إذا سبق لك أن أمسكت بجزء من نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد ونقرت عليه بظفرك، فمن المحتمل أنك لاحظت أنه يبدو مختلفًا عن لعبة بلاستيكية مُشكَّلة آليًا أو مكون معدني مصبوب. باعتباري موردًا لأجزاء نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم سؤالي طوال الوقت عن سبب اختلاف ضجيج النقر الصغير اعتمادًا على ما نطبعه للعملاء، أو المواد التي نستخدمها، أو حتى الإعدادات الموجودة على طابعاتنا. إنها ليست مجرد عشوائية، فالخصائص الصوتية للأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي مزيج من التكنولوجيا التي نستخدمها، والمواد التي نختارها، والبنية الصغيرة التي نبنيها طبقة تلو الأخرى. دعونا نحلل هذا الأمر، دون المبالغة في المصطلحات، فقط الأشياء الحقيقية التي نراها كل يوم في متجرنا.
أولاً، دعونا نجعل الأمر بسيطًا: الخصائص الصوتية هنا تعني كيفية تفاعل جزء ما مع الصوت، هل يمتصه، أو يعكسه، أو يهتز عند الضرب، أو يصدر صوتًا مجوفًا مقابل صوت ثابت؟ كل عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تغير هذا أيضًا. على سبيل المثال، عندما نستخدم خدمة طباعة SLS لبعض الأجزاء، يكون دمج الطبقة متساويًا للغاية، مما يغير طريقة الصوت أكثر من العملية التي تحتوي على ترابط طبقة أكثر مرونة. سوف أقوم بربط عملنا الفعلي هنا بحيث لا يكون مجرد نظرية، حيث أننا نقوم بشحن الكثير من هذه الأجزاء إلى عملاء تتراوح من صانعي معدات الصوت إلى مصممي النماذج الأولية الذين يهتمون بصوت أجزائهم.
لنبدأ بالمتغير الأكبر: المادة. هذا هو أول شيء يسأله العميل عندما يرسل جزءًا لمشروع ما - "كيف سيبدو هذا؟" دعونا نستعرض المواد الشائعة التي نعمل بها، وكيف تتغير مشاعرها الصوتية. معظم الأجزاء البلاستيكية لدينا تأتي من خط النموذج السريع لبلاستيك ABS الخاص بخدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد، أليس كذلك؟ ABS هو ذلك البلاستيك القاسي والمألوف الذي تراه في الألعاب أو زينة السيارة. عند الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام SLS أو SLA، تتمتع أجزاء ABS ببنية كثيفة ومرنة قليلاً لأن الطبقات تذوب معًا بإحكام. اضغط على جزء صغير من اختبار ABS، وسيصدر إشارة حادة وعالية النبرة - أكثر سطوعًا من الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد المصنوع من مادة TPU المرنة على سبيل المثال. مادة TPU اسفنجية، لذا فهي تمتص معظم الصوت، لذا فإن النقر عليها يبدو باهتًا وصامتًا، ولا توجد نغمات عالية على الإطلاق. لقد استخدمنا حافظة TPU لسماعات الأذن اللاسلكية الجديدة للعميل في الربع الأخير، وقد طلبوا على وجه التحديد هذا الصوت الناعم المخفف للضوضاء حتى لا يتداخل الصنبور مع الميكروفون. هذه الخصائص الصوتية تؤثر بشكل مباشر على تصميم المنتج.
ثم هناك الأجزاء المعدنية، وهي برية لأن سلوكها الصوتي يختلف تمامًا عن البلاستيك. عندما نطبع الأجزاء المعدنية، فإننا نستخدم في الغالب SLM (الصهر بالليزر الانتقائي) لأشياء مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم. إن أجزاء نموذج الفولاذ المقاوم للصدأ للطباعة ثلاثية الأبعاد SLM التي نقوم بشحنها هي معدن صلب وكثيف مع عدم وجود فجوات بين الطبقات (بفضل الليزر عالي الطاقة الذي يذيب كل جسيم بالكامل). اضغط على جزء SLM صغير من الفولاذ المقاوم للصدأ، وسيحدث صوتًا عميقًا وغنيًا - يشبه الجزء المعدني المصبوب، لأن بنية الطبقة سلسة جدًا. نقوم أيضًا بطباعة الجزء المعدني SLA من الفولاذ المقاوم للصدأ للأجزاء الأصغر حجمًا وعالية الدقة، كما أن الألومنيوم أكثر سطوعًا من الفولاذ - كثافته العالية تجعل اختبار الاتصال واضحًا للغاية، ولهذا السبب يتم استخدامه لأشياء مثل جسور الجيتار أو الأجهزة الصغيرة حيث يكون وضوح الصوت مهمًا. لقد قمت ذات مرة بطباعة نموذج أولي من الألومنيوم لبرنامج تشغيل مكبر الصوت، وقال العميل إن اختبار ping كان مثاليًا لأنه يعكس الكمية المناسبة من الصوت دون صدى.
