خواص آکوستیک قطعات مدل چاپ سه بعدی چیست؟

اگر تا به حال یک قطعه مدل پرینت سه بعدی را در دست گرفته اید و با ناخن خود به آن ضربه زده اید، احتمالا متوجه شده اید که صدای آن متفاوت از یک اسباب بازی پلاستیکی ماشینکاری شده یا یک قطعه فلزی ریخته گری شده است. به عنوان یک تامین کننده قطعات مدل پرینت سه بعدی، همیشه از من می پرسند که چرا صدای کلیک کوچک بسته به آنچه برای مشتریان چاپ می کنیم، چه موادی استفاده می کنیم یا حتی تنظیمات روی چاپگرهایمان، بسیار متفاوت است. این فقط تصادفی نیست - ویژگی‌های صوتی قطعات پرینت‌شده سه بعدی ترکیبی از فناوری‌هایی است که ما استفاده می‌کنیم، موادی که انتخاب می‌کنیم و ساختار لایه به لایه کوچکی که می‌سازیم. بیایید این را بشکنیم، بدون اضافه بار اصطلاحات، فقط چیزهای واقعی که هر روز در مغازه خود می بینیم.

اول، اجازه دهید آن را ساده نگه داریم: ویژگی های آکوستیک در اینجا به این معنی است که چگونه یک قطعه با صدا تعامل می کند - آیا آن را جذب می کند، آن را منعکس می کند، هنگام ضربه می لرزد، یا یک ضربه توخالی در مقابل یک پینگ جامد ایجاد می کند؟ هر فرآیند پرینت سه بعدی این را نیز تغییر می دهد. به عنوان مثال، هنگامی که ما از یک سرویس چاپ SLS برای برخی از قطعات استفاده می کنیم، ترکیب لایه فوق العاده یکنواخت است، که صدا را بیشتر از فرآیندی که پیوند لایه شلتر دارد، تغییر می دهد. من در اینجا کار واقعی خود را انجام می دهم، بنابراین فقط تئوری نیست، زیرا ما هزاران تن از این قطعات را به مشتریانی ارسال می کنیم، از سازندگان لوازم صوتی گرفته تا طراحان نمونه اولیه که به صدای قطعاتشان اهمیت می دهند.

بیایید با بزرگترین متغیر شروع کنیم: مواد. این اولین چیزی است که مشتری هنگام ارسال یک قطعه برای پروژه می پرسد - "این چه صدایی خواهد داشت؟" بیایید از مواد رایجی که با آنها کار می کنیم و نحوه تغییر حالات صوتی آنها مرور کنیم. بیشتر قطعات پلاستیکی ما از خدمات چاپ سه بعدی ABS Plastic Rapid Prototype ما می آیند، درست است؟ ABS آن پلاستیک سخت و آشنای است که در اسباب بازی ها یا تزئینات ماشین می بینید. هنگام پرینت سه بعدی با SLS یا SLA، قطعات ABS ساختاری متراکم و کمی انعطاف پذیر دارند زیرا لایه ها به طور محکم به هم ذوب می شوند. روی یک قطعه کوچک تست ABS ضربه بزنید، و این یک پینگ تیز و با صدای بالا ایجاد می کند - بسیار روشن تر از قطعه چاپ شده سه بعدی ساخته شده با مثلاً TPU انعطاف پذیر. TPU خمیده است، بنابراین بیشتر صداها را جذب می کند، بنابراین ضربه زدن به آن صدایی کسل کننده و بی صدا به نظر می رسد، هیچ نت بالایی ندارد. ما در سه‌ماهه گذشته از یک قاب TPU برای هدفون بی‌سیم جدید مشتری استفاده کردیم، و آنها به‌طور خاص درخواست کردند که صدای ملایم و کاهش‌دهنده نویز داشته باشد تا ضربه با میکروفون تداخل نداشته باشد. این ویژگی های صوتی است که مستقیماً بر طراحی محصول تأثیر می گذارد.

