Se ti è mai capitato di tenere in mano una parte di un modello stampato in 3D e di toccarla con l'unghia, probabilmente avrai notato che suona diverso da un giocattolo di plastica lavorata o da un componente di metallo fuso. In qualità di fornitore di parti di modelli per la stampa 3D, mi viene chiesto continuamente perché quel piccolo rumore di clic varia così tanto a seconda di ciò che stampiamo per i clienti, del materiale che utilizziamo o anche delle impostazioni delle nostre stampanti. Non è solo casuale: le proprietà acustiche delle parti stampate in 3D sono un mix della tecnologia che utilizziamo, del materiale che scegliamo e della minuscola struttura strato per strato che costruiamo. Analizziamolo in dettaglio, senza sovraccarico di gergo, solo cose reali che vediamo ogni giorno nel nostro negozio.
Innanzitutto, manteniamolo semplice: le proprietà acustiche qui significano il modo in cui una parte interagisce con il suono: lo assorbe, lo riflette, vibra quando viene colpito o produce un tonfo sordo invece di un rumore metallico solido? Ogni processo di stampa 3D cambia anche questo. Ad esempio, quando utilizziamo un servizio di stampa SLS per alcune parti, la fusione degli strati è estremamente uniforme, il che cambia il suono molto più di un processo che prevede un legame degli strati più sciolto. Collegherò qui il nostro lavoro reale in modo che non sia solo teoria, dal momento che spediamo tonnellate di queste parti a clienti che vanno dai produttori di apparecchiature audio ai progettisti di prototipi che hanno a cuore il suono delle loro parti.
Cominciamo con la variabile più grande: il materiale. Questa è la prima cosa che un cliente chiede quando invia una parte per un progetto: "come suonerà?" Esaminiamo i materiali comuni con cui lavoriamo e come cambiano le loro vibrazioni acustiche. La maggior parte delle nostre parti in plastica provengono dalla nostra linea di prototipi rapidi in plastica ABS del servizio di stampa 3D, giusto? L'ABS è quella plastica resistente e familiare che vedi nei giocattoli o nelle finiture delle auto. Quando vengono stampate in 3D con SLS o SLA, le parti in ABS hanno una struttura densa e leggermente flessibile perché gli strati si fondono strettamente. Tocca una piccola parte di prova in ABS e si ottiene un ping acuto e acuto, molto più luminoso di una parte stampata in 3D realizzata, ad esempio, con TPU flessibile. Il TPU è morbido, quindi assorbe la maggior parte del suono, quindi toccandolo suona sordo e attenuato, senza note alte. Lo scorso trimestre abbiamo utilizzato una custodia in TPU per il nuovo auricolare wireless di un cliente, che ha richiesto espressamente quel suono morbido e che smorza il rumore in modo che il tocco non interferisse con il microfono. Si tratta delle proprietà acustiche che influiscono direttamente sulla progettazione del prodotto.
Poi ci sono le parti metalliche: sono stravaganti perché il loro comportamento acustico è totalmente diverso da quello della plastica. Quando stampiamo parti metalliche, utilizziamo principalmente la tecnologia SLM (Selective Laser Melting) per materiali come l'acciaio inossidabile o l'alluminio. Le parti del modello in acciaio inossidabile per stampa 3D SLM che spediamo sono di metallo solido e denso, senza spazi tra gli strati (grazie al laser ad alta potenza che fonde completamente ogni particella). Toccando una piccola parte SLM in acciaio inossidabile si ottiene un tonfo intenso e profondo, simile a quello di una parte in metallo fuso, poiché la struttura a strati è estremamente fluida. Eseguiamo anche la stampa 3D di parti metalliche SLA alluminio acciaio inossidabile per parti più piccole e di alta precisione, e l'alluminio è ancora più luminoso dell'acciaio: la sua alta densità rende il ping estremamente chiaro, motivo per cui viene utilizzato per cose come ponti per chitarra o piccoli hardware dove la chiarezza del suono è importante. Una volta ho stampato un prototipo in alluminio per un driver per altoparlante e il cliente ha detto che il test ping era perfetto perché rifletteva la giusta quantità di suono senza eco.
