Si alguna vez sostuvo una pieza de un modelo impreso en 3D y la golpeó con la uña, probablemente haya notado que suena diferente a un juguete de plástico mecanizado o un componente de metal fundido. Como proveedor de piezas de modelos de impresión 3D, todo el tiempo me preguntan por qué ese pequeño ruido de clic varía tanto según lo que imprimimos para los clientes, el material que utilizamos o incluso la configuración de nuestras impresoras. No es simplemente aleatorio: las propiedades acústicas de las piezas impresas en 3D son una combinación de la tecnología que utilizamos, el material que elegimos y la pequeña estructura capa por capa que construimos. Analicemos esto, sin sobrecarga de jerga, solo cosas reales que vemos todos los días en nuestra tienda.
Primero, hagámoslo simple: las propiedades acústicas aquí significan cómo una parte interactúa con el sonido: ¿lo absorbe, lo refleja, vibra cuando se golpea o produce un ruido sordo versus un sonido sólido? Cada proceso de impresión 3D también cambia esto. Por ejemplo, cuando utilizamos un servicio de impresión SLS para algunas piezas, la fusión de capas es súper uniforme, lo que cambia el sonido mucho más que un proceso que tiene una unión de capas más suelta. Relacionaré nuestro trabajo real aquí para que no sea solo teoría, ya que enviamos toneladas de estas piezas a clientes que van desde fabricantes de equipos de audio hasta diseñadores de prototipos que se preocupan por cómo suenan sus piezas.
Empecemos por la variable más importante: el material. Esto es lo primero que pregunta un cliente cuando envía una pieza para un proyecto: "¿Cómo sonará esto?" Repasemos los materiales comunes con los que trabajamos y cómo cambian sus vibraciones acústicas. La mayoría de nuestras piezas de plástico provienen de nuestra línea de prototipos rápidos de plástico ABS del servicio de impresión 3D, ¿verdad? El ABS es ese plástico resistente y familiar que se ve en los juguetes o en los adornos de los automóviles. Cuando se imprimen en 3D con SLS o SLA, las piezas de ABS tienen una estructura densa y ligeramente flexible porque las capas se funden fuertemente. Toque una pequeña pieza de prueba de ABS y emitirá un ping agudo y agudo, mucho más brillante que una pieza impresa en 3D hecha, por ejemplo, de TPU flexible. El TPU es blando, por lo que absorbe la mayor parte del sonido, por lo que al tocarlo suena aburrido y apagado, sin ninguna nota alta. Usamos un estuche de TPU para el nuevo auricular inalámbrico de un cliente el último trimestre, y solicitaron específicamente ese sonido suave que amortiguó el ruido para que el grifo no interfiriera con el micrófono. Estas son las propiedades acústicas que impactan directamente en el diseño del producto.
Luego están las piezas metálicas, que son extravagantes porque su comportamiento acústico es totalmente diferente al del plástico. Cuando imprimimos piezas metálicas, utilizamos principalmente SLM (fusión selectiva por láser) para materiales como acero inoxidable o aluminio. Las piezas del modelo de acero inoxidable con impresión 3D SLM que enviamos son de metal sólido y denso sin espacios entre capas (gracias al láser de alta potencia que derrite cada partícula por completo). Golpee una pequeña pieza SLM de acero inoxidable y producirá un ruido sordo profundo y rico, similar a una pieza de metal fundido, porque la estructura de capas es muy perfecta. También realizamos impresión 3D de piezas metálicas SLA de aluminio y acero inoxidable para piezas más pequeñas y de alta precisión, y el aluminio es incluso más brillante que el acero; su alta densidad hace que el ping sea súper claro, por lo que se usa para cosas como puentes de guitarra o pequeños herrajes donde la claridad del sonido es importante. Una vez imprimí un prototipo de aluminio para un controlador de altavoz y el cliente dijo que la prueba de ping era perfecta porque reflejaba la cantidad justa de sonido sin hacer eco.
