Om du någonsin har hållit i en 3D-utskriven modelldel och knackat på den med nageln, har du förmodligen märkt att den låter annorlunda än en maskinbearbetad plastleksak eller en gjuten metallkomponent. Som leverantör av 3D Printing Model Parts får jag hela tiden frågan varför det där lilla klickljudet varierar så mycket beroende på vad vi skriver ut för kunder, vilket material vi använder eller till och med inställningarna på våra skrivare. Det är inte bara slumpmässigt – de akustiska egenskaperna hos 3D-utskrivna delar är en blandning av tekniken vi använder, materialet vi väljer och den lilla lager-för-lager-strukturen vi bygger. Låt oss bryta ner det här, ingen jargongöverbelastning, bara riktiga saker vi ser varje dag i vår butik.
Först, låt oss hålla det enkelt: akustiska egenskaper här betyder hur en del interagerar med ljud – absorberar den det, reflekterar det, vibrerar det när det träffas eller gör en ihålig duns kontra en fast ping? Varje 3D-utskriftsprocess ändrar också detta. Till exempel, när vi använder en SLS Printing Service för vissa delar, är skiktfusingen superjämn, vilket förändrar ljudet mer än en process som har lösare skiktbindning. Jag kommer att koppla in vårt faktiska arbete här så att det inte bara är teori, eftersom vi skickar massor av dessa delar till kunder, allt från ljudutrustningstillverkare till prototypdesigners som bryr sig om hur deras delar låter.
Låt oss börja med den största variabeln: material. Det här är det första en kund frågar när de skickar över en del för ett projekt – "hur kommer det här att låta?" Låt oss gå igenom de vanliga materialen vi arbetar med och hur deras akustiska vibbar förändras. De flesta av våra plastdelar kommer från vår 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype-linje, eller hur? ABS är den där tuffa, välbekanta plasten du ser i leksaker eller bilar. Vid 3D-utskrift med SLS eller SLA har ABS-delar en tät, något flexibel struktur eftersom skikten smälter tätt samman. Tryck på en liten ABS-testdel och den gör en skarp, hög ping – mycket ljusare än en 3D-utskriven del gjord med, säg, flexibel TPU. TPU är squishy, så det absorberar det mesta ljudet, så att trycka på det låter tråkigt och dämpat, inga höga toner alls. Vi använde ett TPU-fodral för en kunds nya trådlösa öronsnäcka förra kvartalet, och de efterfrågade specifikt det mjuka, brusdämpande ljudet så att kranen inte skulle störa mikrofonen. Det är akustiska egenskaper som direkt påverkar produktdesignen.
Sedan finns det metalldelar - dessa är vilda eftersom deras akustiska beteende är helt annorlunda än plast. När vi trycker metalldelar använder vi mest SLM (Selective Laser Melting) för saker som rostfritt stål eller aluminium. Delarna av SLM 3D-utskrift av rostfritt stål som vi skickar är solid, tät metall utan mellanrum mellan lagren (tack vare den kraftfulla lasern som smälter varje partikel helt). Knacka på en liten SLM-del av rostfritt stål och den gör en djup, kraftig duns – liknar en gjuten metalldel, eftersom lagerstrukturen är så sömlös. Vi gör också 3D-utskrift av metalldel SLA aluminium rostfritt stål för mindre delar med hög precision, och aluminium är till och med ljusare än stål – dess höga densitet gör pingen supertydlig, vilket är anledningen till att den används för saker som gitarrbryggor eller små hårdvaror där ljudets klarhet spelar roll. Jag skrev en gång ut en aluminiumprototyp för en högtalardrivrutin, och klienten sa att pingtestet var perfekt eftersom det reflekterade precis rätt mängd ljud utan att eka.
