Ak ste niekedy držali 3D vytlačenú časť modelu a klepali na ňu nechtom, pravdepodobne ste si všimli, že to znie inak ako opracovaná plastová hračka alebo odliaty kovový komponent. Ako dodávateľ dielov pre modely pre 3D tlač sa ma neustále pýtajú, prečo sa tento nepatrný zvuk kliknutia tak líši v závislosti od toho, čo tlačíme pre klientov, aký materiál používame alebo dokonca od nastavení našich tlačiarní. Nie je to len náhodné – akustické vlastnosti 3D tlačených dielov sú kombináciou technológie, ktorú používame, materiálu, ktorý vyberáme, a drobnej štruktúry po vrstvách, ktorú vytvárame. Poďme si to rozobrať, žiadne preťaženie žargónom, len skutočné veci, ktoré vidíme každý deň v našom obchode.
Po prvé, povedzme si to jednoducho: akustické vlastnosti tu znamenajú, ako súčiastka interaguje so zvukom – absorbuje ho, odráža ho, vibruje pri údere alebo robí dutý úder v porovnaní s pevným pingom? Každý proces 3D tlače to tiež mení. Napríklad, keď pre niektoré časti používame tlačovú službu SLS, spojenie vrstiev je super rovnomerné, čo mení zvuk viac ako proces, ktorý má voľnejšie spájanie vrstiev. Pripojím tu našu skutočnú prácu, aby to nebola len teória, pretože posielame tony týchto dielov klientom od výrobcov audio zariadení až po dizajnérov prototypov, ktorým záleží na tom, ako ich diely znejú.
Začnime najväčšou premennou: materiálom. Toto je prvá vec, ktorú sa klient pýta, keď posiela časť pre projekt – „ako to bude znieť?“ Poďme si prejsť bežné materiály, s ktorými pracujeme, a ako sa ich akustické vibrácie posúvajú. Väčšina našich plastových dielov pochádza z našej 3D tlačovej služby ABS Plastic Rapid Prototype, však? ABS je ten odolný, známy plast, ktorý vidíte v hračkách alebo čalúnení áut. Pri 3D tlači pomocou SLS alebo SLA majú časti ABS hustú, mierne pružnú štruktúru, pretože vrstvy sa navzájom pevne spájajú. Poklepte na malú testovaciu časť ABS a vytvorí ostrý, vysoký tón – oveľa jasnejší ako 3D tlačená časť vyrobená napríklad z flexibilného TPU. TPU je stlmené, takže pohltí väčšinu zvuku, takže poklepanie znie nudne a tlmene, žiadne vysoké tóny. Minulý štvrťrok sme použili puzdro TPU pre nové bezdrôtové slúchadlá klienta a konkrétne požadovali jemný zvuk tlmiaci hluk, aby klepnutie nezasahovalo do mikrofónu. To sú akustické vlastnosti, ktoré priamo ovplyvňujú dizajn produktu.
Potom sú tu kovové časti – tie sú divoké, pretože ich akustické správanie je úplne odlišné od plastov. Keď tlačíme kovové diely, väčšinou používame SLM (selektívne laserové tavenie) pre materiály ako nehrdzavejúca oceľ alebo hliník. Časti SLM 3D Printing Stainless Steel Model, ktoré dodávame, sú pevný, hustý kov bez medzier medzi vrstvami (vďaka vysokovýkonnému laseru, ktorý úplne roztaví každú časticu). Poklepte na malú časť SLM z nehrdzavejúcej ocele a vytvorí hlboký a bohatý úder – podobný liatej kovovej časti, pretože štruktúra vrstvy je taká bezproblémová. Robíme tiež 3D tlač kovových dielov SLA Hliníková nehrdzavejúca oceľ pre menšie, vysoko presné diely a hliník je ešte jasnejší ako oceľ – vďaka vysokej hustote je ping super čistý, a preto sa používa na veci, ako sú gitarové kobylky alebo malý hardvér, kde záleží na čistote zvuku. Raz som vytlačil hliníkový prototyp ovládača reproduktora a klient povedal, že test pingu bol dokonalý, pretože odrážal správne množstvo zvuku bez ozveny.
