku (čak i ako to nije prva stvar koju klijent spomene) čini veliku razliku u tome kako njihov konačni proizvod radi.
Ako radite na projektu u kojem su zvuk ili vibracije važni, ili samo želite dobiti 3D tiskane dijelove modela koji zvuče točno onako kako vam je potrebno, nemojte se ustručavati kontaktirati. Možemo vas provesti kroz najbolje opcije, bilo da se radi o našoj SLS usluzi ispisa, našoj liniji brzih prototipa za ABS plastiku za uslugu 3D ispisa ili našoj ponudi SLM 3D ispisa modela od nehrđajućeg čelika i 3D ispisa metalnih dijelova SLA aluminij od nehrđajućeg čelika. Ovdje smo kako bismo osigurali da vaši dijelovi rade kako želite, akustički i funkcionalno.
Reference
- Gibson, I., Rosen, D. i Stucker, B. (2015.). Tehnologije aditivne proizvodnje: 3D ispis, brza izrada prototipova i izravna digitalna proizvodnja (2. izdanje). Springer.
- ASTM International. (2020). Standardna ispitna metoda za akustička svojstva krutih poroznih materijala. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, et al. (2018). Akustično ponašanje aditivno proizvedenih polimernih dijelova: Učinci procesnih parametara i svojstava materijala. Aditivna proizvodnja, 24, 387-395.
- Zhang, Y. i sur. (2021). Značajke prigušivanja vibracija komponenti od nehrđajućeg čelika proizvedenih SLM-om za primjenu u zrakoplovstvu. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