Nu, den del som överraskar de flesta: lagerhöjden och fyllningen. Även om du använder samma material och skrivare, hur tjockt varje lager är och hur full insidan av delen är förändrar ljudet mycket. De flesta tänker inte på infill förrän de knackar på en del och det låter ihåligt. Om en del har 10 % fyllning (super gles, som ett rutnät med massor av luftgap) ger det en död, ihålig duns när man knacka på den – som att knacka på en skumkopp. Vi hade en kund som gjorde en visningsmodell för ett museum, och de hatade det där ihåliga ljudet, så vi stötte upp fyllningen till 30 % och lade till solida topp- och bottenlager, vilket gjorde att det lät mycket mer omfattande, som en massiv trämodell. Skikthöjden spelar också roll: mindre lager (0,1 mm mot 0,3 mm) innebär en jämnare, tätare sammansmält yta och inre struktur, så ljudet är mer konsekvent och reflekterande. Vi använder små lager för delar som behöver akustisk konsistens, som prototyptelefonfodral, eftersom användaren kommer att trycka på det upprepade gånger när han skriver eller sveper.
Vänta, låt oss inte hoppa över själva utskriftsprocessen – det är här vårt arbete som leverantör av 3D-utskriftsmodeller verkligen visar sig. SLA (Stereolithography) använder flytande harts härdat med UV-ljus, och skikten är nästan osynliga. SLA-delar är supersläta och täta, så deras ljud är som hårdplast, en klar, medelhög ping. SLS, å andra sidan, smälter ihop pulveriserad plast med en laser, och ytan är lite porös (men inte grov) jämfört med SLA. SLS-delar låter lite mer dämpade än SLA, eftersom de små luckorna mellan pulverpartiklarna (även de smälta) absorberar en liten bit av ljudenergi. Vi gjorde ett parti anpassade SLS-plastfästen för ett hemmabioföretag förra året, och de valde SLS specifikt för att det något dämpande ljudet minskade mängden vibrationer som vandrade genom fästena in i teaterväggen – inget irriterande surr under filmscener. Det är ett perfekt exempel på hur akustiska egenskaper direkt påverkar en funktionell produkt, inte bara en modell.
En annan stor: ytfinish. Många kunder glömmer att efterbehandlingsändringar också låter. Vi gör saker som att slipa, polera eller belägga delar efter tryckning, och det förändrar hur delen interagerar med ljud. En rå, opolerad SLA-del har en liten bit av ytråhet, som absorberar ljud på mikronivå, vilket gör pingen lite mattare. Polera samma del slät, och ljudet blir ljusare och mer reflekterande, eftersom det finns mindre yta för att fånga ljudvågor. Vi hade en smyckestillverkare som kom till oss för små 3D-tryckta metallhängen, och de ville ha en glänsande, polerad yta som också gav en tydlig, mild ljudsignal när den knackades - så vi polerade hela ytan, och det var precis vad de fick. Inget extra arbete utöver efterbearbetningssteget för att justera den akustiska atmosfären.
Låt oss nu prata om vanliga missuppfattningar. Många tror att "3D-utskrivet" är lika med "ihåligt och billigt" men det är bara om du använder låg fyllning eller en dålig skrivarinställning. Vi trycker solida metalldelar med SLM som låter lika bra som bearbetad metall, och ABS-delar med hög fyllning som låter som solid plast. Jag har tryckt på ett 3D-tryckt fäste i rostfritt stål som vi gjorde förra månaden, och det lät så solidt att min kollega trodde att det var gjutet tills jag berättade det för henne. Nyckeln är att matcha tryckmetoden och materialet till vad delen behöver akustiskt. Vi arbetar med kunder för att välja rätt 3D-utskriftstjänst ABS Plastic Rapid Prototype eller SLM metalldel baserat på deras akustiska behov, inte bara styrka eller kostnad. Till exempel, om en klient behöver en del som absorberar ljud (som en högtalarhölje) använder vi TPU med hög fyllning och en matt finish. Om de behöver ett reflekterande, tydligt ljud (som en prototyp av ett musikinstrument) använder vi aluminium med polerade ytor från vår 3D-utskriftsmetalldel SLA Aluminium Stainless Steel-linje.