الآن، الجزء الذي يفاجئ معظم الناس: ارتفاع الطبقة والحشو. حتى لو كنت تستخدم نفس المادة والطابعة، فإن مدى سماكة كل طبقة ومدى امتلاء الجزء الداخلي يغير الصوت كثيرًا. لا يفكر معظم الناس في عملية الحشو حتى ينقروا على جزء ما ويبدو أجوفًا. إذا كان الجزء يحتوي على 10% من الحشو (متناثر للغاية، مثل شبكة بها الكثير من فجوات الهواء)، فإن النقر عليه يحدث صوتًا مجوفًا ميتًا - مثل النقر على كوب رغوي. كان لدينا عميل قام بصنع نموذج عرض لمتحف، وكان يكره هذا الصوت المجوف، لذلك قمنا بزيادة نسبة الحشو إلى 30% وأضفنا طبقات علوية وسفلية صلبة، مما جعله يبدو أكثر جوهرية، مثل نموذج خشبي صلب. ارتفاع الطبقة مهم أيضًا: الطبقات الأصغر (0.1 مم مقابل 0.3 مم) تعني سطحًا وبنية داخلية أكثر سلاسة وأكثر إحكامًا، وبالتالي يكون الصوت أكثر اتساقًا وانعكاسًا. نحن نستخدم طبقات صغيرة للأجزاء التي تحتاج إلى تناسق صوتي، مثل حافظات الهاتف النموذجية، لأن المستخدم سوف ينقر عليها بشكل متكرر عند الكتابة أو التمرير.
انتظر، دعونا لا نتخطى عملية الطباعة نفسها — فهذا هو ما يظهره عملنا كمورد لأجزاء نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد. يستخدم SLA (الطباعة الحجرية المجسمة) الراتنج السائل المعالج بالأشعة فوق البنفسجية، وتكون الطبقات غير مرئية تقريبًا. تتميز أجزاء SLA بأنها ناعمة وكثيفة للغاية، لذا فإن صوتها يشبه البلاستيك الصلب، وهو صوت واضح ومتوسط الطبقة. من ناحية أخرى، يقوم SLS بدمج البلاستيك المسحوق مع الليزر، ويكون السطح مساميًا قليلاً (ولكن ليس خشنًا) مقارنة بـ SLA. تبدو أجزاء SLS أكثر كتمًا قليلاً من SLA، لأن الفجوات الصغيرة بين جزيئات المسحوق (حتى تلك المندمجة) تمتص جزءًا صغيرًا من الطاقة الصوتية. لقد صنعنا مجموعة من الأقواس البلاستيكية SLS المخصصة لشركة مسرح منزلي في العام الماضي، وقد اختاروا SLS على وجه التحديد لأن الصوت المخفف قليلاً يقلل من كمية الاهتزازات التي تنتقل عبر الأقواس إلى جدار المسرح - ولا يوجد ضجيج مزعج أثناء مشاهد الفيلم. وهذا مثال مثالي لكيفية تأثير الخصائص الصوتية بشكل مباشر على منتج وظيفي، وليس مجرد نموذج.
