3D プリントしたモデルのパーツを持って爪で叩いたことがある人なら、機械加工されたプラスチックのおもちゃや鋳造金属の部品とは音が違うことに気づいたでしょう。 3D プリンティング モデル パーツのサプライヤーとして、クライアント向けに印刷するもの、使用する素材、さらにはプリンターの設定によって、小さなカチッという音がなぜこんなにも変わるのかという質問をよく受けます。それは単なるランダムではありません。3D プリント部品の音響特性は、使用する技術、選択した材料、構築する小さな層ごとの構造の組み合わせです。これを分析してみましょう。専門用語を多用せず、私たちが毎日店内で目にする実際のものだけを取り上げます。
まず、簡単に説明します。ここでの音響特性とは、部品が音とどのように相互作用するかを意味します。部品が音を吸収するのか、反射するのか、衝撃を受けたときに振動するのか、それとも中空のドスンという音を立てるのか、それともしっかりとした音を立てるのか、ということです。 3D プリントのプロセスごとにこれも変化します。たとえば、一部のパーツに SLS プリント サービスを使用すると、レイヤーの融合が非常に均一になり、レイヤーの結合が緩いプロセスよりもサウンドが大きく変わります。ここでは、単なる理論ではないように、実際の作業を結び付けます。なぜなら、私たちはこれらの部品を、オーディオ機器メーカーから部品のサウンドを気にするプロトタイプ設計者に至るまで、さまざまなクライアントに大量に出荷しているからです。
最大の変数である素材から始めましょう。これは、クライアントがプロジェクトにパーツを送るときに最初に尋ねることです。「これはどんな音になりますか?」私たちが扱う一般的な素材と、その音響的な雰囲気がどのように変化するかを見てみましょう。当社のプラスチック部品のほとんどは、3D プリンティング サービス ABS プラスチック ラピッド プロトタイプ ラインから来ていますね。 ABS は、おもちゃや車のトリムで見られる丈夫でおなじみのプラスチックです。 SLS または SLA で 3D プリントすると、層がしっかりと溶け合うため、ABS パーツは緻密でわずかに柔軟な構造になります。小さな ABS テスト部品をタップすると、鋭い甲高いピン音が鳴り響き、たとえば柔軟な TPU で作られた 3D プリント部品よりもはるかに明るいです。 TPU はふにゃふにゃしているため、ほとんどの音を吸収してしまうため、タップすると鈍く静かな音になり、高音はまったく聞こえません。先四半期、クライアントの新しいワイヤレス イヤフォンに TPU ケースを使用しました。クライアントは、タップがマイクに干渉しないように、ソフトでノイズを軽減するサウンドを特に要求していました。それは、製品設計に直接影響を与える音響特性です。
次に、金属部品があります。これらは、音響特性がプラスチックとはまったく異なるため、非常にワイルドです。金属部品をプリントするときは、主にステンレス鋼やアルミニウムなどに SLM (選択的レーザー溶解) を使用します。当社が出荷する SLM 3D プリンティング ステンレス スチール モデルのパーツは、層間に隙間のない固体で緻密な金属です (強力なレーザーによりすべての粒子が完全に溶解されます)。小さなステンレス鋼の SLM パーツを叩くと、層構造が非常に継ぎ目がないため、鋳造金属パーツに似た、深く豊かな音が鳴り響きます。また、小型の高精度部品向けに、金属部品 SLA アルミニウム ステンレス スチールの 3D プリントも行っています。アルミニウムは鋼鉄よりもさらに明るく、その高密度により音の明瞭さが非常にクリアになります。そのため、音の明瞭さが重要なギターのブリッジや小さなハードウェアなどに使用されています。以前、スピーカードライバー用のアルミニウムのプロトタイプをプリントしたことがありますが、クライアントは、反響せずに適切な量の音を反射するため、ping テストは完璧だったと言いました。