Ahora, la parte que sorprende a la mayoría de la gente: la altura y el relleno de la capa. Incluso si usas el mismo material e impresora, el grosor de cada capa y el tamaño del interior de la pieza cambian mucho el sonido. La mayoría de la gente no piensa en el relleno hasta que golpean una parte y suena hueca. Si una pieza tiene un 10 % de relleno (muy escasa, como una rejilla con muchos espacios de aire), al golpearla se produce un ruido sordo y hueco, como golpear un vaso de espuma. Tuvimos un cliente que hizo un modelo de exhibición para un museo y odiaba ese sonido hueco, así que aumentamos el relleno al 30% y agregamos capas superiores e inferiores sólidas, lo que lo hizo sonar mucho más sustancial, como un modelo de madera sólida. La altura de la capa también importa: las capas más pequeñas (0,1 mm frente a 0,3 mm) significan una superficie y una estructura interna más suaves y estrechamente fusionadas, por lo que el sonido es más consistente y reflectante. Usamos capas pequeñas para piezas que necesitan consistencia acústica, como prototipos de carcasas de teléfonos, porque el usuario las toca repetidamente al escribir o deslizar el dedo.
Espera, no nos saltemos el proceso de impresión en sí: aquí es donde realmente se muestra nuestro trabajo como proveedor de piezas de modelos de impresión 3D. SLA (estereolitografía) utiliza resina líquida curada con luz ultravioleta y las capas son casi invisibles. Las piezas SLA son súper suaves y densas, por lo que su sonido es como el del plástico duro, un ping claro y de tono medio. SLS, por otro lado, fusiona plástico en polvo con un láser y la superficie es un poco porosa (pero no rugosa) en comparación con SLA. Las piezas de SLS suenan un poco más apagadas que las de SLA, porque los pequeños espacios entre las partículas de polvo (incluso las fusionadas) absorben una pequeña cantidad de energía sonora. El año pasado hicimos un lote de soportes de plástico SLS personalizados para una empresa de cine en casa, y eligieron SLS específicamente porque el sonido ligeramente amortiguado reducía la cantidad de vibración que viajaba a través de los soportes hacia la pared del cine, sin zumbidos molestos durante las escenas de películas. Este es un ejemplo perfecto de cómo las propiedades acústicas afectan directamente a un producto funcional, no sólo a un modelo.
Otro importante: el acabado superficial. Muchos clientes olvidan que los cambios posteriores al procesamiento también suenan. Hacemos cosas como lijar, pulir o recubrir piezas después de imprimirlas, y eso cambia la forma en que la pieza interactúa con el sonido. Una pieza SLA en bruto y sin pulir tiene una pequeña rugosidad en la superficie, que absorbe el sonido a nivel micro, lo que hace que el ping sea un poco más apagado. Pula esa misma parte hasta que quede suave y el sonido se volverá más brillante y reflectante, porque hay menos superficie para atrapar las ondas sonoras. Un fabricante de joyas vino a buscarnos para pequeños colgantes de metal impresos en 3D, y querían un acabado brillante y pulido que también emitiera un sonido claro y suave al golpearlo, así que pulimos toda la superficie, y eso es exactamente lo que obtuvieron. No hay trabajo adicional más allá del paso de posprocesamiento para ajustar la vibración acústica.
Ahora, hablemos de conceptos erróneos comunes. Mucha gente piensa que "impreso en 3D" equivale a "sonido hueco y barato", pero eso es sólo si utiliza un relleno bajo o una mala configuración de la impresora. Imprimimos piezas de metal sólido con SLM que suenan tan bien como el metal mecanizado y piezas de ABS con alto relleno que suenan como plástico sólido. Toqué un soporte de acero inoxidable impreso en 3D que hicimos el mes pasado y sonaba tan sólido que mi compañera de trabajo pensó que estaba fundido hasta que se lo dije. La clave es hacer coincidir el método de impresión y el material con las necesidades acústicas de la pieza. Trabajamos con los clientes para elegir el prototipo rápido de plástico ABS o la pieza metálica SLM del servicio de impresión 3D adecuado en función de sus necesidades acústicas, no solo de su resistencia o costo. Por ejemplo, si un cliente necesita una pieza que absorba el sonido (como un inserto de carcasa de altavoz), usaremos TPU con alto relleno y un acabado mate. Si necesitan un sonido claro y reflectante (como un prototipo de instrumento musical), usaremos aluminio con superficies pulidas de nuestra línea de acero inoxidable de aluminio SLA de piezas metálicas de impresión 3D.
¿Qué pasa con las aplicaciones más allá de los equipos de audio? Hemos impreso modelos 3D para estudios de arquitectura que se preocupan por cómo suena un modelo cuando lo tocas para señalar una ventana o una puerta. Un modelo con paredes huecas (relleno bajo) suena barato, por lo que ajustamos el relleno para que suene más sustancial para las presentaciones. También hemos impreso componentes de robots donde la vibración importa: si una pieza de robot es demasiado resonante, puede causar ruido que estropee los sensores, por lo que utilizamos materiales con propiedades de amortiguación o ajustamos el relleno para que absorba la vibración, lo que mejora las propiedades acústicas. Eso no es sólo algo agradable de tener; son cosas de ingeniería funcional.