شيء آخر كبير: تشطيب السطح. ينسى الكثير من العملاء أن تغييرات ما بعد المعالجة تبدو أيضًا. نحن نقوم بأشياء مثل صقل الأجزاء أو تلميعها أو طلاءها بعد الطباعة، وهذا يغير كيفية تفاعل الجزء مع الصوت. يحتوي جزء SLA الخام غير المصقول على القليل من خشونة السطح، مما يمتص الصوت على المستوى الجزئي، مما يجعل اختبار الاتصال باهتًا قليلاً. قم بتلميع نفس الجزء بسلاسة، ويصبح الصوت أكثر سطوعًا وأكثر انعكاسًا، نظرًا لوجود سطح أقل لاحتجاز الموجات الصوتية. لقد جاء إلينا أحد صانعي المجوهرات لشراء قلادات معدنية صغيرة مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد، وأرادوا لمسة نهائية لامعة ومصقولة تُصدر أيضًا صوتًا واضحًا ولطيفًا عند النقر عليها - لذلك قمنا بتلميع السطح بالكامل، وهذا بالضبط ما حصلوا عليه. لا يوجد عمل إضافي يتجاوز خطوة ما بعد المعالجة لضبط المظهر الصوتي.
الآن دعونا نتحدث عن المفاهيم الخاطئة الشائعة. يعتقد الكثير من الأشخاص أن "الطباعة ثلاثية الأبعاد" تساوي "صوتًا مجوفًا ورخيصًا"، ولكن هذا فقط إذا كنت تستخدم مستوى تعبئة منخفض أو إعداد طابعة سيئًا. نحن نطبع الأجزاء المعدنية الصلبة بتقنية SLM التي تبدو بنفس جودة المعدن المُشكَّل آليًا، وأجزاء ABS ذات حشوة عالية تبدو مثل البلاستيك الصلب. لقد قمت بالنقر على دعامة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد صنعناها الشهر الماضي، وبدا الأمر متينًا للغاية واعتقدت زميلتي في العمل أنها مصبوبة حتى أخبرتها. المفتاح هو مطابقة طريقة الطباعة والمواد مع ما يحتاجه الجزء صوتيًا. نحن نعمل مع العملاء لاختيار النموذج الأولي لبلاستيك ABS السريع أو الجزء المعدني SLM المناسب لخدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد بناءً على احتياجاتهم الصوتية، وليس فقط القوة أو التكلفة. على سبيل المثال، إذا كان العميل يحتاج إلى جزء يمتص الصوت (مثل ملحق مبيت السماعة)، فسنستخدم مادة TPU ذات الحشو العالي ولمسة نهائية غير لامعة. إذا كانوا بحاجة إلى صوت عاكس وواضح (مثل النموذج الأولي لآلة موسيقية)، فسنستخدم الألومنيوم مع الأسطح المصقولة من خط الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع من الألومنيوم ثلاثي الأبعاد للطباعة المعدنية SLA.
ماذا عن التطبيقات التي تتجاوز معدات الصوت؟ لقد قمنا بطباعة نماذج ثلاثية الأبعاد لشركات الهندسة المعمارية التي تهتم بكيفية ظهور النموذج عند النقر عليه للإشارة إلى نافذة أو باب. يبدو النموذج ذو الجدران المجوفة (حشوة منخفضة) رخيصًا، لذلك نقوم بضبط الحشوة لجعلها تبدو أكثر أهمية للعروض التقديمية. لقد قمنا أيضًا بطباعة مكونات الروبوت حيث يكون الاهتزاز مهمًا - إذا كان جزء الروبوت رنينًا للغاية، فيمكن أن يسبب ضوضاء تفسد أجهزة الاستشعار، لذلك نستخدم مواد ذات خصائص تخميد أو نضبط الحشو لجعله يمتص الاهتزاز، مما يغير الخصائص الصوتية للأفضل. هذا ليس مجرد شيء جميل؛ إنها أشياء هندسية وظيفية.
دعونا نكن واقعيين بشأن تجربة متجرنا، لأنني لا أريد أن يكون هذا كتابًا مدرسيًا. في الشهر الماضي، أتت إلينا شركة ناشئة بنموذج أولي لمكبر صوت محمول يعمل بتقنية Bluetooth. كان لديهم جزء بلاستيكي SLA مطبوع ثلاثي الأبعاد والذي أحدث صدى صغيرًا عند اختباره، وأفسد جودة صوت السماعة. لقد جربنا شيئين: أولاً، قمنا بالتبديل إلى جزء ABS أكثر سمكًا من خط النموذج الأولي لبلاستيك ABS لخدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد، وثانيًا، أضفنا 25% من الحشو وطلاء إسفنجي من الداخل. عندما اختبروه، اختفى الصدى، وأصبحت نغمة السماعة أكثر دفئًا - كل ذلك لأننا قمنا بتعديل الخصائص الصوتية للجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد. عندها أدركت عدد المرات التي تظهر فيها هذه الأشياء، حتى مع المنتجات التي لا علاقة لها بالصوت بحد ذاتها.