سپس قطعات فلزی وجود دارد - اینها وحشی هستند زیرا رفتار صوتی آنها کاملاً متفاوت از پلاستیک است. وقتی قطعات فلزی را چاپ می کنیم، بیشتر از SLM (ذوب لیزری انتخابی) برای مواردی مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم استفاده می کنیم. قطعات مدل استنلس استیل چاپ سه بعدی SLM که ما ارسال می کنیم، فلزی جامد و متراکم هستند که هیچ شکافی بین لایه ها وجود ندارد (به لطف لیزر پرقدرت که همه ذرات را به طور کامل ذوب می کند). روی یک قطعه فولادی ضد زنگ کوچک SLM ضربه بزنید، و ضربه عمیق و غنی ایجاد می کند - شبیه به یک قطعه فلزی ریخته گری، زیرا ساختار لایه بسیار یکپارچه است. ما همچنین پرینت سه بعدی Metal Part SLA فولاد ضد زنگ آلومینیومی را برای قطعات کوچکتر و با دقت بالا انجام می دهیم، و آلومینیوم حتی از فولاد روشن تر است - چگالی بالای آن باعث می شود پینگ فوق العاده واضح باشد، به همین دلیل است که برای مواردی مانند پل های گیتار یا سخت افزارهای کوچک که وضوح صدا اهمیت دارد استفاده می شود. من یک بار نمونه اولیه آلومینیومی را برای درایور بلندگو چاپ کردم، و مشتری گفت که تست پینگ عالی بود زیرا فقط مقدار مناسبی از صدا را بدون بازتاب منعکس می‌کرد.

اکنون، بخشی که بیشتر افراد را شگفت زده می کند: ارتفاع لایه و پر کردن. حتی اگر از متریال و چاپگر یکسانی استفاده کنید، میزان ضخامت هر لایه و پر بودن داخل قطعه صدا را بسیار تغییر می دهد. بیشتر مردم تا زمانی که روی قسمتی ضربه نزنند و توخالی به نظر برسد، به پر کردن فکر نمی کنند. اگر قسمتی 10% پر شده باشد (فوق العاده پراکنده، مانند شبکه ای با شکاف های هوای زیاد)، ضربه زدن روی آن یک ضربه مرده و توخالی ایجاد می کند - مانند ضربه زدن به یک فنجان فوم. مشتری داشتیم که یک مدل نمایشی برای موزه درست کرده بود، و آنها از صدای توخالی متنفر بودند، بنابراین ما پرکننده را به 30 درصد رساندیم و لایه‌های بالا و پایین جامد را اضافه کردیم، که باعث می‌شد صدای آن بسیار قابل‌توجه‌تر شود، مانند یک مدل چوبی جامد. ارتفاع لایه نیز اهمیت دارد: لایه‌های کوچکتر (0.1 میلی‌متر در مقابل 0.3 میلی‌متر) به معنای سطح و ساختار داخلی صاف‌تر و محکم‌تر است، بنابراین صدا یکدست‌تر و بازتاب‌کننده‌تر است. ما از لایه‌های کوچکی برای قطعاتی استفاده می‌کنیم که نیاز به یکپارچگی صوتی دارند، مانند جعبه‌های نمونه اولیه تلفن، زیرا کاربر هنگام تایپ یا کشیدن انگشت روی آن ضربه می‌زند.

صبر کنید، بیایید خود فرآیند چاپ را نادیده بگیریم - اینجاست که کار ما به عنوان تامین کننده قطعات مدل چاپ سه بعدی واقعاً نشان می دهد. SLA (Stereolithography) از رزین مایع پخته شده با نور UV استفاده می کند و لایه ها تقریباً نامرئی هستند. قطعات SLA فوق العاده صاف و متراکم هستند، بنابراین صدای آنها مانند پلاستیک سخت، یک پینگ شفاف و متوسط ​​است. از سوی دیگر، SLS، پلاستیک پودری را با لیزر ذوب می‌کند و سطح آن در مقایسه با SLA کمی متخلخل (اما ناصاف) است. صدای قطعات SLS کمی کمتر از SLA است، زیرا شکاف های کوچک بین ذرات پودر (حتی ذرات ذوب شده) کمی انرژی صوتی را جذب می کنند. ما سال گذشته دسته ای از براکت های پلاستیکی سفارشی SLS را برای یک شرکت سینمای خانگی انجام دادیم، و آنها SLS را به طور خاص انتخاب کردند زیرا صدای کمی مرطوب کننده میزان ارتعاشی را که از طریق براکت ها به دیوار سینما منتقل می شد کاهش می داد - بدون وزوز آزاردهنده در طول صحنه های فیلم. این یک مثال عالی از این است که چگونه خواص صوتی مستقیماً بر یک محصول عملکردی تأثیر می گذارد، نه فقط یک مدل.

