ชิ้นส่วนโมเดลที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ มีคุณสมบัติทางอะคูสติกอย่างไรบ้าง?

หากคุณเคยถือชิ้นส่วนโมเดลที่พิมพ์แบบ 3 มิติแล้วใช้เล็บแตะมัน คุณอาจสังเกตเห็นว่ามันฟังดูแตกต่างจากของเล่นพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรหรือส่วนประกอบที่เป็นโลหะหล่อ ในฐานะซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติ ฉันถูกถามตลอดเวลาว่าเหตุใดเสียงคลิกเล็กๆ จึงแตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เราพิมพ์ให้กับลูกค้า วัสดุที่เราใช้ หรือแม้แต่การตั้งค่าบนเครื่องพิมพ์ของเรา คุณสมบัติด้านเสียงของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วย 3D ไม่ใช่แค่การสุ่มเท่านั้น แต่เป็นการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีที่เราใช้ วัสดุที่เราเลือก และโครงสร้างเล็กๆ ทีละชั้นที่เราสร้างขึ้น เรามาแจกแจงเรื่องนี้กันดีกว่า ไม่มีศัพท์เฉพาะที่มากเกินไป มีแต่ของจริงที่เราเห็นทุกวันในร้านของเรา

ก่อนอื่น มาทำให้มันง่าย: คุณสมบัติทางเสียงในที่นี้หมายถึงวิธีที่ชิ้นส่วนมีปฏิกิริยากับเสียง เช่น ดูดซับ สะท้อน สั่นสะเทือนเมื่อถูกโจมตี หรือส่งเสียงตุ๊ดกลวงๆ เทียบกับการ Ping ที่มั่นคง กระบวนการพิมพ์ 3D ทุกครั้งก็เปลี่ยนแปลงสิ่งนี้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อเราใช้บริการการพิมพ์ SLS สำหรับบางส่วน การหลอมรวมเลเยอร์จะมีความสม่ำเสมอสูง ซึ่งเปลี่ยนวิธีเสียงมากกว่ากระบวนการที่มีการยึดเกาะของเลเยอร์ที่หลวมกว่า ฉันจะเชื่อมโยงงานจริงของเราที่นี่ ดังนั้นจึงไม่ใช่แค่ทฤษฎีเท่านั้น เนื่องจากเราจัดส่งชิ้นส่วนเหล่านี้จำนวนมากให้กับลูกค้า ตั้งแต่ผู้ผลิตอุปกรณ์เครื่องเสียงไปจนถึงนักออกแบบต้นแบบที่สนใจว่าชิ้นส่วนของพวกเขามีเสียงอย่างไร

เริ่มจากตัวแปรที่ใหญ่ที่สุดกันก่อน: วัสดุ นี่เป็นสิ่งแรกที่ลูกค้าถามเมื่อส่งชิ้นส่วนสำหรับโปรเจ็กต์ “เสียงจะเป็นอย่างไร” มาดูวัสดุทั่วไปที่เราร่วมงานด้วย และความรู้สึกทางเสียงที่เปลี่ยนไปอย่างไร ชิ้นส่วนพลาสติกส่วนใหญ่ของเรามาจากไลน์ 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype ใช่ไหม? ABS คือพลาสติกที่ทนทานและคุ้นเคยที่คุณเห็นในของเล่นหรืออุปกรณ์ตกแต่งรถยนต์ เมื่อพิมพ์ 3 มิติด้วย SLS หรือ SLA ชิ้นส่วน ABS จะมีโครงสร้างที่หนาแน่นและยืดหยุ่นเล็กน้อยเนื่องจากชั้นต่างๆ หลอมรวมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา แตะชิ้นส่วนทดสอบ ABS ขนาดเล็ก และทำให้การ ping แหลมสูงคมชัด—สว่างกว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติที่สร้างด้วย TPU ที่ยืดหยุ่น TPU นั้นมีความนุ่ม จึงดูดซับเสียงได้มากที่สุด ดังนั้นการแตะมันจึงฟังดูทื่อและเงียบ ไม่มีเสียงสูงเลย เราใช้เคส TPU สำหรับเอียร์บัดไร้สายตัวใหม่ของลูกค้าในไตรมาสที่แล้ว และพวกเขาต้องการเสียงที่นุ่มนวลและซับเสียงรบกวนเป็นพิเศษ เพื่อไม่ให้ก๊อกรบกวนไมโครโฟน นั่นคือคุณสมบัติทางเสียงที่ส่งผลโดยตรงต่อการออกแบบผลิตภัณฑ์

