Ако някога сте държали част от 3D отпечатан модел и сте я почуквали с нокът, вероятно сте забелязали, че звучи по-различно от машинно обработена пластмасова играчка или лят метален компонент. Като доставчик на части за модели за 3D печат непрекъснато ме питат защо този мъничък шум от щракане варира толкова много в зависимост от това какво печатаме за клиентите, какъв материал използваме или дори настройките на нашите принтери. Това не е просто произволно – акустичните свойства на 3D отпечатаните части са комбинация от технологията, която използваме, материала, който избираме, и малката структура слой по слой, която изграждаме. Нека разбием това, без излишен жаргон, просто истински неща, които виждаме всеки ден в нашия магазин.
Първо, нека го опростим: акустичните свойства тук означават как дадена част взаимодейства със звука – поглъща ли го, отразява ли го, вибрира ли при удар или издава кухо тупване срещу плътно изсвирване? Всеки процес на 3D печат променя и това. Например, когато използваме услуга за печат SLS за някои части, сливането на слоевете е супер равномерно, което променя звука по начин повече от процес, който има по-свободно свързване на слоевете. Ще обвържа действителната ни работа тук, така че да не е само теория, тъй като доставяме тонове от тези части на клиенти, вариращи от производители на аудио оборудване до дизайнери на прототипи, които се интересуват от това как звучат техните части.
Нека започнем с най-голямата променлива: материал. Това е първото нещо, което клиентът пита, когато изпрати част за проект - „как ще звучи това?“ Нека да разгледаме обичайните материали, с които работим, и как се променят техните акустични вибрации. Повечето от нашите пластмасови части идват от нашата линия за бързи прототипи от ABS пластмаса за 3D печат, нали? ABS е онази здрава, позната пластмаса, която виждате в играчки или тапицерия на кола. Когато се отпечатват 3D със SLS или SLA, частите от ABS имат плътна, леко гъвкава структура, тъй като слоевете се стопяват плътно. Докоснете малка тестова част от ABS и тя издава остър, висок звук - много по-ярък от 3D отпечатана част, направена с, да речем, гъвкав TPU. TPU е мек, така че поглъща повечето звук, така че докосването му звучи скучно и приглушено, без никакви високи нотки. Използвахме TPU калъф за новата безжична слушалка на клиент през последното тримесечие и те изрично поискаха този мек, шумозаглушаващ звук, така че кранът да не пречи на микрофона. Това са акустични свойства, които пряко влияят върху дизайна на продукта.
След това има метални части - те са диви, защото тяхното акустично поведение е напълно различно от пластмасовото. Когато печатаме метални части, използваме предимно SLM (селективно лазерно топене) за неща като неръждаема стомана или алуминий. Частите на модела от неръждаема стомана за 3D печат на SLM, които доставяме, са солиден, плътен метал без празнини между слоевете (благодарение на мощния лазер, който напълно разтапя всяка частица). Докоснете малка SLM част от неръждаема стомана и тя издава дълбок, плътен удар - подобно на лята метална част, защото структурата на слоя е толкова безпроблемна. Ние също правим 3D печат на метални части SLA Алуминиева неръждаема стомана за по-малки, високопрецизни части, а алуминият е дори по-ярък от стоманата — високата му плътност прави пинга супер ясен, поради което се използва за неща като китарни мостове или малък хардуер, където чистотата на звука има значение. Веднъж отпечатах алуминиев прототип за драйвер за високоговорител и клиентът каза, че пинг тестът е перфектен, защото отразява точното количество звук без ехо.