さて、ほとんどの人が驚くのは、レイヤーの高さと埋め込みです。同じ材料やプリンターを使っていても、各層の厚みや内部の充実度によって音は大きく変わります。ほとんどの人は、パーツをタップして空洞に聞こえるまで、インフィルについて考えません。部品に 10% の充填物 (多数の空隙がある格子のような非常にまばらな充填物) がある場合、その部品を叩くと、発泡カップを叩くような、鈍く中空のドスンという音がします。博物館用の展示モデルを作成したクライアントがいたのですが、彼らはその空虚な音を嫌っていました。そのため、充填材を 30% に増やし、上部と下部に固体の層を追加しました。これにより、無垢の木製模型のように、はるかに重厚な音が得られます。層の高さも重要です。層が小さいほど (0.1 mm 対 0.3 mm)、表面と内部構造がより滑らかでより緊密に融合するため、サウンドの一貫性と反射性が高まります。ユーザーが入力またはスワイプするときに繰り返しタップするため、プロトタイプの携帯電話ケースなど、音響の一貫性が必要な部品には小さなレイヤーを使用します。
待ってください。印刷プロセス自体をスキップしないでください。これが、3D 印刷モデル部品サプライヤーとしての私たちの仕事の真の姿です。 SLA (光造形) では、UV 光で硬化する液体樹脂を使用し、層はほとんど見えません。 SLA パーツは非常に滑らかで密度が高いため、サウンドは硬質プラスチックのような、クリアで中程度のピッチのサウンドです。一方、SLS は粉末プラスチックをレーザーで融合し、SLA に比べて表面は少し多孔質になります (ただし、粗くない)。 SLS パーツは、粉末粒子間の小さな隙間 (融合した粒子であっても) がわずかな音響エネルギーを吸収するため、SLA よりも少し静かに聞こえます。私たちは昨年、ホームシアター会社向けにカスタム SLS プラスチック ブラケットを大量に作成しました。彼らが SLS を選択した理由は、わずかに音が減衰するため、ブラケットを通って劇場の壁に伝わる振動の量が減少し、映画のシーン中に迷惑な騒音が発生しなかったからです。これは、音響特性が単なるモデルではなく、機能的な製品にどのように直接影響するかを示す完璧な例です。
もう 1 つの重要な点は、表面仕上げです。多くのクライアントは、後処理の変更もサウンドであることを忘れています。印刷後にパーツをサンディング、研磨、コーティングするなどの作業を行うと、パーツと音の相互作用が変わります。研磨されていない未加工の SLA パーツにはわずかな表面の粗さがあり、ミクロレベルで音を吸収してしまい、ping が少し鈍くなります。同じ部分を滑らかに磨くと、音波が閉じ込められる表面が少なくなるため、サウンドが明るくなり、より反射が良くなります。小さな 3D プリントの金属ペンダントを求めてジュエリー メーカーに来てもらいました。彼らは、光沢のある研磨仕上げで、軽くたたくと透明で優しいチャイムの音が鳴るような仕上げを希望していました。そこで、表面全体を研磨しました。そして、まさにそれが実現しました。アコースティックな雰囲気を調整するための後処理ステップ以外の追加作業は必要ありません。
さて、よくある誤解について話しましょう。多くの人は「3D プリント」＝「中が空洞で安っぽい音」だと考えていますが、それは充填材の量が少ないか、プリンターの設定が不適切な場合に限ります。 SLM を使用した固体金属パーツは機械加工された金属と同じくらい優れたサウンドを実現し、高充填材を使用した ABS パーツは固体プラスチックのようなサウンドを実現します。先月作った 3D プリントのステンレススチール製ブラケットを叩いてみたところ、その音があまりにもしっかりしていたので、同僚は私が言うまで鋳造したものだと思っていました。重要なのは、部品が音響的に必要とするものに印刷方法と材料を適合させることです。当社はクライアントと協力して、強度やコストだけでなく、音響上のニーズに基づいて、適切な 3D プリント サービス ABS プラスチック ラピッド プロトタイプまたは SLM 金属部品を選択します。たとえば、クライアントが音を吸収する部品 (スピーカー ハウジング インサートなど) を必要とする場合、高充填でマット仕上げの TPU を使用します。反射的でクリアなサウンド (楽器のプロトタイプなど) が必要な場合は、3D プリント メタル パーツ SLA アルミニウム ステンレス スチール ラインの研磨された表面を持つアルミニウムを使用します。