แล้วก็มีชิ้นส่วนที่เป็นโลหะ ซึ่งดูดุร้ายเพราะพฤติกรรมทางเสียงของมันแตกต่างจากพลาสติกโดยสิ้นเชิง เมื่อเราพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะ ส่วนใหญ่เราใช้ SLM (Selective Laser Melting) สำหรับวัสดุเช่น สแตนเลส หรืออลูมิเนียม ชิ้นส่วนโมเดลสเตนเลสสตีลการพิมพ์ SLM 3D ที่เราจัดส่งนั้นเป็นโลหะแข็งและหนาแน่นโดยไม่มีช่องว่างระหว่างชั้น (ต้องขอบคุณเลเซอร์กำลังสูงที่ละลายทุกอนุภาคอย่างสมบูรณ์) แตะชิ้นส่วน SLM ที่เป็นสเตนเลสสตีลขนาดเล็ก จากนั้นมันจะทำให้เกิดเสียงที่ลึกและหนักแน่น คล้ายกับชิ้นส่วนโลหะหล่อ เนื่องจากโครงสร้างของเลเยอร์นั้นไร้รอยต่อมาก นอกจากนี้เรายังทำชิ้นส่วนโลหะการพิมพ์ 3D SLA อลูมิเนียม สแตนเลสสำหรับชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กและมีความแม่นยำสูง และอลูมิเนียมยังสว่างกว่าเหล็กด้วยซ้ำ ความหนาแน่นสูงทำให้ค่า ping ชัดเจนมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงใช้สำหรับสิ่งต่างๆ เช่น สะพานกีตาร์หรือฮาร์ดแวร์ขนาดเล็กที่ความชัดเจนของเสียงมีความสำคัญ ครั้งหนึ่งฉันเคยพิมพ์ต้นแบบอะลูมิเนียมสำหรับไดรเวอร์ลำโพง และลูกค้าบอกว่าการทดสอบ ping นั้นสมบูรณ์แบบ เพราะมันสะท้อนเสียงในปริมาณที่เหมาะสมโดยไม่มีเสียงสะท้อน

ตอนนี้ส่วนที่สร้างความประหลาดใจให้กับคนส่วนใหญ่: ความสูงของชั้นและการเติม แม้ว่าคุณจะใช้วัสดุและเครื่องพิมพ์เดียวกัน แต่ละชั้นหนาแค่ไหนและด้านในของชิ้นส่วนเต็มแค่ไหน เสียงก็เปลี่ยนไปมาก คนส่วนใหญ่ไม่คิดจะเติมจนกว่าจะแตะส่วนหนึ่งและฟังดูกลวงๆ หากชิ้นส่วนมีการเติมเข้าไป 10% (กระจัดกระจายมาก เช่น ตารางที่มีช่องว่างอากาศมาก) การแตะชิ้นส่วนนั้นจะทำให้เกิดเสียงตุบๆ กลวงๆ เหมือนการแตะถ้วยโฟม เรามีลูกค้าที่สร้างโมเดลจัดแสดงสำหรับพิพิธภัณฑ์ และพวกเขาเกลียดเสียงกลวงๆ นั่น เราจึงเพิ่มส่วนเติมเข้าไปเป็น 30% และเพิ่มเลเยอร์ด้านบนและด้านล่างที่มั่นคง ซึ่งทำให้ฟังดูมีความสำคัญมากขึ้น เหมือนกับโมเดลไม้เนื้อแข็ง ความสูงของเลเยอร์ก็มีความสำคัญเช่นกัน: เลเยอร์ที่เล็กกว่า (0.1 มม. เทียบกับ 0.3 มม.) หมายถึงพื้นผิวและโครงสร้างภายในที่เรียบเนียนและแน่นขึ้น ดังนั้นเสียงจึงมีความสม่ำเสมอและสะท้อนแสงได้มากขึ้น เราใช้เลเยอร์เล็กๆ สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความสม่ำเสมอของเสียง เช่น เคสโทรศัพท์ต้นแบบ เนื่องจากผู้ใช้จะแตะซ้ำๆ เมื่อพิมพ์หรือปัดนิ้ว