Сега частта, която изненадва повечето хора: височината на слоя и запълването. Дори ако използвате същия материал и принтер, колко дебел е всеки слой и колко пълна е вътрешността на частта, променя много звука. Повечето хора не се замислят за запълване, докато не докоснат част и тя не прозвучи кухо. Ако дадена част има 10% пълнеж (супер оскъдна, като решетка с много въздушни междини), почукването й предизвиква глух, кух удар - като почукване на чаша от пяна. Имахме клиент, който направи експозиционен модел за музей, и те мразеха този кух звук, така че увеличихме пълнежа до 30% и добавихме твърди горни и долни слоеве, което направи звука много по-съществен, като масивен дървен модел. Височината на слоя също има значение: по-малките слоеве (0,1 mm срещу 0,3 mm) означават по-гладка, по-плътно споена повърхност и вътрешна структура, така че звукът е по-постоянен и отразяващ. Ние използваме малки слоеве за части, които се нуждаят от акустична консистенция, като прототипни калъфи за телефони, защото потребителят ще ги докосва многократно, когато въвежда или плъзга.
Чакайте, нека не пропускаме самия процес на отпечатване – това е мястото, където работата ни като доставчик на части за модели за 3D отпечатване наистина се вижда. SLA (Стереолитография) използва течна смола, втвърдена с UV светлина, и слоевете са почти невидими. Частите на SLA са супер гладки и плътни, така че звукът им е като твърда пластмаса, ясен звук със средна височина. SLS, от друга страна, сплавя прахообразна пластмаса с лазер и повърхността е малко пореста (но не грапава) в сравнение със SLA. SLS частите звучат малко по-приглушено от SLA, тъй като малките празнини между прахообразните частици (дори разтопените) абсорбират малко звукова енергия. Миналата година направихме партида от персонализирани SLS пластмасови скоби за компания за домашно кино и те избраха SLS специално, защото леко заглушаващият звук намалява количеството вибрации, които преминават през скобите в стената на киното – без досадно бръмчене по време на филмови сцени. Това е перфектен пример за това как акустичните свойства влияят директно на функционален продукт, а не само на модел.
Друг голям: покритие на повърхността. Много клиенти забравят, че промените след обработката също звучат. Ние правим неща като шлайфане, полиране или покриване на части след отпечатване и това променя начина, по който частта взаимодейства със звука. Суровата, неполирана SLA част има малка част от грапавостта на повърхността, която абсорбира звука на микро ниво, правейки пинга малко по-тъп. Изгладете същата част и звукът става по-ярък и отразяващ, защото има по-малко повърхност за улавяне на звукови вълни. Накарахме производител на бижута да дойде при нас за малки 3D отпечатани метални висулки и те искаха лъскаво, полирано покритие, което да издава ясен, нежен звън при почукване – така че полирахме цялата повърхност и точно това получиха. Без допълнителна работа извън стъпката на последваща обработка за регулиране на акустичното излъчване.
Сега нека поговорим за често срещаните погрешни схващания. Много хора смятат, че „3D отпечатано“ е равно на „кухо и евтино звучащо“, но това е само ако използвате ниско запълване или лоша настройка на принтера. Ние печатаме твърди метални части със SLM, които звучат също толкова добре, колкото машинно обработен метал, и части от ABS с голям пълнеж, които звучат като твърда пластмаса. Докоснах 3D отпечатана скоба от неръждаема стомана, която направихме миналия месец, и звучеше толкова солидно, че моята колежка си помисли, че е отлята, докато не й казах. Ключът е съпоставянето на метода на печат и материала с това, от което частта се нуждае акустично. Ние работим с клиентите, за да изберем подходящата услуга за 3D печат, бърз прототип от ABS пластмаса или SLM метална част въз основа на техните акустични нужди, не само сила или цена. Например, ако клиент се нуждае от част, която абсорбира звука (като вложка на корпуса на високоговорителя), ние ще използваме TPU с високо пълнеж и матово покритие. Ако имат нужда от отразяващ, ясен звук (като прототип на музикален инструмент), ние ще използваме алуминий с полирани повърхности от нашата линия за 3D печат на метални части SLA от алуминиева неръждаема стомана.
Какво ще кажете за приложения извън аудио оборудването? Ние отпечатахме 3D модели за архитектурни фирми, които се интересуват как звучи даден модел, когато го докоснете, за да посочите прозорец или врата. Модел с кухи стени (нисък пълнеж) звучи евтино, така че коригираме пълнежа, за да звучи по-съществено за презентации. Ние също така отпечатахме компоненти на роботи, където вибрациите имат значение – ако част от робота е твърде резонансна, това може да причини шум, който да обърква сензорите, така че използваме материали с амортизационни свойства или коригираме пълнежа, за да абсорбира вибрациите, което променя акустичните свойства към по-добро. Това не е просто хубаво да имаш; това са функционални инженерни неща.
