Ako ste ikada držali dio 3D odštampanog modela i tapkali ga noktom, vjerovatno ste primijetili da zvuči drugačije od obrađene plastične igračke ili livene metalne komponente. Kao dobavljač delova modela za 3D štampanje, stalno me pitaju zašto ta sićušna buka klikanja toliko varira u zavisnosti od toga šta štampamo za klijente, koji materijal koristimo ili čak od postavki na našim štampačima. Nije samo nasumično – akustična svojstva 3D štampanih delova su mešavina tehnologije koju koristimo, materijala koji biramo i male strukture sloj po sloj koju gradimo. Hajde da ovo razložimo, bez preopterećenja žargonom, samo prave stvari koje viđamo svaki dan u našoj radnji.
Prvo, budimo jednostavni: akustična svojstva ovdje znače kako dio stupa u interakciju sa zvukom – da li ga apsorbira, reflektira, vibrira kada se udari ili stvara šupalj udarac u odnosu na čvrsti ping? Svaki proces 3D štampanja mijenja i ovo. Na primjer, kada koristimo SLS Printing Service za neke dijelove, spajanje slojeva je super ravnomjerno, što mijenja zvuk mnogo više od procesa koji ima labavije spajanje slojeva. Ovdje ću vezati naš stvarni rad tako da to nije samo teorija, budući da šaljemo tone ovih dijelova klijentima, od proizvođača audio opreme do dizajnera prototipa koji brinu o tome kako njihovi dijelovi zvuče.
Počnimo s najvećom varijablom: materijalom. Ovo je prva stvar koju klijent pita kada pošalje dio za projekat – “kako će ovo zvučati?” Prođimo kroz uobičajene materijale s kojima radimo i kako se mijenjaju njihove akustične vibracije. Većina naših plastičnih dijelova dolazi iz naše 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype linije, zar ne? ABS je ona čvrsta, poznata plastika koju vidite u igračkama ili ukrasima automobila. Kada se 3D štampa sa SLS ili SLA, ABS delovi imaju gustu, blago fleksibilnu strukturu jer se slojevi međusobno čvrsto tope. Tapnite na mali ABS testni dio i on će napraviti oštar, visok ping – mnogo svjetliji od 3D odštampanog dijela napravljenog od, recimo, fleksibilnog TPU-a. TPU je mršav, tako da apsorbuje većinu zvuka, tako da kuckanje zvuči dosadno i prigušeno, bez visokih tonova. Koristili smo TPU futrolu za klijentovu novu bežičnu slušalicu u prošlom kvartalu, a oni su posebno tražili taj meki zvuk koji prigušuje buku kako dodir ne bi ometao mikrofon. To su akustična svojstva koja direktno utiču na dizajn proizvoda.
Zatim tu su metalni dijelovi - oni su divlji jer se njihovo akustičko ponašanje potpuno razlikuje od plastičnih. Kada štampamo metalne dijelove, uglavnom koristimo SLM (Selective Laser Melting) za stvari poput nehrđajućeg čelika ili aluminija. Dijelovi modela SLM 3D printanja od nehrđajućeg čelika koje isporučujemo su čvrsti, gusti metali bez razmaka između slojeva (zahvaljujući laseru velike snage koji potpuno topi svaku česticu). Kucnite u mali SLM dio od nehrđajućeg čelika i on će napraviti dubok, bogat udarac – sličan dijelu od livenog metala, jer je struktura sloja tako bešavna. Takođe radimo 3D štampanje metalnih delova SLA aluminijumskog nerđajućeg čelika za manje, precizne delove, a aluminijum je čak svetliji od čelika—njegova velika gustina čini ping super jasnim, zbog čega se koristi za stvari kao što su gitarski mostovi ili mali hardver gde je jasnoća zvuka bitna. Jednom sam odštampao aluminijumski prototip za drajver zvučnika, a klijent je rekao da je ping test savršen jer je reflektovao pravu količinu zvuka bez odjeka.
