Ha valaha is megfogott egy 3D-nyomtatott modellalkatrészt, és megkocogtatta a körmével, valószínűleg észrevette, hogy másként hangzik, mint egy megmunkált műanyag játék vagy öntött fém alkatrész. 3D-nyomtatási modellalkatrész-beszállítóként mindig azt kérdezik tőlem, hogy ez az apró kattanó zaj miért változik annyira attól függően, hogy mit nyomtatunk az ügyfelek számára, milyen anyagot használunk, vagy akár a nyomtatóink beállításaitól függően. Ez nem csak véletlenszerű – a 3D nyomtatott alkatrészek akusztikai tulajdonságai az általunk használt technológiának, a kiválasztott anyagnak és az általunk felépített apró, rétegről-rétegre felépített szerkezetnek a keveréke. Bontsuk ezt le, ne legyen túlterhelt zsargon, csak valódi dolgok, amiket minden nap látunk üzletünkben.
Először is, maradjunk egyszerű: az akusztikus tulajdonságok itt azt jelentik, hogy az alkatrész hogyan lép kölcsönhatásba a hanggal – elnyeli-e, visszaveri, rezeg-e ütéskor, vagy üreges puffanást ad-e a szilárd hanggal szemben? Minden 3D nyomtatási folyamat ezt is megváltoztatja. Például, ha egyes részekhez SLS-nyomtatási szolgáltatást használunk, a rétegösszeolvadás szuper egyenletes, ami jobban megváltoztatja a hangzást, mint egy lazább rétegkötésű folyamat. Ide fogom kapcsolni a tényleges munkánkat, hogy ne csak elméletről legyen szó, hiszen rengeteg ilyen alkatrészt szállítunk ügyfeleinknek, az audiofelszerelés-gyártóktól a prototípus-tervezőkig, akiknek fontos az alkatrészeik hangzása.
Kezdjük a legnagyobb változóval: az anyaggal. Ez az első dolog, amit az ügyfél kérdez, amikor átküld egy alkatrészt egy projekthez – „hogyan fog ez hangzani?” Tekintsük át a közös anyagokat, amelyekkel dolgozunk, és hogyan változik az akusztikus hangulatuk. A legtöbb műanyag alkatrészünk a 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype termékcsaládjából származik, igaz? Az ABS az a kemény, ismerős műanyag, amely a játékokban vagy az autókárpitokban látható. Ha SLS-sel vagy SLA-val nyomtatnak 3D-ben, az ABS-alkatrészek sűrű, enyhén rugalmas szerkezetűek, mivel a rétegek szorosan összeolvadnak. Koppintson egy kis ABS tesztalkatrészre, és éles, magas hangú hangjelzést ad – sokkal fényesebb, mint egy 3D nyomtatott alkatrész, mondjuk rugalmas TPU-val. A TPU szaggatott, így elnyeli a legtöbb hangot, így a koppintás tompán és némán hangzik, egyáltalán nincsenek magas hangok. Az elmúlt negyedévben egy kliens új vezeték nélküli fülhallgatójához TPU-tokot használtunk, és kifejezetten azt a lágy, zajcsillapító hangot kérték, hogy a koppintás ne zavarja a mikrofont. Ezek az akusztikai tulajdonságok, amelyek közvetlenül befolyásolják a termék kialakítását.