Нека разберем реално опита си в магазина, защото не искам това да е учебник. Миналия месец стартираща компания дойде при нас с прототип за преносим Bluetooth високоговорител. Те имаха 3D отпечатана SLA пластмасова част, която правеше тенекиено ехо, когато го тестваха, и това се обърка с качеството на звука на високоговорителя. Опитахме две неща: първо, преминахме към по-дебела ABS част от нашата линия ABS Plastic Rapid Prototype Service за 3D печат, и второ, добавихме 25% пълнеж и покритие от пяна от вътрешната страна. Когато го тестваха, ехото изчезна и тонът на високоговорителя беше много по-топъл – всичко това, защото коригирахме акустичните свойства на 3D отпечатаната част. Тогава разбрах колко често се появяват тези неща, дори и с продукти, които нямат нищо общо със самия звук.
Друг пример: наскоро изпратихме партида части от модели от неръждаема стомана за 3D печат на SLM на клиент в областта на космическата индустрия. Имаха нужда от малки скоби, които да не вибрират на голяма надморска височина, а акустичният тест беше част от процеса на одобрение. Неръждаемата стомана има свойство на естествено затихване, но структурата на слоя от SLM я направи още по-стабилна - така че, когато проведоха тестове за вибрации, частта не резонира, което е точно това, от което се нуждаеха. Това е супер специфичен случай на употреба, но показва, че акустичните свойства имат значение много повече от аудио продуктите.
Сега, ако мислите да получите 3D отпечатани части на модела, как използвате тази информация? Първо, разберете какво поведение на звука ви трябва: искате ли да отразява звука (ярък, тромав) или да го абсорбира (тъп, заглушен)? След това изберете материала и метода на печат. Ако имате нужда от пластмаса, SLS е добър за леко овлажняване, SLA за ярки, ABS за балансирани. Ако имате нужда от метал, неръждаемата стомана е дълбока, алуминият е светъл, а SLM ви дава безшевна структура, която звучи като обработен метал. Също така споменете акустичните нужди, когато поръчвате – ние не просто отпечатваме части, ние помагаме да коригирате настройките, за да получите звука, който искате.
В крайна сметка акустичните свойства на частите от 3D отпечатан модел не са случайна странност на технологията – те са нещо, което контролираме всеки ден в нашия магазин, от материала, който избираме, до настройките на пълнежа и слоя. Като доставчик на части за модели за 3D печат, ние научихме през годините, че отделянето на време за разговори за звук (дори това да не е първото нещо, което клиентът споменава) прави огромна разлика в начина, по който работи крайният им продукт.
Ако работите върху проект, при който звукът или вибрациите са от значение, или просто искате да получите 3D отпечатани части на модела, които звучат точно както ви трябва, не се колебайте да се свържете с нас. Можем да ви преведем през най-добрите опции, независимо дали става въпрос за нашата услуга за печат SLS, нашата линия за бързи прототипи от ABS пластмаса за услуга за 3D печат или нашите предложения за SLM 3D печат от неръждаема стомана и метални части SLA за алуминий от неръждаема стомана. Ние сме тук, за да се уверим, че вашите части работят както искате, акустично и функционално.
Референции
- Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Технологии за адитивно производство: 3D печат, бързо създаване на прототипи и директно цифрово производство (2-ро издание). Спрингър.
- ASTM International. (2020 г.). Стандартен метод за изпитване на акустични свойства на твърди порести материали. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, et al. (2018). Акустично поведение на адитивно произведени полимерни части: Ефекти от параметрите на процеса и свойствата на материала. Адитивно производство, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et al. (2021 г.). Характеристики на амортизиране на вибрациите на SLM-произведени компоненти от неръждаема стомана за аерокосмически приложения. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