یکی دیگر از موارد مهم: پرداخت سطح. بسیاری از مشتریان فراموش می کنند که پس از پردازش صدا نیز تغییر می کند. ما کارهایی مانند سنباده زدن، صیقل دادن یا پوشش دادن قطعات را بعد از چاپ انجام می دهیم و این کار نحوه تعامل قطعه با صدا را تغییر می دهد. یک قطعه SLA خام و صیقلی نشده دارای کمی زبری سطح است که صدا را در سطح میکرو جذب می کند و پینگ را کمی کسل کننده تر می کند. همان قسمت را صاف کنید، و صدا روشن تر و بازتابنده تر می شود، زیرا سطح کمتری برای به دام انداختن امواج صوتی وجود دارد. ما یک جواهرساز داشتیم که برای آویزهای فلزی پرینت سه بعدی کوچک به ما مراجعه کرد و آنها یک روکش براق و صیقلی می خواستند که هنگام ضربه زدن صدای زنگ شفاف و ملایمی ایجاد کند—بنابراین ما کل سطح را جلا دادیم، و این دقیقاً همان چیزی است که آنها به دست آوردند. هیچ کار اضافی فراتر از مرحله پس از پردازش برای تنظیم حس آکوستیک وجود ندارد.

حالا بیایید در مورد باورهای غلط رایج صحبت کنیم. بسیاری از مردم فکر می کنند "چاپ سه بعدی" برابر است با "توخالی و کم صدایی"، اما این تنها در صورتی است که از پر کردن کم یا تنظیمات چاپگر بد استفاده کنید. ما قطعات فلزی جامد را با SLM چاپ می کنیم که صدای آن به خوبی فلز ماشینکاری شده است، و قطعات ABS با پر کردن بالا که صدایی شبیه پلاستیک جامد دارند. من یک براکت از جنس استنلس استیل پرینت سه بعدی را که ماه گذشته ساختیم ضربه زدم و آنقدر محکم به نظر می رسید که همکارم فکر می کرد ریخته گری شده است تا اینکه به او گفتم. نکته اصلی تطبیق روش چاپ و مواد با آنچه قطعه از نظر صوتی نیاز دارد، است. ما با مشتریان کار می کنیم تا خدمات چاپ سه بعدی ABS Plastic Rapid Prototype یا قطعه فلزی SLM مناسب را بر اساس نیازهای صوتی آنها، نه فقط قدرت یا هزینه، انتخاب کنیم. به عنوان مثال، اگر مشتری به قطعه ای نیاز داشته باشد که صدا را جذب کند (مانند درج محفظه بلندگو)، از TPU با پر کردن بالا و روکش مات استفاده می کنیم. اگر آنها به صدای بازتابنده و شفاف نیاز دارند (مانند نمونه اولیه آلات موسیقی)، از آلومینیوم با سطوح صیقلی از خط فولاد ضد زنگ آلومینیوم پرینت سه بعدی خود استفاده خواهیم کرد.

در مورد برنامه های کاربردی فراتر از ابزار صوتی چطور؟ ما مدل‌های سه‌بعدی را برای شرکت‌های معماری چاپ کرده‌ایم که به صدای یک مدل در هنگام ضربه زدن به آن برای نشان دادن پنجره یا در اهمیت می‌دهند. مدلی با دیوارهای توخالی (پر کردن کم) ارزان به نظر می رسد، بنابراین ما پرکننده را طوری تنظیم می کنیم که صدای آن برای ارائه ها قابل توجه تر باشد. ما همچنین اجزای ربات را در جایی که ارتعاش مهم است چاپ کرده‌ایم - اگر یک قطعه ربات بیش از حد طنین‌دار باشد، می‌تواند باعث ایجاد نویز شود که حسگرها را خراب می‌کند، بنابراین از موادی با خاصیت میرایی استفاده می‌کنیم یا برای جذب لرزش آن را تنظیم می‌کنیم، که ویژگی‌های صوتی را برای بهتر شدن تغییر می‌دهد. این فقط یک خوش دستی نیست. این چیزهای مهندسی عملکردی است.

بیایید در مورد تجربه فروشگاه خود واقعی باشیم، زیرا من نمی خواهم این یک کتاب درسی باشد. ماه گذشته، یک استارت آپ با نمونه اولیه یک اسپیکر بلوتوث قابل حمل به ما آمد. آنها یک قطعه پلاستیکی SLA چاپ شده سه بعدی داشتند که هنگام آزمایش آن پژواک کوچکی ایجاد می کرد و کیفیت صدای بلندگو را مختل می کرد. ما دو چیز را امتحان کردیم: اول، ما به یک قسمت ABS ضخیم‌تر از خط نمونه اولیه ABS Plastic Rapid Service Service چاپ سه بعدی خود تغییر دادیم، و دوم، ما 25٪ پرکننده و یک پوشش فوم در داخل اضافه کردیم. وقتی آنها آن را آزمایش کردند، پژواک از بین رفت، و صدای بلندگو بسیار گرمتر بود - همه اینها به این دلیل بود که ما ویژگی‌های آکوستیک قسمت پرینت سه بعدی را تنظیم کردیم. آنجا بود که متوجه شدم این چیزها چقدر زیاد می شود، حتی برای محصولاتی که هیچ ربطی به صدا ندارند.

