Wenn Sie jemals ein 3D-gedrucktes Modellteil in der Hand gehalten und mit dem Fingernagel darauf geklopft haben, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass es anders klingt als ein maschinell bearbeitetes Plastikspielzeug oder ein gegossenes Metallbauteil. Als Lieferant von 3D-Druck-Modellteilen werde ich ständig gefragt, warum dieses winzige Klickgeräusch so stark variiert, je nachdem, was wir für Kunden drucken, welches Material wir verwenden oder sogar die Einstellungen unserer Drucker. Es ist kein Zufall – die akustischen Eigenschaften 3D-gedruckter Teile sind eine Mischung aus der von uns verwendeten Technologie, dem von uns ausgewählten Material und der winzigen Schicht-für-Schicht-Struktur, die wir aufbauen. Lassen Sie uns das aufschlüsseln, kein überladener Fachjargon, nur echte Dinge, die wir jeden Tag in unserem Shop sehen.
Lassen Sie es uns zunächst einfach halten: Akustische Eigenschaften bedeuten hier, wie ein Teil mit Schall interagiert – absorbiert es ihn, reflektiert er ihn, vibriert er, wenn er getroffen wird, oder erzeugt er einen hohlen Knall im Vergleich zu einem lauten Ping? Auch das ändert sich mit jedem 3D-Druckverfahren. Wenn wir beispielsweise für einige Teile einen SLS-Druckservice nutzen, ist die Schichtverschmelzung sehr gleichmäßig, was den Klang deutlich stärker verändert als bei einem Prozess mit lockerer Schichtbindung. Ich werde hier auf unsere tatsächliche Arbeit eingehen, damit es nicht nur Theorie ist, da wir Tonnen dieser Teile an Kunden liefern, die von Herstellern von Audiogeräten bis hin zu Prototypendesignern reichen, denen der Klang ihrer Teile am Herzen liegt.
Beginnen wir mit der größten Variablen: dem Material. Dies ist die erste Frage, die ein Kunde fragt, wenn er ein Teil für ein Projekt einsendet: „Wie wird das klingen?“ Sehen wir uns die gängigen Materialien an, mit denen wir arbeiten, und wie sich ihre akustischen Schwingungen verändern. Die meisten unserer Kunststoffteile stammen aus unserer 3D-Druckservice-ABS-Kunststoff-Rapid-Prototyp-Linie, oder? ABS ist der robuste, bekannte Kunststoff, den man in Spielzeugen oder Autoverkleidungen sieht. Beim 3D-Druck mit SLS oder SLA weisen ABS-Teile eine dichte, leicht flexible Struktur auf, da die Schichten fest miteinander verschmelzen. Tippen Sie auf ein kleines ABS-Testteil, und es erzeugt einen scharfen, hohen Ping – viel heller als ein 3D-gedrucktes Teil, das beispielsweise aus flexiblem TPU besteht. TPU ist weich und absorbiert daher die meisten Geräusche. Wenn man darauf klopft, klingt es dumpf und gedämpft, es gibt überhaupt keine hohen Töne. Wir haben im letzten Quartal ein TPU-Gehäuse für den neuen kabellosen Ohrhörer eines Kunden verwendet, und dieser hat sich ausdrücklich diesen sanften, geräuschdämpfenden Klang gewünscht, damit das Tippen nicht mit dem Mikrofon interferiert. Das sind akustische Eigenschaften, die sich direkt auf das Produktdesign auswirken.