Sada, dio koji većinu ljudi iznenadi: visina sloja i ispuna. Čak i ako koristite isti materijal i štampač, koliko je debeo svaki sloj i koliko je puna unutrašnjost dela dosta menja zvuk. Većina ljudi ne razmišlja o ispuni sve dok ne dodirnu dio i zvuči šuplje. Ako dio ima 10% ispune (super rijetka, poput mreže s puno zračnih praznina), tapkanje čini mrtav, šupalj udarac - poput tapkanja u pjenastu čašicu. Imali smo klijenta koji je napravio izložbeni model za muzej, i mrzeli su taj šupalj zvuk, pa smo povećali ispunu na 30% i dodali čvrste gornji i donji sloj, što je učinilo da zvuči mnogo sadržajnije, kao model od punog drveta. Visina sloja je takođe bitna: manji slojevi (0,1 mm naspram 0,3 mm) znače glatkiju, čvršće spojenu površinu i unutrašnju strukturu, tako da je zvuk konzistentniji i reflektirajući. Koristimo male slojeve za dijelove kojima je potrebna akustična konzistentnost, kao što su prototipne kućišta za telefone, jer će ih korisnik više puta dodirivati prilikom kucanja ili prevlačenja.
Čekajte, nemojmo preskakati sam proces štampanja—tu se zaista pokazuje naš rad kao dobavljača dijelova modela za 3D štampu. SLA (Stereolithography) koristi tečnu smolu očvrsnutu UV svjetlom, a slojevi su gotovo nevidljivi. SLA dijelovi su super glatki i gusti, tako da je njihov zvuk kao tvrda plastika, jasan, srednji ping. SLS, s druge strane, spaja plastiku u prahu laserom, a površina je malo porozna (ali ne i gruba) u poređenju sa SLA. SLS dijelovi zvuče malo prigušenije od SLA, jer maleni razmaci između čestica praha (čak i onih spojenih) apsorbiraju mali dio zvučne energije. Prošle godine smo napravili seriju prilagođenih SLS plastičnih nosača za kompaniju za kućni bioskop, a oni su odabrali SLS posebno zato što je zvuk koji lagano prigušuje smanjio količinu vibracija koja je prolazila kroz nosače u zid bioskopa – bez dosadnog zujanja tokom filmskih scena. To je savršen primjer kako akustična svojstva direktno utječu na funkcionalni proizvod, a ne samo na model.
Još jedna velika: površinska obrada. Mnogi klijenti zaboravljaju da i promjene nakon obrade zvuče. Radimo stvari poput brušenja, poliranja ili premazivanja dijelova nakon štampe, a to mijenja način interakcije dijela sa zvukom. Sirovi, nepolirani SLA dio ima malu hrapavost površine, koja apsorbira zvuk na mikro nivou, čineći ping malo tupijim. Ispolirajte taj isti dio glatko, a zvuk postaje svjetliji i reflektirajući, jer ima manje površine za hvatanje zvučnih valova. Došao nam je proizvođač nakita za male 3D štampane metalne priveske, a oni su želeli sjajnu, uglačanu završnu obradu koja je takođe davala jasan, nežan zvuk kada se tapka – tako da smo polirali celu površinu, i to je upravo ono što su dobili. Nema dodatnog rada osim koraka naknadne obrade za podešavanje akustične vibracije.
Sada, hajde da pričamo o uobičajenim zabludama. Mnogi ljudi misle da je „3D štampano“ jednako „šuplje i jeftino zvuči“, ali to je samo ako koristite nisku ispunu ili lošu postavku štampača. Štampamo čvrste metalne dijelove sa SLM-om koji zvuče jednako dobro kao i obrađeni metal, i ABS dijelove s visokim punjenjem koji zvuče kao čvrsta plastika. Kucnuo sam 3D štampani nosač od nerđajućeg čelika koji smo napravili prošlog meseca, i zvučao je tako čvrsto da je moja koleginica mislila da je izliven dok joj nisam rekao. Ključ je u usklađivanju metode štampanja i materijala sa onim što je dio akustički potreban. Radimo sa klijentima da odaberemo pravu uslugu 3D štampanja ABS Plastic Rapid Prototype ili SLM metalni deo na osnovu njihovih akustičkih potreba, a ne samo snage ili cene. Na primjer, ako je klijentu potreban dio koji apsorbira zvuk (kao što je umetak kućišta zvučnika), koristit ćemo TPU s visokom ispunom i mat završnom obradom. Ako im je potreban reflektirajući, jasan zvuk (poput prototipa muzičkog instrumenta), koristit ćemo aluminij s poliranim površinama iz naše 3D printing Metal Part SLA Aluminium Stainless Steel linije.
Šta je sa aplikacijama izvan audio opreme? Štampali smo 3D modele za arhitektonske firme kojima je stalo do toga kako model zvuči kada ga dodirnete da pokažete na prozor ili vrata. Model sa šupljim zidovima (niska ispuna) zvuči jeftino, pa prilagođavamo ispunu kako bi zvučalo sadržajnije za prezentacije. Također smo odštampali komponente robota gdje su vibracije bitne—ako je dio robota previše rezonantan, može uzrokovati buku koja pokvari senzore, pa koristimo materijale sa svojstvima prigušenja ili prilagođavamo ispunu kako bi apsorbirao vibracije, što mijenja akustička svojstva na bolje. To nije samo lijepa stvar; to je funkcionalna inženjerska stvar.