مثال آخر: قمنا مؤخرًا بشحن مجموعة من أجزاء نموذج الفولاذ المقاوم للصدأ للطباعة ثلاثية الأبعاد SLM إلى عميل في مجال الطيران. لقد احتاجوا إلى أقواس صغيرة لا تهتز على ارتفاعات عالية، وكان الاختبار الصوتي جزءًا من عملية الموافقة. يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بخاصية تخميد طبيعية، لكن بنية الطبقة من SLM جعلته أكثر استقرارًا - لذلك عندما أجروا اختبارات الاهتزاز، لم يصدر الجزء صدى، وهو بالضبط ما احتاجوه. هذه حالة استخدام محددة للغاية، ولكنها توضح أن الخصائص الصوتية مهمة أكثر من مجرد المنتجات الصوتية.
الآن، إذا كنت تفكر في الحصول على أجزاء نموذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد، فكيف تستخدم هذه المعلومات؟ أولاً، اكتشف السلوك الصوتي الذي تحتاجه: هل تريده أن يعكس الصوت (ساطعًا أو خافتًا) أو يمتصه (باهتًا أو مكتومًا)؟ ثم اختر المادة وطريقة الطباعة. إذا كنت بحاجة إلى البلاستيك، فإن SLS جيد للتلطيف قليلاً، وSLA للمشرق، وABS للتوازن. إذا كنت بحاجة إلى المعدن، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ عميق، والألومنيوم لامع، ويمنحك SLM هيكلًا سلسًا يبدو وكأنه معدن مُشكل آليًا. اذكر أيضًا الاحتياجات الصوتية عند الطلب - فنحن لا نطبع الأجزاء فحسب، بل نساعد في ضبط الإعدادات للحصول على الصوت الذي تريده.
في نهاية المطاف، فإن الخصائص الصوتية لأجزاء النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد ليست مجرد ميزة عشوائية للتكنولوجيا - إنها شيء نتحكم فيه كل يوم في متجرنا، بدءًا من المواد التي نختارها وحتى إعدادات الحشو والطبقة. باعتبارنا موردًا لأجزاء نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد، تعلمنا على مر السنين أن تخصيص الوقت للحديث عن الصوت (حتى لو لم يكن أول شيء يطرحه العميل) يُحدث فرقًا كبيرًا في كيفية عمل منتجهم النهائي.
إذا كنت تعمل في مشروع حيث يكون الصوت أو الاهتزاز مهمًا، أو كنت ترغب فقط في الحصول على أجزاء نموذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد تبدو تمامًا كما تحتاج، فلا تتردد في التواصل معنا. يمكننا إرشادك عبر أفضل الخيارات، سواء كانت خدمة الطباعة SLS الخاصة بنا، أو خط النموذج السريع لبلاستيك ABS الخاص بخدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد، أو نموذج الفولاذ المقاوم للصدأ للطباعة ثلاثية الأبعاد SLM وعروض الطباعة ثلاثية الأبعاد للجزء المعدني SLA المصنوعة من الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ. نحن هنا للتأكد من أن أجزائك تعمل بالطريقة التي تريدها، صوتيًا ووظيفيًا.
مراجع
- جيبسون، آي.، روزين، د.، وستوكر، ب. (2015). تقنيات التصنيع المضافة: الطباعة ثلاثية الأبعاد والنماذج الأولية السريعة والتصنيع الرقمي المباشر (الطبعة الثانية). سبرينغر.
- ASTM الدولية. (2020). طريقة الاختبار القياسية للخصائص الصوتية للمواد المسامية الصلبة. أستم C423-20.
- كروث، جي بي، وآخرون. (2018). السلوك الصوتي لأجزاء البوليمر المصنعة بشكل إضافي: تأثيرات معلمات العملية وخصائص المواد. التصنيع الإضافي، 24، 387-395.
- تشانغ، Y.، وآخرون. (2021). خصائص تخميد الاهتزاز لمكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المصنعة بـ SLM لتطبيقات الفضاء الجوي. مجلة عمليات التصنيع، 64، 1122-1130.