Dann gibt es Metallteile – diese sind wild, weil ihr akustisches Verhalten völlig anders ist als das von Kunststoff. Wenn wir Metallteile drucken, verwenden wir meist SLM (Selective Laser Melting) für Materialien wie Edelstahl oder Aluminium. Die von uns gelieferten Teile des SLM 3D-Druck-Edelstahlmodells bestehen aus massivem, dichtem Metall ohne Lücken zwischen den Schichten (dank des Hochleistungslasers, der jedes Partikel vollständig schmilzt). Tippen Sie auf ein kleines SLM-Teil aus Edelstahl, und es erzeugt einen tiefen, satten Knall – ähnlich einem Metallgussteil, weil die Schichtstruktur so nahtlos ist. Für kleinere, hochpräzise Teile führen wir auch den 3D-Druck von Metallteilen aus SLA-Aluminium und Edelstahl durch. Aluminium ist sogar noch heller als Stahl – seine hohe Dichte macht den Ping superklar, weshalb es für Dinge wie Gitarrenbrücken oder kleine Hardware verwendet wird, bei denen es auf Klangklarheit ankommt. Ich habe einmal einen Aluminium-Prototyp für einen Lautsprechertreiber gedruckt, und der Kunde sagte, der Ping-Test sei perfekt gewesen, weil er genau die richtige Menge an Klang ohne Echo wiedergegeben habe.
Nun kommt der Teil, der die meisten Leute überrascht: die Schichthöhe und die Füllung. Selbst wenn Sie das gleiche Material und den gleichen Drucker verwenden, wirkt sich die Dicke der einzelnen Schichten und die Fülle im Inneren des Teils stark auf den Klang aus. Die meisten Leute denken erst dann an eine Füllung, wenn sie auf ein Teil klopfen und es hohl klingt. Wenn ein Teil eine Füllung von 10 % hat (sehr spärlich, wie ein Gitter mit vielen Luftspalten), erzeugt das Klopfen darauf einen toten, hohlen Knall – als würde man auf einen Schaumstoffbecher klopfen. Wir hatten einen Kunden, der ein Ausstellungsmodell für ein Museum herstellte, und er hasste diesen hohlen Klang, also haben wir die Füllung auf 30 % erhöht und feste Ober- und Unterschichten hinzugefügt, wodurch es viel substanzieller klang, wie ein massives Holzmodell. Auch die Schichthöhe spielt eine Rolle: Kleinere Schichten (0,1 mm gegenüber 0,3 mm) bedeuten eine glattere, fester verbundene Oberfläche und innere Struktur, sodass der Klang gleichmäßiger und reflektierter ist. Wir verwenden kleine Schichten für Teile, die eine akustische Konsistenz erfordern, wie z. B. Prototyp-Telefonhüllen, da der Benutzer beim Tippen oder Wischen wiederholt darauf tippt.
Warten Sie, lassen Sie uns den Druckprozess selbst nicht überspringen – hier zeigt sich unsere Arbeit als Lieferant von 3D-Druck-Modellteilen wirklich. SLA (Stereolithographie) verwendet flüssiges Harz, das mit UV-Licht ausgehärtet wird, und die Schichten sind nahezu unsichtbar. SLA-Teile sind super glatt und dicht, sodass ihr Klang wie Hartplastik ist, ein klarer, mittelhoher Ping. SLS hingegen verschmilzt pulverförmigen Kunststoff mit einem Laser und die Oberfläche ist im Vergleich zu SLA ein wenig porös (aber nicht rau). SLS-Teile klingen etwas gedämpfter als SLA-Teile, da die winzigen Lücken zwischen den Pulverpartikeln (auch den verschmolzenen) einen kleinen Teil der Schallenergie absorbieren. Letztes Jahr haben wir für eine Heimkinofirma eine Reihe maßgefertigter SLS-Kunststoffhalterungen hergestellt, und sie haben sich speziell für SLS entschieden, weil der leicht dämpfende Klang die Vibrationen reduziert, die durch die Halterungen in die Kinowand gelangen – kein störendes Summen bei Filmszenen. Das ist ein perfektes Beispiel dafür, wie sich akustische Eigenschaften direkt auf ein funktionales Produkt und nicht nur auf ein Modell auswirken.