Ora, la parte che sorprende la maggior parte delle persone: l'altezza dello strato e il riempimento. Anche se usi lo stesso materiale e la stessa stampante, quanto è spesso ogni strato e quanto è pieno l'interno della parte cambia molto il suono. La maggior parte delle persone non pensa al riempimento finché non tocca una parte e suona vuota. Se una parte ha un riempimento del 10% (molto sparso, come una griglia con molti spazi d'aria), toccandola si produce un tonfo morto e vuoto, come se si toccasse una tazza di schiuma. Avevamo un cliente che realizzava un modello da esposizione per un museo e odiava quel suono vuoto, quindi abbiamo aumentato il riempimento al 30% e aggiunto strati superiori e inferiori solidi, che lo hanno reso molto più consistente, come un modello in legno massiccio. Anche l'altezza dello strato è importante: strati più piccoli (0,1 mm contro 0,3 mm) significano una superficie e una struttura interna più lisce e più strettamente fuse, quindi il suono è più coerente e riflettente. Utilizziamo piccoli strati per le parti che necessitano di consistenza acustica, come i prototipi di custodie per telefoni, perché l'utente li toccherà ripetutamente durante la digitazione o lo scorrimento.
Aspetta, non tralasciamo il processo di stampa in sé: è qui che emerge davvero il nostro lavoro come fornitore di parti di modelli per la stampa 3D. La SLA (stereolitografia) utilizza resina liquida polimerizzata con luce UV e gli strati sono quasi invisibili. Le parti SLA sono super fluide e dense, quindi il loro suono è come la plastica dura, un ping chiaro e di tonalità media. La SLS, d'altra parte, fonde la plastica in polvere con un laser e la superficie è leggermente porosa (ma non ruvida) rispetto alla SLA. Le parti SLS suonano un po' più attenuate delle parti SLA, perché i minuscoli spazi tra le particelle di polvere (anche quelle fuse) assorbono una piccola quantità di energia sonora. L'anno scorso abbiamo realizzato un lotto di staffe in plastica SLS personalizzate per un'azienda di home theater e hanno scelto SLS appositamente perché il suono leggermente smorzante riduceva la quantità di vibrazioni che viaggiavano attraverso le staffe nella parete del cinema, senza fastidiosi ronzii durante le scene del film. Questo è un esempio perfetto di come le proprietà acustiche influenzino direttamente un prodotto funzionale, non solo un modello.
Un altro grande problema: la finitura superficiale. Molti clienti dimenticano che anche le modifiche post-elaborazione suonano. Facciamo cose come levigare, lucidare o rivestire le parti dopo la stampa e questo cambia il modo in cui la parte interagisce con il suono. Una parte SLA grezza e non lucidata ha una piccola rugosità superficiale, che assorbe il suono a livello micro, rendendo il ping un po' più opaco. Lucidando quella stessa parte, il suono diventa più brillante e riflettente, perché c'è meno superficie per intrappolare le onde sonore. Un produttore di gioielli è venuto da noi per piccoli pendenti in metallo stampati in 3D e volevano una finitura lucida e brillante che producesse anche un suono chiaro e delicato quando veniva toccato, quindi abbiamo lucidato l'intera superficie, ed è esattamente ciò che hanno ottenuto. Nessun lavoro aggiuntivo oltre la fase di post-elaborazione per regolare l'atmosfera acustica.
Ora parliamo dei malintesi più comuni. Molte persone pensano che "stampato in 3D" equivalga a "vuoto e dal suono economico", ma questo è solo se si utilizza un riempimento basso o un'impostazione della stampante errata. Stampiamo parti metalliche solide con SLM che suonano bene quanto il metallo lavorato e parti in ABS con riempimento elevato che suonano come plastica solida. Ho sfruttato una staffa in acciaio inossidabile stampata in 3D che abbiamo realizzato il mese scorso e sembrava così solida che il mio collega pensava che fosse stata fusa finché non gliel'ho detto. La chiave è abbinare il metodo di stampa e il materiale alle esigenze acustiche della parte. Collaboriamo con i clienti per scegliere il giusto prototipo rapido in plastica ABS o parte metallica SLM del servizio di stampa 3D in base alle loro esigenze acustiche, non solo alla resistenza o al costo. Ad esempio, se un cliente ha bisogno di una parte che assorba il suono (come l'inserto dell'alloggiamento di un altoparlante), utilizzeremo TPU con riempimento elevato e finitura opaca. Se hanno bisogno di un suono riflettente e chiaro (come il prototipo di uno strumento musicale), utilizzeremo l'alluminio con superfici lucide della nostra linea 3D Printing Metal Part SLA Aluminium Stainless Steel.
Che dire delle applicazioni oltre l'attrezzatura audio? Abbiamo stampato modelli 3D per studi di architettura che si preoccupano del suono di un modello quando lo tocchi per indicare una finestra o una porta. Un modello con pareti cave (riempimento basso) sembra economico, quindi regoliamo il riempimento per renderlo più consistente per le presentazioni. Abbiamo anche stampato componenti di robot in cui le vibrazioni sono importanti: se una parte del robot è troppo risonante, può causare rumore che confonde i sensori, quindi utilizziamo materiali con proprietà smorzanti o regoliamo il riempimento per far sì che assorba le vibrazioni, il che cambia le proprietà acustiche in meglio. Non è solo bello da avere; è roba di ingegneria funzionale.