Teraz časť, ktorá prekvapí väčšinu ľudí: výška vrstvy a výplň. Aj keď použijete rovnaký materiál a tlačiareň, hrúbka každej vrstvy a plná vnútorná strana dielu výrazne zmení zvuk. Väčšina ľudí nemyslí na výplň, kým neklepnú na časť a tá znie duto. Ak má súčiastka 10 % výplne (super riedke, ako mriežka s množstvom vzduchových medzier), poklepaním sa ozve mŕtve, duté žuchnutie – ako poklepanie do penového pohára. Mali sme klienta, ktorý vyrobil výstavný model pre múzeum a nenávidel ten dutý zvuk, takže sme výplň zvýšili na 30 % a pridali pevnú vrchnú a spodnú vrstvu, vďaka čomu to znelo oveľa podstatnejšie, ako masívny drevený model. Dôležitá je aj výška vrstvy: menšie vrstvy (0,1 mm vs. 0,3 mm) znamenajú hladší, tesnejšie spojený povrch a vnútornú štruktúru, takže zvuk je konzistentnejší a odrážajúci. Používame malé vrstvy pre časti, ktoré potrebujú akustickú konzistenciu, ako sú prototypové puzdrá na telefóny, pretože používateľ na ne bude opakovane klepať pri písaní alebo potiahnutí prstom.
Počkajme, nevynechajme samotný proces tlače – tu sa skutočne ukazuje naša práca ako dodávateľa dielov pre modely pre 3D tlač. SLA (stereolitografia) používa tekutú živicu vytvrdenú UV svetlom a vrstvy sú takmer neviditeľné. Časti SLA sú super hladké a husté, takže ich zvuk je ako z tvrdého plastu, čistý, stredne vysoký ping. SLS na druhej strane spája práškový plast s laserom a povrch je v porovnaní so SLA trochu porézny (ale nie drsný). Časti SLS znejú trochu tlmenejšie ako SLA, pretože malé medzery medzi časticami prášku (dokonca aj tými zlúčenými) absorbujú malý kúsok zvukovej energie. Minulý rok sme vyrobili sériu vlastných plastových držiakov SLS pre spoločnosť domáceho kina a vybrali si SLS špeciálne, pretože mierne tlmiaci zvuk znížil množstvo vibrácií, ktoré sa šírili cez držiaky do steny kina – žiadne nepríjemné bzučanie počas filmových scén. To je dokonalý príklad toho, ako akustické vlastnosti priamo ovplyvňujú funkčný produkt, nielen model.
Ďalší veľký: povrchová úprava. Mnoho klientov zabúda, že znejú aj zmeny po spracovaní. Robíme veci ako brúsenie, leštenie alebo natieranie dielov po vytlačení, a to mení spôsob interakcie dielu so zvukom. Surová, neleštená časť SLA má malú drsnosť povrchu, ktorá pohlcuje zvuk na mikroúrovni, vďaka čomu je ping trochu matnejší. Vylešte tú istú časť do hladka a zvuk sa stane jasnejším a odraznejším, pretože je tu menej povrchu na zachytávanie zvukových vĺn. Mali sme výrobcu šperkov, ktorý k nám prišiel po malé 3D vytlačené kovové prívesky a chceli lesklý, leštený povrch, ktorý pri poklepaní vydáva aj jasný, jemný zvonček – tak sme vyleštili celý povrch a presne to dostali. Žiadna práca navyše nad rámec kroku následného spracovania na úpravu akustickej vibrácie.
Teraz si povedzme o bežných mylných predstavách. Mnoho ľudí si myslí, že „3D tlač“ sa rovná „duté a lacno znejúce“, ale to len vtedy, ak používate nízku výplň alebo zlé nastavenie tlačiarne. Tlačíme pevné kovové diely pomocou SLM, ktoré znejú rovnako dobre ako opracovaný kov, a ABS diely s vysokou výplňou, ktoré znejú ako pevný plast. Poklepal som na 3D tlačenú konzolu z nehrdzavejúcej ocele, ktorú sme vyrobili minulý mesiac, a znelo to tak pevne, moja kolegyňa si myslela, že je odliaty, kým som jej to nepovedal. Kľúčom je prispôsobenie spôsobu tlače a materiálu tomu, čo diel akusticky potrebuje. Spolupracujeme s klientmi na výbere správnej 3D tlačovej služby ABS Plastic Rapid Prototype alebo SLM kovového dielu na základe ich akustických potrieb, nielen sily alebo ceny. Napríklad, ak klient potrebuje časť, ktorá pohlcuje zvuk (ako vložka krytu reproduktora), použijeme TPU s vysokou výplňou a matným povrchom. Ak potrebujú reflexný, čistý zvuk (ako prototyp hudobného nástroja), použijeme hliník s leštenými povrchmi z našej rady 3D Printing Metal Part SLA Aluminium Stainless Steel.