Ein weiterer wichtiger Aspekt: die Oberflächenbeschaffenheit. Viele Kunden vergessen, dass Nachbearbeitungsänderungen auch klingen. Wir führen Dinge wie Schleifen, Polieren oder Beschichten von Teilen nach dem Drucken durch, und das verändert die Art und Weise, wie das Teil mit dem Klang interagiert. Ein rohes, unpoliertes SLA-Teil weist eine geringfügige Oberflächenrauheit auf, die Schall auf Mikroebene absorbiert und den Ping etwas dumpfer macht. Wenn Sie denselben Teil glatt polieren, wird der Klang heller und reflektierender, da weniger Oberfläche zum Einfangen von Schallwellen vorhanden ist. Ein Schmuckhersteller kam zu uns, um kleine 3D-gedruckte Metallanhänger zu kaufen, und er wollte eine glänzende, polierte Oberfläche, die beim Klopfen auch einen klaren, sanften Klang erzeugt – also haben wir die gesamte Oberfläche poliert, und genau das haben sie bekommen. Kein zusätzlicher Aufwand über den Nachbearbeitungsschritt zur Anpassung der akustischen Atmosphäre hinaus.
Lassen Sie uns nun über häufige Missverständnisse sprechen. Viele Leute denken, „3D-gedruckt“ sei gleichbedeutend mit „hohl und billig klingend“, aber das gilt nur, wenn Sie eine geringe Füllung oder eine schlechte Druckereinstellung verwenden. Wir drucken Vollmetallteile mit SLM, die genauso gut klingen wie bearbeitetes Metall, und ABS-Teile mit hoher Füllung, die wie Vollkunststoff klingen. Ich habe eine 3D-gedruckte Edelstahlhalterung angezapft, die wir letzten Monat hergestellt haben, und sie klang so solide, dass meine Kollegin dachte, sie sei gegossen, bis ich es ihr erzählte. Der Schlüssel liegt darin, die Druckmethode und das Material an die akustischen Anforderungen des Teils anzupassen. Wir arbeiten mit Kunden zusammen, um das richtige ABS-Kunststoff-Rapid-Prototyp- oder SLM-Metallteil für den 3D-Druckservice auszuwählen, basierend auf ihren akustischen Anforderungen und nicht nur auf Festigkeit oder Kosten. Wenn ein Kunde beispielsweise ein Teil benötigt, das Schall absorbiert (z. B. einen Lautsprechergehäuseeinsatz), verwenden wir TPU mit hoher Füllung und einer matten Oberfläche. Wenn sie einen reflektierenden, klaren Klang benötigen (wie bei einem Prototyp eines Musikinstruments), verwenden wir Aluminium mit polierten Oberflächen aus unserer 3D-Druck-Metallteil-SLA-Aluminium-Edelstahl-Linie.
Was ist mit Anwendungen, die über Audiogeräte hinausgehen? Wir haben 3D-Modelle für Architekturbüros gedruckt, denen es wichtig ist, wie ein Modell klingt, wenn man darauf tippt, um auf ein Fenster oder eine Tür zu zeigen. Ein Modell mit Hohlwänden (niedrige Füllung) klingt billig, daher passen wir die Füllung an, damit es für Präsentationen substanzieller klingt. Wir haben auch Roboterkomponenten gedruckt, bei denen es auf Vibrationen ankommt – wenn ein Roboterteil zu resonant ist, kann es Lärm verursachen, der die Sensoren durcheinander bringt. Deshalb verwenden wir Materialien mit Dämpfungseigenschaften oder passen die Füllung so an, dass sie Vibrationen absorbiert, was die akustischen Eigenschaften zum Besseren verändert. Das ist nicht einfach nur ein Nice-to-have; Es ist funktionales technisches Zeug.
Werfen wir einen Blick auf unser Shop-Erlebnis, denn ich möchte nicht, dass dies ein Lehrbuch wird. Letzten Monat kam ein Startup mit einem Prototyp für einen tragbaren Bluetooth-Lautsprecher zu uns. Sie hatten ein 3D-gedrucktes SLA-Kunststoffteil, das beim Testen ein blechernes Echo erzeugte und die Klangqualität des Lautsprechers beeinträchtigte. Wir haben zwei Dinge ausprobiert: Erstens sind wir auf ein dickeres ABS-Teil aus unserer ABS Plastic Rapid Prototype-Linie von 3D Printing Service umgestiegen, und zweitens haben wir 25 % Füllung und eine Schaumstoffbeschichtung auf der Innenseite hinzugefügt. Als sie es testeten, war das Echo verschwunden und der Ton des Lautsprechers war viel wärmer – alles nur, weil wir die akustischen Eigenschaften des 3D-gedruckten Teils angepasst hatten. Da wurde mir klar, wie oft so etwas auftaucht, selbst bei Produkten, die selbst nichts mit dem Klang zu tun haben.