เดี๋ยวก่อน อย่าข้ามขั้นตอนการพิมพ์ไป เพราะนี่คือสิ่งที่งานของเราในฐานะซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติแสดงให้เห็นจริงๆ SLA (Stereolithography) ใช้เรซินเหลวที่ผ่านการบ่มด้วยแสง UV และชั้นต่างๆ แทบจะมองไม่เห็น ชิ้นส่วน SLA มีความนุ่มนวลและหนาแน่นเป็นพิเศษ ดังนั้นเสียงจึงเหมือนพลาสติกแข็ง ซึ่งเป็นปิงเสียงกลางที่ชัดเจน ในทางกลับกัน SLS จะหลอมพลาสติกที่เป็นผงด้วยเลเซอร์ และพื้นผิวจะมีรูพรุนเล็กน้อย (แต่ไม่หยาบ) เมื่อเทียบกับ SLA ชิ้นส่วน SLS ให้เสียงที่เงียบกว่า SLA เล็กน้อย เนื่องจากช่องว่างเล็กๆ ระหว่างอนุภาคผง (แม้แต่อนุภาคที่หลอมละลาย) จะดูดซับพลังงานเสียงเล็กน้อย เราทำฉากยึดพลาสติก SLS แบบกำหนดเองจำนวนหนึ่งให้กับบริษัทโฮมเธียเตอร์แห่งหนึ่งเมื่อปีที่แล้ว และพวกเขาเลือก SLS โดยเฉพาะเนื่องจากเสียงที่หมาด ๆ เล็กน้อยช่วยลดปริมาณการสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านฉากยึดเข้าไปในผนังโรงละคร โดยไม่ส่งเสียงดังน่ารำคาญระหว่างฉากภาพยนตร์ นั่นเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบว่าคุณสมบัติทางเสียงส่งผลโดยตรงต่อผลิตภัณฑ์เชิงฟังก์ชันอย่างไร ไม่ใช่แค่แบบจำลองเท่านั้น

สิ่งที่ยิ่งใหญ่อีกประการหนึ่ง: การตกแต่งพื้นผิว ลูกค้าจำนวนมากลืมไปว่าเสียงการเปลี่ยนแปลงหลังการประมวลผลก็เช่นกัน เราทำสิ่งต่างๆ เช่น การขัด ขัดเงา หรือเคลือบชิ้นส่วนหลังการพิมพ์ และนั่นจะเปลี่ยนวิธีที่ชิ้นส่วนโต้ตอบกับเสียง ชิ้นส่วน SLA ที่ดิบและไม่มีการขัดเงามีความหยาบของพื้นผิวเล็กน้อย ซึ่งดูดซับเสียงในระดับจุลภาค ทำให้การ ping มัวลงเล็กน้อย ขัดส่วนเดียวกันนั้นให้เรียบเนียน และเสียงจะสว่างขึ้นและสะท้อนแสงได้มากขึ้น เนื่องจากมีพื้นผิวในการดักจับคลื่นเสียงน้อยกว่า เรามีผู้ผลิตเครื่องประดับมาหาเราเพื่อซื้อจี้โลหะที่พิมพ์ 3 มิติขนาดเล็ก และพวกเขาต้องการพื้นผิวที่มันเงาและเงางามซึ่งให้เสียงที่ชัดเจนและอ่อนโยนเมื่อแตะ ดังนั้นเราจึงขัดพื้นผิวทั้งหมด และนั่นคือสิ่งที่พวกเขาได้รับ ไม่มีการทำงานเพิ่มเติมนอกเหนือจากขั้นตอนหลังการประมวลผลเพื่อปรับบรรยากาศเสียง

ตอนนี้เรามาพูดถึงความเข้าใจผิดทั่วไป หลายๆ คนคิดว่า "การพิมพ์ 3 มิติ" เท่ากับ "กลวงและเสียงถูก" แต่นั่นก็ต่อเมื่อคุณใช้การเติมหมึกน้อยหรือการตั้งค่าเครื่องพิมพ์ที่ไม่ดี เราพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะแข็งด้วย SLM ที่ให้เสียงดีพอๆ กับโลหะกลึง และชิ้นส่วน ABS ที่มีการเติมสูงซึ่งให้เสียงเหมือนพลาสติกแข็ง ฉันได้แตะฉากยึดสแตนเลสที่พิมพ์แบบ 3 มิติที่เราผลิตเมื่อเดือนที่แล้ว และฟังดูมั่นคงมากที่เพื่อนร่วมงานของฉันคิดว่ามันถูกหล่อจนกระทั่งฉันบอกเธอ สิ่งสำคัญคือการจับคู่วิธีการพิมพ์และวัสดุกับสิ่งที่ชิ้นส่วนต้องการด้านเสียง เราทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อเลือกชิ้นส่วนโลหะ ABS Plastic Rapid Prototype หรือ SLM ที่เหมาะสมกับบริการการพิมพ์ 3D ตามความต้องการด้านเสียง ไม่ใช่แค่ความแข็งแกร่งหรือต้นทุน ตัวอย่างเช่น หากลูกค้าต้องการชิ้นส่วนที่ดูดซับเสียง (เช่น ตัวครอบลำโพง) เราจะใช้ TPU ที่มีการเติมสูงและพื้นผิวด้าน หากต้องการเสียงที่สะท้อนและชัดเจน (เช่น ต้นแบบเครื่องดนตรี) เราจะใช้อะลูมิเนียมที่มีพื้นผิวขัดเงาจากไลน์เหล็กกล้าไร้สนิมอะลูมิเนียม SLA ส่วนโลหะการพิมพ์ 3 มิติของเรา