Aztán ott vannak a fém alkatrészek – ezek vad, mert akusztikai viselkedésük teljesen eltér a műanyagétól. Amikor fém alkatrészeket nyomtatunk, többnyire SLM-et (Selective Laser Melting) használunk olyan dolgokhoz, mint a rozsdamentes acél vagy az alumínium. Az általunk szállított SLM 3D nyomtató rozsdamentes acél modell alkatrészei tömör, sűrű fémből készülnek, nincsenek hézagok a rétegek között (hála a nagy teljesítményű lézernek, amely minden részecskét teljesen megolvaszt). Koppintson egy kis rozsdamentes acél SLM alkatrészre, és mély, gazdag ütést ad – hasonlóan az öntött fém alkatrészhez, mert a rétegszerkezet annyira zökkenőmentes. Csinálunk 3D nyomtatást fémalkatrészek SLA alumínium rozsdamentes acélból is a kisebb, nagy pontosságú alkatrészekhez, és az alumínium még az acélnál is fényesebb – nagy sűrűsége miatt a ping szupertiszta, ezért használják például gitárhidaknál vagy kis hardvereknél, ahol a hang tisztasága számít. Egyszer nyomtattam egy alumínium prototípust egy hangszóró-meghajtóhoz, és az ügyfél azt mondta, hogy a ping-teszt tökéletes volt, mert éppen a megfelelő mennyiségű hangot tükrözte visszhang nélkül.
Most az a rész, ami a legtöbb embert meglep: a rétegmagasság és a kitöltés. Még ha ugyanazt az anyagot és nyomtatót használod is, az egyes rétegek vastagsága és az alkatrész belseje telítettsége nagyban megváltoztatja a hangzást. A legtöbb ember addig nem gondol a kitöltésre, amíg meg nem koppint egy alkatrészen, és az üresen hangzik. Ha egy alkatrész 10%-os kitöltéssel rendelkezik (szuper ritka, mint egy rács sok légrésszel), a koppintás halott, üreges puffanást okoz – mintha egy habcsészét ütögetnénk meg. Volt egy ügyfelünk, aki kiállítási modellt készített egy múzeum számára, és utálta ezt az üres hangot, ezért 30%-ra növeltük a kitöltést, és szilárd felső és alsó rétegeket adtunk hozzá, ami sokkal tartalmasabbá tette, mint egy tömör fa modell. A rétegmagasság is számít: a kisebb rétegek (0,1 mm vs. 0,3 mm) simább, szorosabban olvadó felületet és belső szerkezetet jelentenek, így a hang egyenletesebb és tükrözőbb. Kis rétegeket használunk az akusztikus konzisztenciát igénylő alkatrészekhez, például a prototípus telefontokokhoz, mert a felhasználó többször megkoppintja gépeléskor vagy csúsztatásakor.
Várj, ne hagyjuk ki magát a nyomtatási folyamatot – itt mutatkozik meg igazán a 3D nyomtatási modellalkatrész-beszállítói munkánk. Az SLA (sztereolitográfia) UV fénnyel kikeményített folyékony gyantát használ, és a rétegek szinte láthatatlanok. Az SLA részek szupersimák és sűrűek, így hangjuk olyan, mint a kemény műanyag, tiszta, közepes hangú ping. Az SLS ezzel szemben a porított műanyagot lézerrel olvasztja, a felület pedig picit porózus (de nem érdes) az SLA-hoz képest. Az SLS részek kicsit halkabban szólnak, mint az SLA, mert a porszemcsék (még az összeolvadt részecskék is) közötti apró rések egy kis hangenergiát nyelnek el. Tavaly egy házimozi-társaságnak készítettünk egy csomó egyedi SLS műanyag tartót, és kifejezetten azért választották az SLS-t, mert az enyhén csillapító hang csökkentette a rezgés mértékét, amely a tartókon keresztül a mozi falába terjedt – nincs bosszantó zümmögés a filmjelenetek során. Ez egy tökéletes példa arra, hogy az akusztikai tulajdonságok közvetlenül befolyásolják a funkcionális terméket, nem csak egy modellt.