Hajde da realno pogledamo naše iskustvo u radnji, jer ne želim da ovo bude udžbenik. Prošlog mjeseca stigao nam je startup sa prototipom za prijenosni Bluetooth zvučnik. Imali su 3D odštampan SLA plastični dio koji je napravio tanak odjek kada su ga testirali, a to je poremetilo kvalitet zvuka zvučnika. Probali smo dvije stvari: prvo, prešli smo na deblji ABS dio iz naše linije 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype, a drugo, dodali smo 25% ispune i pjenasti premaz sa unutrašnje strane. Kada su ga testirali, eho je nestao, a ton zvučnika je bio mnogo topliji – a sve zato što smo prilagodili akustična svojstva 3D štampanog dijela. Tada sam shvatio koliko se često ove stvari pojavljuju, čak i kod proizvoda koji sami po sebi nemaju veze sa zvukom.
Još jedan primjer: nedavno smo isporučili seriju dijelova modela SLM 3D printanja od nehrđajućeg čelika klijentu iz zrakoplovstva. Trebali su im mali nosači koji ne bi vibrirali na velikim visinama, a akustični test je bio dio njihovog procesa odobravanja. Nerđajući čelik ima prirodno svojstvo prigušenja, ali struktura sloja iz SLM-a ga je učinila još stabilnijim – tako da kada su radili testove vibracija, deo nije rezonovao, što je upravo ono što im je trebalo. To je super specifičan slučaj upotrebe, ali pokazuje da su akustična svojstva bitna za mnogo više od samo audio proizvoda.
Sada, ako razmišljate o nabavci dijelova modela odštampanih 3D, kako koristiti ove informacije? Prvo, shvatite kakvo vam je ponašanje zvuka potrebno: da li želite da reflektuje zvuk (svijetli, žuljavi) ili da ga apsorbira (tup, prigušen)? Zatim odaberite materijal i način štampanja. Ako vam je potrebna plastika, SLS je dobar za lagano prigušivanje, SLA za svijetli, ABS za uravnotežen. Ako vam je potreban metal, nerđajući čelik je dubok, aluminijum je svetao, a SLM vam daje besprekornu strukturu koja zvuči kao mašinski obrađen metal. Takođe, navedite akustične potrebe kada naručujete – mi ne štampamo samo delove, mi pomažemo da prilagodite podešavanja kako biste dobili zvuk koji želite.
Na kraju krajeva, akustična svojstva 3D štampanih delova modela nisu slučajna karakteristika tehnologije – oni su nešto što kontrolišemo svaki dan u našoj radnji, od materijala koji odaberemo do podešavanja ispune i sloja. Kao dobavljač dijelova modela za 3D printanje, naučili smo tokom godina da odvajanje vremena za razgovor o zvuku (čak i ako to nije prva stvar koju klijent spominje) čini ogromnu razliku u tome kako njihov konačni proizvod funkcionira.
Ako radite na projektu u kojem su zvuk ili vibracija bitni, ili samo želite da dobijete 3D odštampane delove modela koji zvuče tačno onako kako vam treba, ne ustručavajte se da se obratite. Možemo vas provesti kroz najbolje opcije, bilo da se radi o našoj SLS usluzi štampe, našoj liniji brzih prototipova ABS plastike za 3D štampanje ili našoj ponudi SLM 3D štampanja od nerđajućeg čelika i 3D štampanja metalnih delova SLA aluminijuma od nerđajućeg čelika. Tu smo da osiguramo da vaši dijelovi rade onako kako želite, akustički i funkcionalno.
Reference
- Gibson, I., Rosen, D. i Stucker, B. (2015). Tehnologije aditivne proizvodnje: 3D štampanje, brza izrada prototipa i direktna digitalna proizvodnja (2. izdanje). Springer.
- ASTM International. (2020). Standardna metoda ispitivanja akustičkih svojstava krutih poroznih materijala. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, et al. (2018). Akustičko ponašanje aditivno proizvedenih polimernih dijelova: Efekti procesnih parametara i svojstava materijala. Aditive Manufacturing, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et al. (2021). Karakteristike prigušenja vibracija SLM-proizvedenih komponenti od nehrđajućeg čelika za primjenu u svemiru. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