แล้วแอพพลิเคชั่นที่นอกเหนือจากอุปกรณ์เสียงล่ะ? เราได้พิมพ์โมเดล 3 มิติสำหรับบริษัทสถาปัตยกรรมที่สนใจเสียงของโมเดลเมื่อคุณแตะเพื่อชี้ไปที่หน้าต่างหรือประตู โมเดลที่มีผนังกลวง (ช่องเติมต่ำ) ฟังดูราคาถูก ดังนั้นเราจึงปรับช่องเติมเพื่อให้เสียงมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับการนำเสนอ นอกจากนี้เรายังพิมพ์ส่วนประกอบของหุ่นยนต์ที่การสั่นสะเทือนมีความสำคัญ หากชิ้นส่วนหุ่นยนต์ดังกังวานเกินไป ก็อาจทำให้เกิดเสียงรบกวนที่ทำให้เซ็นเซอร์สับสนได้ ดังนั้นเราจึงใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติหน่วงหรือปรับ infill เพื่อให้ดูดซับการสั่นสะเทือน ซึ่งจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางเสียงให้ดีขึ้น นั่นไม่ใช่แค่ของดีที่จะมีเท่านั้น มันเป็นงานวิศวกรรมเชิงฟังก์ชัน

เรามาทำความเข้าใจประสบการณ์ร้านค้าของเราให้เป็นจริงกันดีกว่า เพราะฉันไม่ต้องการให้เรื่องนี้เป็นตำราเรียน เมื่อเดือนที่แล้ว มีสตาร์ทอัพรายหนึ่งมาหาเราพร้อมต้นแบบสำหรับลำโพง Bluetooth แบบพกพา พวกเขามีชิ้นส่วนพลาสติก SLA ที่พิมพ์แบบ 3 มิติซึ่งทำให้เกิดเสียงสะท้อนเล็กน้อยเมื่อทำการทดสอบ และทำให้คุณภาพเสียงของลำโพงยุ่งเหยิง เราลองสองสิ่ง: ประการแรก เราเปลี่ยนไปใช้ชิ้นส่วน ABS ที่หนาขึ้นจากกลุ่มผลิตภัณฑ์ต้นแบบอย่างรวดเร็วด้วยพลาสติก ABS ของบริการการพิมพ์ 3 มิติ และอย่างที่สอง เราได้เพิ่มการเติมเข้าไป 25% และการเคลือบโฟมที่ด้านใน เมื่อพวกเขาทดสอบ เสียงก้องหายไป และโทนเสียงของผู้พูดก็อุ่นขึ้นมาก ทั้งหมดนี้เป็นเพราะเราปรับคุณสมบัติทางเสียงของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ ตอนนั้นเองที่ฉันตระหนักว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยแค่ไหน แม้ว่าจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกับเสียงก็ตาม

อีกตัวอย่างหนึ่ง: เมื่อเร็วๆ นี้เราได้จัดส่งชิ้นส่วนโมเดลสเตนเลสสตีลการพิมพ์ SLM 3D จำนวนหนึ่งไปยังไคลเอนต์ด้านการบินและอวกาศ พวกเขาต้องการขายึดขนาดเล็กที่ไม่สั่นสะเทือนในที่สูง และการทดสอบเสียงก็เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการอนุมัติ สเตนเลสสตีลมีคุณสมบัติหน่วงตามธรรมชาติ แต่โครงสร้างชั้นจาก SLM ทำให้มีความเสถียรมากยิ่งขึ้น ดังนั้นเมื่อพวกเขาทำการทดสอบการสั่นสะเทือน ชิ้นส่วนจึงไม่สะท้อน ซึ่งตรงกับความต้องการจริงๆ นั่นเป็นกรณีการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงอย่างยิ่ง แต่มันแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางเสียงมีความสำคัญมากกว่าแค่ผลิตภัณฑ์เครื่องเสียง