Egy másik nagy: felületkezelés. Sok ügyfél elfelejti, hogy az utófeldolgozás megváltoztatja a hangot is. Nyomtatás után csiszolunk, polírozunk vagy bevonunk alkatrészeket, és ez megváltoztatja az alkatrész és a hang közötti kölcsönhatást. A nyers, polírozatlan SLA alkatrésznek van egy pici felületi érdessége, ami mikroszinten nyeli el a hangot, így a ping egy kicsit tompább lesz. Ugyanezt a részt simára csiszolja, és a hang világosabbá és visszaverőbbé válik, mert kevesebb a felület a hanghullámok befogására. Eljött hozzánk egy ékszerkészítő kis 3D-s nyomtatott fém medálokért, és fényes, polírozott felületet akartak, ami egyben tiszta, gyengéd csilingelést is adott, ha ütögetjük – ezért a teljes felületet políroztuk, és pontosan ezt kapták. Nincs szükség extra munkára az akusztikus hangulat beállításán túli utófeldolgozási lépésen túl.
Most pedig beszéljünk a gyakori tévhitekről. Sokan azt hiszik, hogy a „3D nyomtatott” „üres és olcsó hangzást” jelent, de ez csak akkor van így, ha alacsony a kitöltés, vagy rossz a nyomtatóbeállítás. Nyomtatunk tömör fém alkatrészeket SLM-mel, amelyek ugyanolyan jól hangzanak, mint a megmunkált fém, és ABS-alkatrészeket, amelyek nagy kitöltésével olyanok, mint a tömör műanyag. Megkopogtattam egy 3D-nyomtatott rozsdamentes acél konzolt, amit a múlt hónapban készítettünk, és olyan jól hangzott, hogy a munkatársam azt hitte, hogy öntötték, amíg el nem mondtam neki. A kulcs az, hogy a nyomtatási módszert és az anyagot az akusztikai igényekhez igazítsák. Ügyfeleinkkel együttműködve kiválasztjuk a megfelelő 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype vagy SLM fém alkatrészt az akusztikai igényeik alapján, nem csak az erősség vagy a költségek alapján. Például, ha egy ügyfélnek olyan alkatrészre van szüksége, amely elnyeli a hangot (például egy hangszóróház betétet), akkor magas kitöltésű és matt felületű TPU-t használunk. Ha fényvisszaverő, tiszta hangra van szükségük (mint például egy hangszer prototípusa), akkor a 3D Printing Metal Part SLA Aluminium Stainless Steel termékcsaládunkból polírozott felületű alumíniumot használunk.
Mi a helyzet az audiofelszerelésen kívüli alkalmazásokkal? 3D-s modelleket nyomtattunk olyan építészeti cégek számára, akiknek fontos a modell hangzása, amikor megérinti az ablakot vagy ajtót. Egy üreges falú modell (alacsony kitöltés) olcsón hangzik, ezért úgy állítjuk be a kitöltést, hogy tartalmasabb legyen a prezentációkhoz. Olyan robotalkatrészeket is nyomtattunk, ahol a vibráció számít – ha egy robotrész túlságosan rezonáns, akkor zajt okozhat, ami összezavarja az érzékelőket, ezért csillapító tulajdonságú anyagokat használunk, vagy beállítjuk a kitöltést, hogy elnyelje a vibrációt, ami jobbá teszi az akusztikai tulajdonságokat. Ez nem csak egy szép dolog; ez funkcionális mérnöki cucc.
Valósítsuk meg a bolti tapasztalatainkat, mert nem akarom, hogy ez tankönyv legyen. A múlt hónapban egy startup érkezett hozzánk egy hordozható Bluetooth hangszóró prototípusával. Volt egy 3D nyomtatott SLA műanyag alkatrészük, ami pici visszhangot keltett, amikor tesztelték, és ez rontotta a hangszóró hangminőségét. Két dolgot próbáltunk ki: először áttértünk egy vastagabb ABS alkatrészre a 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype termékcsaládunkból, másodszor pedig 25%-os kitöltést és habbevonatot adtunk a belső oldalra. Amikor tesztelték, a visszhang eltűnt, és a hangszóró hangja sokkal melegebb volt – mindez azért, mert beállítottuk a 3D nyomtatott rész akusztikai tulajdonságait. Ekkor jöttem rá, milyen gyakran jön elő ez a dolog, még olyan termékeknél is, amelyeknek semmi közük a hangzáshoz.