オーディオ機器以外のアプリケーションについてはどうですか?私たちは、モデルをタップして窓やドアを指すときにモデルがどのように聞こえるかを気にする建築会社のために 3D モデルをプリントしました。中空モデル（中材が少ない）は安っぽく聞こえるため、プレゼンテーション用に中材を調整して重厚な音に仕上げます。また、振動が重要なロボット コンポーネントも印刷しました。ロボット パーツが共振しすぎると、ノイズが発生してセンサーに障害が発生する可能性があるため、減衰特性のある素材を使用したり、振動を吸収するように充填物を調整したりして、音響特性を良い方向に変化させます。それはただあると便利というだけではありません。それは機能工学のものです。
これを教科書にしたくないので、私たちの店での経験について本当のことを話しましょう。先月、新興企業がポータブル Bluetooth スピーカーのプロトタイプを持って私たちのところにやって来ました。 3D プリントされた SLA プラスチック部品をテストしたところ、小さなエコーが発生し、スピーカーの音質が損なわれました。私たちは 2 つのことを試しました。1 つ目は、3D プリンティング サービスの ABS プラスチック ラピッド プロトタイプ ラインからより厚い ABS パーツに切り替えました。2 つ目は、25% の充填材と内側にフォーム コーティングを追加しました。彼らがそれをテストしたところ、エコーはなくなり、スピーカーの音色はずっと暖かくなりました。これはすべて、3D プリントした部品の音響特性を調整したためです。そのとき、たとえサウンド自体に関係のない製品であっても、このようなことが頻繁に登場することに気づきました。
別の例: 私たちは最近、SLM 3D プリンティング ステンレス スチール モデル部品のバッチを航空宇宙産業のクライアントに出荷しました。彼らは高地でも振動しない小さなブラケットを必要としており、音響テストは承認プロセスの一部でした。ステンレス鋼には自然な減衰特性がありますが、SLM の層構造によりさらに安定性が向上しました。そのため、振動テストを実行したときに、部品が共振することはありませんでした。これはまさに必要なものでした。これは非常に特殊な使用例ですが、音響特性が単なるオーディオ製品以上に重要であることがわかります。
さて、3D プリント モデルのパーツを入手しようと考えている場合、この情報をどのように活用しますか?まず、必要な音の動作を把握します。音を反射する (明るい、ピリピリ) か、吸収する (鈍い、ミュート) か。次に、素材と印刷方法を選択します。プラスチックが必要な場合は、SLS はわずかに減衰するのに適しており、SLA は明るい場合、ABS はバランスが取れている場合に適しています。金属が必要な場合は、ステンレス鋼は深みがあり、アルミニウムは光沢があり、SLM は機械加工された金属のようなシームレスな構造を提供します。また、ご注文の際には、音響上のニーズについてもお知らせください。当社では部品を印刷するだけではなく、ご希望のサウンドを得るために設定を調整するお手伝いをいたします。
結局のところ、3D プリント モデル パーツの音響特性は、テクノロジーの偶然の癖ではなく、選択した素材から充填材や層の設定に至るまで、私たちが店舗で毎日管理しているものです。 3D プリンティング モデル パーツのサプライヤーとして、私たちは長年にわたって、サウンドについて話すことに時間をかけることが (クライアントが最初に持ち出すものでなくても)、最終製品の動作に大きな違いをもたらすことを学びました。
音や振動が重要なプロジェクトに取り組んでいる場合、または必要な音とまったく同じサウンドの 3D プリント モデル パーツを入手したいだけの場合は、ためらわずにお問い合わせください。 SLS プリント サービス、3D プリント サービス ABS プラスチック ラピッド プロトタイプ ライン、または SLM 3D プリント ステンレス スチール モデルおよび 3D プリント メタル パーツ SLA アルミニウム ステンレス スチール製品など、最適なオプションをご案内します。私たちは、お客様の部品が音響的にも機能的にもお客様のご希望どおりに動作することを確認するためにここにいます。
参考文献
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- Kruth、JP、他。 （2018年）。積層造形ポリマー部品の音響挙動: プロセスパラメータと材料特性の影響。積層造形、24、387-395。
- Zhang、Y.ら。 （2021年）。航空宇宙用途向けの SLM 製造ステンレス鋼コンポーネントの振動減衰特性。製造プロセスジャーナル、64、1122-1130。