Hur är det med applikationer utöver ljudutrustning? Vi har skrivit ut 3D-modeller för arkitektföretag som bryr sig om hur en modell låter när du trycker på den för att peka ut ett fönster eller en dörr. En modell med ihåliga väggar (låg infill) låter billig, så vi justerar fyllningen för att få den att låta mer rejäl för presentationer. Vi har även skrivit ut robotkomponenter där vibrationer spelar roll – om en robotdel är för resonant kan det orsaka ljud som stör sensorerna, så vi använder material med dämpande egenskaper eller justerar fyllningen för att få den att absorbera vibrationer, vilket förändrar de akustiska egenskaperna till det bättre. Det är inte bara en trevlig att ha; det är funktionella ingenjörsgrejer.
Låt oss bli verkliga om vår butiksupplevelse, för jag vill inte att det här ska vara en lärobok. Förra månaden kom en startup till oss med en prototyp för en bärbar Bluetooth-högtalare. De hade en 3D-utskriven SLA-plastdel som gjorde ett tunt eko när de testade den, och det krånglade till högtalarens ljudkvalitet. Vi försökte två saker: för det första bytte vi till en tjockare ABS-del från vår 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype-linje, och för det andra lade vi till 25 % fyllning och en skumbeläggning på insidan. När de testade det var ekot borta och högtalarens ton var mycket varmare – allt för att vi justerade de akustiska egenskaperna hos den 3D-utskrivna delen. Det var då jag insåg hur ofta det här dyker upp, även med produkter som inte har något med ljud att göra.
Ett annat exempel: vi skickade nyligen ett parti SLM 3D-utskriftsdelar av rostfritt stål till en flygkund. De behövde små fästen som inte skulle vibrera på höga höjder, och det akustiska testet var en del av deras godkännandeprocess. Rostfritt stål har en naturlig dämpningsegenskap, men lagerstrukturen från SLM gjorde det ännu mer stabilt – så när de körde vibrationstester gav inte delen resonans, vilket är precis vad de behövde. Det är ett superspecifikt användningsfall, men det visar att akustiska egenskaper har betydelse för mycket mer än bara ljudprodukter.
Om du nu funderar på att skaffa 3D-utskrivna modelldelar, hur använder du denna information? Ta först reda på vilket ljudbeteende du behöver: vill du att det ska reflektera ljud (ljust, pingigt) eller absorbera det (tråkigt, dämpat)? Välj sedan material och tryckmetod. Behöver du plast är SLS bra för att dämpa något, SLA för ljus, ABS för balanserat. Om du behöver metall är rostfritt stål djupt, aluminium är ljust och SLM ger dig en sömlös struktur som låter som bearbetad metall. Nämn också akustiska behov när du beställer – vi skriver inte bara ut delar, vi hjälper till att justera inställningarna för att få det ljud du vill ha.
I slutändan är de akustiska egenskaperna hos 3D-utskrivna modelldelar inte en slumpmässig egenhet i tekniken – de är något vi kontrollerar varje dag i vår butik, från materialet vi väljer till infill- och lagerinställningarna. Som leverantör av 3D-utskriftsmodeller har vi under åren lärt oss att att ta sig tid att prata om ljud (även om det inte är det första en kund tar upp) gör en enorm skillnad i hur deras slutprodukt fungerar.
Om du arbetar med ett projekt där ljud eller vibrationer är viktiga, eller om du bara vill få 3D-printade modelldelar som låter precis som du behöver, tveka inte att höra av dig. Vi kan vägleda dig genom de bästa alternativen, oavsett om det är vår SLS-utskriftstjänst, vår 3D-utskriftstjänst ABS Plastic Rapid Prototype-linje, eller vår SLM 3D-utskrift av rostfritt stålmodell och 3D-utskrift av metalldelar SLA aluminium rostfritt stål. Vi finns här för att se till att dina delar fungerar som du vill, akustiskt och funktionellt.
Referenser
- Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Additive Manufacturing Technologies: 3D-utskrift, Rapid Prototyping och Direct Digital Manufacturing (andra upplagan). Springer.
- ASTM International. (2020). Standardtestmetod för akustiska egenskaper hos styva porösa material. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, et al. (2018). Akustiskt beteende hos additivt tillverkade polymerdelar: effekter av processparametrar och materialegenskaper. Additive Manufacturing, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et al. (2021). Vibrationsdämpande egenskaper hos SLM-tillverkade rostfria stålkomponenter för flygtillämpningar. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