Ein weiteres Beispiel: Wir haben kürzlich eine Charge von SLM-3D-Druck-Edelstahlmodellteilen an einen Kunden aus der Luft- und Raumfahrtindustrie versandt. Sie brauchten kleine Halterungen, die in großen Höhen nicht vibrieren würden, und der Akustiktest war Teil ihres Genehmigungsprozesses. Edelstahl hat eine natürliche Dämpfungseigenschaft, aber der Schichtaufbau von SLM machte ihn noch stabiler – so dass bei Vibrationstests das Teil nicht mitschwingte, was genau das war, was sie brauchten. Das ist ein sehr spezifischer Anwendungsfall, aber er zeigt, dass akustische Eigenschaften für weit mehr als nur Audioprodukte wichtig sind.
Wenn Sie nun darüber nachdenken, 3D-gedruckte Modellteile zu erhalten, wie nutzen Sie diese Informationen? Überlegen Sie zunächst, welches Klangverhalten Sie benötigen: Soll es den Schall reflektieren (hell, klingeln) oder absorbieren (stumpf, gedämpft)? Wählen Sie dann das Material und die Druckmethode aus. Wenn Sie Kunststoff benötigen, eignet sich SLS für eine leichte Dämpfung, SLA für hell und ABS für eine ausgewogene. Wenn Sie Metall benötigen, ist Edelstahl tief, Aluminium hell und SLM bietet Ihnen eine nahtlose Struktur, die wie bearbeitetes Metall klingt. Geben Sie bei Ihrer Bestellung auch die akustischen Anforderungen an – wir drucken nicht nur Teile, wir helfen auch bei der Anpassung der Einstellungen, um den gewünschten Klang zu erzielen.
Letztendlich sind die akustischen Eigenschaften von 3D-gedruckten Modellteilen keine zufällige Eigenart der Technologie – sie sind etwas, das wir jeden Tag in unserer Werkstatt kontrollieren, vom Material, das wir auswählen, bis hin zu den Füllungs- und Schichteinstellungen. Als Lieferant von 3D-Druck-Modellteilen haben wir im Laufe der Jahre gelernt, dass es einen großen Unterschied in der Funktionsweise seines Endprodukts macht, wenn man sich die Zeit nimmt, über Klang zu sprechen (auch wenn dies nicht das erste ist, was ein Kunde anspricht).
Wenn Sie an einem Projekt arbeiten, bei dem Geräusche oder Vibrationen eine Rolle spielen, oder einfach nur 3D-gedruckte Modellteile erhalten möchten, die genau so klingen, wie Sie es brauchen, zögern Sie nicht, Kontakt mit uns aufzunehmen. Wir können Sie durch die besten Optionen führen, sei es unser SLS-Druckservice, unsere ABS-Kunststoff-Rapid-Prototyp-Linie für den 3D-Druckservice oder unsere Angebote für SLM-3D-Druck-Edelstahlmodelle und 3D-Druck-Metallteile aus SLA-Aluminium-Edelstahl. Wir sind hier, um sicherzustellen, dass Ihre Teile akustisch und funktionell die von Ihnen gewünschte Leistung erbringen.
Referenzen
- Gibson, I., Rosen, D. & Stucker, B. (2015). Additive Fertigungstechnologien: 3D-Druck, Rapid Prototyping und direkte digitale Fertigung (2. Aufl.). Springer.
- ASTM International. (2020). Standardtestmethode für akustische Eigenschaften starrer poröser Materialien. ASTM C423-20.
- Kruth, JP, et al. (2018). Akustisches Verhalten additiv gefertigter Polymerteile: Auswirkungen von Prozessparametern und Materialeigenschaften. Additive Fertigung, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et al. (2021). Schwingungsdämpfungseigenschaften von SLM-gefertigten Edelstahlkomponenten für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1122-1130.