Seamos realistas sobre nuestra experiencia en la tienda, porque no quiero que esto sea un libro de texto. El mes pasado, nos llegó una startup con un prototipo de altavoz Bluetooth portátil. Tenían una pieza de plástico SLA impresa en 3D que emitió un pequeño eco cuando la probaron y afectó la calidad del sonido del altavoz. Probamos dos cosas: primero, cambiamos a una pieza de ABS más gruesa de nuestra línea de prototipos rápidos de plástico ABS del servicio de impresión 3D y, segundo, agregamos un 25 % de relleno y una capa de espuma en el interior. Cuando lo probaron, el eco desapareció y el tono del altavoz era mucho más cálido, todo porque ajustamos las propiedades acústicas de la pieza impresa en 3D. Fue entonces cuando me di cuenta de la frecuencia con la que surgen estas cosas, incluso con productos que no tienen nada que ver con el sonido en sí.
Otro ejemplo: recientemente enviamos un lote de piezas del modelo de acero inoxidable con impresión 3D SLM a un cliente aeroespacial. Necesitaban soportes pequeños que no vibraran a gran altura y la prueba acústica fue parte de su proceso de aprobación. El acero inoxidable tiene una propiedad de amortiguación natural, pero la estructura de capas de SLM lo hizo aún más estable, por lo que cuando realizaron pruebas de vibración, la pieza no resonó, que es exactamente lo que necesitaban. Este es un caso de uso súper específico, pero demuestra que las propiedades acústicas son importantes para mucho más que solo los productos de audio.
Ahora bien, si estás pensando en obtener piezas de modelos impresas en 3D, ¿cómo utilizas esta información? Primero, averigüe qué comportamiento de sonido necesita: ¿quiere que refleje el sonido (brillante, tintineante) o lo absorba (apagado, apagado)? Luego elija el material y el método de impresión. Si necesita plástico, SLS es bueno para humedecer ligeramente, SLA para brillo y ABS para balanceado. Si necesita metal, el acero inoxidable es profundo, el aluminio es brillante y SLM le brinda una estructura perfecta que suena como metal mecanizado. Además, mencione las necesidades acústicas cuando realice el pedido: no solo imprimimos piezas, sino que también ayudamos a ajustar la configuración para obtener el sonido que desea.
Al fin y al cabo, las propiedades acústicas de las piezas de los modelos impresos en 3D no son una peculiaridad aleatoria de la tecnología: son algo que controlamos todos los días en nuestro taller, desde el material que elegimos hasta los ajustes de relleno y capa. Como proveedor de piezas de modelos de impresión 3D, hemos aprendido a lo largo de los años que tomarse el tiempo para hablar sobre el sonido (incluso si no es lo primero que menciona un cliente) marca una gran diferencia en el funcionamiento de su producto final.
Si está trabajando en un proyecto en el que el sonido o la vibración son importantes, o simplemente desea obtener piezas de modelo impresas en 3D que suenen exactamente como las necesita, no dude en contactarnos. Podemos guiarlo a través de las mejores opciones, ya sea nuestro servicio de impresión SLS, nuestra línea de prototipos rápidos de plástico ABS del servicio de impresión 3D o nuestras ofertas de modelos de acero inoxidable con impresión 3D SLM y piezas metálicas de impresión 3D SLA de acero inoxidable y aluminio. Estamos aquí para asegurarnos de que sus piezas funcionen como usted desea, acústica y funcionalmente.
Referencias
- Gibson, I., Rosen, D. y Stucker, B. (2015). Tecnologías de fabricación aditiva: impresión 3D, creación rápida de prototipos y fabricación digital directa (2ª ed.). Saltador.
- ASTM Internacional. (2020). Método de prueba estándar para propiedades acústicas de materiales porosos rígidos. ASTM C423-20.
- Kruth, JP y col. (2018). Comportamiento acústico de piezas poliméricas fabricadas aditivamente: efectos de los parámetros del proceso y propiedades del material. Fabricación aditiva, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et al. (2021). Características de amortiguación de vibraciones de componentes de acero inoxidable fabricados con SLM para aplicaciones aeroespaciales. Revista de procesos de fabricación, 64, 1122-1130.