Egy másik példa: a közelmúltban szállítottunk egy köteget SLM 3D nyomtató rozsdamentes acél modell alkatrészt egy repülőgépipari ügyfélnek. Kis tartókra volt szükségük, amelyek nem rezegnek nagy magasságban, és az akusztikus teszt a jóváhagyási folyamat része volt. A rozsdamentes acél természetes csillapító tulajdonsággal rendelkezik, de az SLM rétegszerkezete még stabilabbá tette – így a vibrációs tesztek elvégzésekor az alkatrész nem rezonált, pontosan erre volt szükségük. Ez egy rendkívül speciális felhasználási eset, de azt mutatja, hogy az akusztikus tulajdonságok sokkal többet számítanak, mint az audiotermékek.
Most, ha 3D nyomtatott modellalkatrészek beszerzésén gondolkodik, hogyan használja ezt az információt? Először is gondolja át, hogy milyen hangviselkedésre van szüksége: azt szeretné, hogy visszaverje a hangot (fényes, nyűgös), vagy elnyelje (tompa, néma)? Ezután válassza ki az anyagot és a nyomtatási módot. Ha műanyag kell, akkor az SLS enyhe csillapításra, az SLA a fényesre, az ABS a kiegyensúlyozásra jó. Ha fémre van szüksége, a rozsdamentes acél mély, az alumínium fényes, az SLM pedig olyan varratmentes szerkezetet biztosít, amely megmunkált fémnek tűnik. Rendeléskor említse meg az akusztikai igényeket is – mi nem csak alkatrészeket nyomtatunk, hanem segítünk a beállítások módosításában is, hogy a kívánt hangot kapja.
Végső soron a 3D-s nyomtatott modellalkatrészek akusztikai tulajdonságai nem a technológia véletlenszerű furcsaságai – ezek olyan dolgok, amelyeket üzletünkben minden nap ellenőrzünk, az általunk választott anyagtól a kitöltésig és a rétegbeállításokig. 3D-nyomtatási modellalkatrész-beszállítóként az évek során megtanultuk, hogy ha időt szánunk a hangról való beszélgetésre (még ha nem is ez az első dolog, amit az ügyfél felhoz), óriási különbséget jelent a végtermék működésében.
Ha olyan projekten dolgozik, ahol a hang vagy a rezgés számít, vagy csak olyan 3D-nyomtatott modellalkatrészeket szeretne beszerezni, amelyek pontosan úgy hangzanak, ahogyan szüksége van rá, ne habozzon kapcsolatba lépni. Végigvezetjük a legjobb lehetőségeket, legyen szó SLS nyomtatási szolgáltatásunkról, 3D nyomtatási szolgáltatásunk ABS műanyag gyors prototípus termékcsaládunkról, vagy SLM 3D nyomtató rozsdamentes acél modellről és 3D nyomtatás fémalkatrészeinkről SLA alumínium rozsdamentes acél kínálatunk. Azért vagyunk itt, hogy alkatrészei akusztikailag és funkcionálisan úgy működjenek, ahogy szeretné.
Hivatkozások
- Gibson, I., Rosen, D. és Stucker, B. (2015). Additív gyártási technológiák: 3D nyomtatás, gyors prototípuskészítés és közvetlen digitális gyártás (2. kiadás). Springer.
- ASTM International. (2020). Szabványos vizsgálati módszer a merev porózus anyagok akusztikai tulajdonságaira. ASTM C423-20.
- Kruth, JP és mtsai. (2018). Az additív módon előállított polimer alkatrészek akusztikai viselkedése: A folyamatparaméterek és az anyagtulajdonságok hatásai. Additive Manufacturing, 24, 387-395.
- Zhang, Y. és mtsai. (2021). Az SLM-ből gyártott rozsdamentes acél alkatrészek rezgéscsillapítási jellemzői repülési alkalmazásokhoz. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