ตอนนี้ หากคุณกำลังคิดที่จะซื้อชิ้นส่วนโมเดลจากการพิมพ์ 3 มิติ คุณจะนำข้อมูลนี้ไปใช้อย่างไร ขั้นแรก ให้พิจารณาว่าคุณต้องการพฤติกรรมเสียงแบบใด คุณต้องการให้สะท้อนเสียง (สว่าง ไพเราะ) หรือดูดซับเสียง (ทื่อ ปิดเสียง) จากนั้นเลือกวัสดุและวิธีการพิมพ์ หากคุณต้องการพลาสติก SLS เหมาะสำหรับซับน้ำเล็กน้อย SLA สำหรับความสว่าง ABS สำหรับความสมดุล หากคุณต้องการโลหะ สแตนเลสมีความลึก อลูมิเนียมมีความสว่าง และ SLM ให้โครงสร้างที่ไร้รอยต่อซึ่งฟังดูคล้ายกับโลหะกลึง นอกจากนี้ โปรดระบุความต้องการด้านเสียงเมื่อคุณสั่งซื้อ เราไม่เพียงแค่พิมพ์ชิ้นส่วนเท่านั้น แต่เราช่วยปรับการตั้งค่าเพื่อให้ได้เสียงที่คุณต้องการ

ท้ายที่สุดแล้ว คุณสมบัติทางเสียงของชิ้นส่วนโมเดลที่พิมพ์แบบ 3 มิติไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยี แต่เป็นสิ่งที่เราควบคุมทุกวันในร้านของเรา ตั้งแต่วัสดุที่เราเลือกไปจนถึงการตั้งค่าการเติมและเลเยอร์ ในฐานะซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติ เราได้เรียนรู้มานานหลายปีว่าการสละเวลาในการพูดคุยเกี่ยวกับเสียง (แม้ว่าจะไม่ใช่สิ่งแรกที่ลูกค้าพูดถึงก็ตาม) ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในวิธีการทำงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

หากคุณกำลังทำงานในโปรเจ็กต์ที่เสียงหรือการสั่นสะเทือนมีความสำคัญ หรือคุณเพียงต้องการชิ้นส่วนโมเดลจากการพิมพ์ 3 มิติที่ให้เสียงตรงตามที่คุณต้องการ อย่าลังเลที่จะติดต่อเรา เราสามารถแนะนำตัวเลือกที่ดีที่สุดให้คุณได้ ไม่ว่าจะเป็นบริการการพิมพ์ SLS ของเรา กลุ่มผลิตภัณฑ์ต้นแบบอย่างรวดเร็วด้วยพลาสติก ABS ของบริการการพิมพ์ 3 มิติ หรือโมเดลเหล็กกล้าไร้สนิมการพิมพ์ SLM 3 มิติและชิ้นส่วนโลหะการพิมพ์ 3 มิติ SLA อะลูมิเนียม สเตนเลสสตีล เราอยู่ที่นี่เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนของคุณทำงานได้ตามที่คุณต้องการ ทั้งด้านเสียงและการใช้งาน

อ้างอิง

1. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015) เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ: การพิมพ์ 3 มิติ การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว และการผลิตดิจิทัลโดยตรง (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2) สปริงเกอร์.
2. ASTM อินเตอร์เนชั่นแนล (2020). วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับคุณสมบัติทางเสียงของวัสดุที่มีรูพรุนแข็ง มาตรฐาน ASTM C423-20
3. ครูธ เจพี และคณะ (2018) พฤติกรรมทางเสียงของชิ้นส่วนโพลีเมอร์ที่ผลิตด้วยสารเติมแต่ง: ผลกระทบของพารามิเตอร์กระบวนการและคุณสมบัติของวัสดุ การผลิตสารเติมแต่ง 24, 387-395
4. จาง วาย และคณะ (2021). ลักษณะการหน่วงการสั่นสะเทือนของส่วนประกอบสเตนเลสสตีลที่ผลิตด้วย SLM สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ วารสารกระบวนการผลิต, 64, 1122-1130.