مثال دیگر: ما اخیراً یک دسته از قطعات مدل استنلس استیل چاپ سه بعدی SLM را برای یک مشتری هوافضا ارسال کردیم. آنها به براکت های کوچکی نیاز داشتند که در ارتفاعات بالا ارتعاش نکنند و آزمایش آکوستیک بخشی از فرآیند تایید آنها بود. فولاد ضد زنگ دارای خاصیت میرایی طبیعی است، اما ساختار لایه ای از SLM آن را حتی پایدارتر کرده است - بنابراین وقتی آنها آزمایش های ارتعاشی را انجام دادند، قطعه طنین انداز نشد، که دقیقا همان چیزی است که آنها نیاز داشتند. این یک مورد استفاده فوق‌العاده خاص است، اما نشان می‌دهد که ویژگی‌های صوتی به مراتب بیشتر از محصولات صوتی اهمیت دارند.

حال، اگر به فکر تهیه قطعات مدل پرینت سه بعدی هستید، چگونه از این اطلاعات استفاده می کنید؟ ابتدا، مشخص کنید که به چه رفتار صوتی نیاز دارید: آیا می خواهید صدا را منعکس کند (روشن، پینگ) یا آن را جذب کند (مبهن، خاموش)؟ سپس مواد و روش چاپ را انتخاب کنید. اگر به پلاستیک نیاز دارید، SLS برای مرطوب کردن کمی، SLA برای روشن، ABS برای متعادل کردن خوب است. اگر به فلز نیاز دارید، فولاد ضد زنگ عمیق است، آلومینیوم روشن است، و SLM ساختاری بدون درز به شما می دهد که صدایی شبیه فلز ماشینکاری شده دارد. همچنین، هنگام سفارش، نیازهای صوتی را ذکر کنید—ما فقط قطعات را چاپ نمی کنیم، به تنظیم تنظیمات برای دریافت صدای مورد نظرتان کمک می کنیم.

در پایان، ویژگی‌های آکوستیک قطعات مدل پرینت‌شده سه‌بعدی یک ویژگی تصادفی فناوری نیست - آنها چیزی هستند که ما هر روز در فروشگاه خود کنترل می‌کنیم، از موادی که انتخاب می‌کنیم تا تنظیمات لایه‌بندی و پر کردن. به‌عنوان تامین‌کننده قطعات مدل چاپ سه‌بعدی، در طول سال‌ها آموخته‌ایم که صرف زمان برای صحبت در مورد صدا (حتی اگر اولین چیزی نباشد که مشتری مطرح می‌کند) تفاوت زیادی در نحوه عملکرد محصول نهایی آنها ایجاد می‌کند.

اگر روی پروژه‌ای کار می‌کنید که در آن صدا یا ارتعاش مهم است، یا فقط می‌خواهید قطعات مدل پرینت سه‌بعدی را تهیه کنید که دقیقاً همان‌طور که نیاز دارید، دریغ نکنید. ما می‌توانیم بهترین گزینه‌ها را در اختیار شما بگذاریم، خواه خدمات چاپ SLS، خدمات چاپ سه‌بعدی ABS Plastic Rapid Prototype، یا مدل فولاد ضد زنگ چاپ سه‌بعدی SLM و عرضه‌های فولاد ضد زنگ آلومینیوم SLA قطعه فلزی ما. ما اینجا هستیم تا مطمئن شویم که قطعات شما همانطور که می‌خواهید، از نظر آکوستیک و عملکرد، کار می‌کنند.

مراجع

1. گیبسون، آی، روزن، دی، و استاکر، بی. (2015). فن آوری های ساخت افزودنی: چاپ سه بعدی، نمونه سازی سریع، و ساخت دیجیتال مستقیم (ویرایش دوم). اسپرینگر.
2. ASTM International. (2020). روش تست استاندارد برای خواص صوتی مواد متخلخل صلب. ASTM C423-20.
3. کروث، جی پی، و همکاران. (2018). رفتار صوتی قطعات پلیمری ساخته شده با افزودنی: اثرات پارامترهای فرآیند و خواص مواد. افزودنی ساخت، 24، 387-395.
4. Zhang، Y.، و همکاران. (2021). ویژگی های میرایی ارتعاش قطعات فولادی ضد زنگ ساخته شده با SLM برای کاربردهای هوافضا. مجله فرآیندهای ساخت، 64، 1122-1130.