A čo aplikácie mimo audio zariadenia? Vytlačili sme 3D modely pre architektonické firmy, ktorým záleží na tom, ako model znie, keď naň klepnete, aby ste poukázali na okno alebo dvere. Model s dutými stenami (nízka výplň) znie lacno, preto výplň upravíme, aby pri prezentáciách znela podstatnejšie. Vytlačili sme aj komponenty robota, kde záleží na vibráciách – ak je časť robota príliš rezonančná, môže spôsobiť hluk, ktorý pokazí senzory, takže používame materiály s tlmiacimi vlastnosťami alebo upravujeme výplň tak, aby absorbovala vibrácie, čo mení akustické vlastnosti k lepšiemu. To nie je len niečo pekné; ide o funkčné inžinierske veci.
Poďme si povedať o našich skúsenostiach s obchodom, pretože nechcem, aby to bola učebnica. Minulý mesiac k nám prišiel startup s prototypom prenosného Bluetooth reproduktora. Mali 3D vytlačenú plastovú časť SLA, ktorá pri testovaní vydávala plechovú ozvenu a narušila kvalitu zvuku reproduktora. Vyskúšali sme dve veci: po prvé, prešli sme na hrubší ABS diel z našej rady 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype a po druhé, pridali sme 25% výplň a penový náter na vnútornú stranu. Keď to testovali, ozvena bola preč a tón reproduktora bol oveľa teplejší - všetko preto, že sme upravili akustické vlastnosti 3D tlačenej časti. Vtedy som si uvedomil, ako často sa tieto veci objavujú, dokonca aj pri produktoch, ktoré nemajú nič spoločné so samotným zvukom.
Ďalší príklad: nedávno sme poslali dávku dielov SLM 3D Printing Stainless Steel Model klientovi v oblasti letectva. Potrebovali malé držiaky, ktoré by vo veľkých výškach nevibrovali a súčasťou ich schvaľovacieho procesu bola aj akustická skúška. Nehrdzavejúca oceľ má prirodzené tlmiace vlastnosti, ale štruktúra vrstvy od SLM ju urobila ešte stabilnejšou – takže keď vykonali vibračné testy, časť nerezonovala, čo je presne to, čo potrebovali. Je to mimoriadne špecifický prípad použitia, ale ukazuje, že na akustických vlastnostiach záleží oveľa viac ako len na audio produktoch.
Ak teraz uvažujete o získaní 3D tlačených častí modelu, ako tieto informácie využijete? Najprv zistite, aké zvukové správanie potrebujete: chcete, aby odrážal zvuk (jasný, štipľavý) alebo ho pohlcoval (tmý, tlmený)? Potom vyberte materiál a spôsob tlače. Ak potrebujete plast, SLS je dobré na mierne tlmenie, SLA na svetlé, ABS na vyváženie. Ak potrebujete kov, nehrdzavejúca oceľ je hlboká, hliník svetlý a SLM vám poskytne bezproblémovú štruktúru, ktorá znie ako opracovaný kov. Pri objednávaní tiež uveďte akustické potreby – netlačíme len diely, pomáhame vám upraviť nastavenia tak, aby ste dosiahli požadovaný zvuk.
Na konci dňa nie sú akustické vlastnosti 3D tlačených častí modelu náhodným vrtochom technológie – je to niečo, čo kontrolujeme každý deň v našom obchode, od materiálu, ktorý si vyberáme, až po nastavenie výplne a vrstvy. Ako dodávateľ súčastí modelov pre 3D tlač sme sa za tie roky naučili, že nájsť si čas na rozhovory o zvuku (aj keď to nie je prvá vec, ktorú klient predstaví), je obrovský rozdiel v tom, ako ich konečný produkt funguje.
Ak pracujete na projekte, kde záleží na zvuku alebo vibráciách, alebo len chcete získať 3D vytlačené časti modelu, ktoré znejú presne tak, ako potrebujete, neváhajte a oslovte. Môžeme vás previesť najlepšími možnosťami, či už je to naša tlačová služba SLS, naša 3D tlačová služba ABS Plastic Rapid Prototype alebo naša ponuka SLM 3D tlač modelov z nehrdzavejúcej ocele a 3D tlač kovových dielov SLA z hliníkovej nehrdzavejúcej ocele. Sme tu, aby sme sa uistili, že vaše diely fungujú tak, ako chcete, akusticky a funkčne.
Referencie
- Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Aditívne výrobné technológie: 3D tlač, rýchle prototypovanie a priama digitálna výroba (2. vydanie). Springer.
- ASTM International. (2020). Štandardná skúšobná metóda pre akustické vlastnosti tuhých poréznych materiálov. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, a kol. (2018). Akustické správanie aditívne vyrobených polymérových častí: Vplyv procesných parametrov a materiálových vlastností. Additive Manufacturing, 24, 387-395.
- Zhang, Y., a kol. (2021). Charakteristika tlmenia vibrácií komponentov z nehrdzavejúcej ocele vyrobených SLM pre letecké aplikácie. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