Diventiamo reali riguardo alla nostra esperienza in negozio, perché non voglio che questo sia un libro di testo. Il mese scorso, una startup si è rivolta a noi con un prototipo di altoparlante Bluetooth portatile. Avevano una parte in plastica SLA stampata in 3D che produceva un'eco metallica quando l'hanno testata e ha compromesso la qualità del suono dell'altoparlante. Abbiamo provato due cose: in primo luogo, siamo passati a una parte in ABS più spessa della nostra linea di prototipi rapidi in plastica ABS del servizio di stampa 3D e, in secondo luogo, abbiamo aggiunto il 25% di riempimento e un rivestimento in schiuma all'interno. Quando l'hanno testato, l'eco era sparito e il tono dell'altoparlante era molto più caldo, tutto perché abbiamo regolato le proprietà acustiche della parte stampata in 3D. È stato allora che ho capito quanto spesso queste cose emergono, anche con prodotti che non hanno nulla a che fare con il suono in sé.
Un altro esempio: recentemente abbiamo spedito un lotto di parti di un modello in acciaio inossidabile per stampa 3D SLM a un cliente aerospaziale. Avevano bisogno di staffe piccole che non vibrassero ad alta quota e il test acustico faceva parte del processo di approvazione. L'acciaio inossidabile ha una proprietà di smorzamento naturale, ma la struttura a strati di SLM lo ha reso ancora più stabile, quindi quando hanno eseguito i test di vibrazione, la parte non ha risuonato, che è esattamente ciò di cui avevano bisogno. Si tratta di un caso d'uso estremamente specifico, ma dimostra che le proprietà acustiche contano molto più dei semplici prodotti audio.
Ora, se stai pensando di ottenere parti di modelli stampati in 3D, come utilizzi queste informazioni? Innanzitutto, scopri di quale comportamento sonoro hai bisogno: vuoi che rifletta il suono (luminoso, stridente) o lo assorba (attenuato, attenuato)? Quindi scegli il materiale e il metodo di stampa. Se hai bisogno di plastica, SLS va bene per smorzare leggermente, SLA per brillante, ABS per bilanciato. Se hai bisogno di metallo, l'acciaio inossidabile è profondo, l'alluminio è brillante e SLM ti offre una struttura senza soluzione di continuità che suona come il metallo lavorato. Inoltre, menziona le esigenze acustiche al momento dell'ordine: non ci limitiamo a stampare le parti, ti aiutiamo a regolare le impostazioni per ottenere il suono che desideri.
In fin dei conti, le proprietà acustiche delle parti del modello stampato in 3D non sono un capriccio casuale della tecnologia: sono qualcosa che controlliamo ogni giorno nel nostro negozio, dal materiale che scegliamo alle impostazioni di riempimento e strato. In qualità di fornitore di parti di modelli per la stampa 3D, nel corso degli anni abbiamo imparato che prendersi il tempo per parlare del suono (anche se non è la prima cosa che un cliente solleva) fa un'enorme differenza nel funzionamento del prodotto finale.
Se stai lavorando a un progetto in cui il suono o le vibrazioni sono importanti, o desideri semplicemente ottenere parti di modelli stampati in 3D che suonino esattamente come ti servono, non esitare a contattarci. Possiamo guidarti attraverso le migliori opzioni, che si tratti del nostro servizio di stampa SLS, della nostra linea di prototipi rapidi in plastica ABS del servizio di stampa 3D o delle nostre offerte di modelli in acciaio inossidabile con stampa 3D SLM e di parti metalliche in acciaio inossidabile con stampa 3D SLA. Siamo qui per assicurarci che le tue parti funzionino come desideri, acusticamente e funzionalmente.
Riferimenti
- Gibson, I., Rosen, D. e Stucker, B. (2015). Tecnologie di produzione additiva: stampa 3D, prototipazione rapida e produzione digitale diretta (2a ed.). Springer.
- ASTM Internazionale. (2020). Metodo di prova standard per le proprietà acustiche dei materiali rigidi porosi. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, et al. (2018). Comportamento acustico delle parti polimeriche prodotte mediante produzione additiva: effetti dei parametri di processo e delle proprietà dei materiali. Produzione additiva, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et al. (2021). Caratteristiche di smorzamento delle vibrazioni dei componenti in acciaio inossidabile fabbricati con SLM per applicazioni aerospaziali. Giornale dei processi di produzione, 64, 1122-1130.
