Si vous avez déjà tenu une pièce d'un modèle imprimé en 3D et l'avez tapée avec votre ongle, vous avez probablement remarqué que le son est différent de celui d'un jouet en plastique usiné ou d'un composant en métal moulé. En tant que fournisseur de pièces de modèles d'impression 3D, on me demande tout le temps pourquoi ce petit bruit de clic varie autant en fonction de ce que nous imprimons pour les clients, du matériau que nous utilisons ou même des paramètres de nos imprimantes. Ce n'est pas seulement aléatoire : les propriétés acoustiques des pièces imprimées en 3D sont un mélange de la technologie que nous utilisons, du matériau que nous choisissons et de la minuscule structure couche par couche que nous construisons. Décomposons cela, sans surcharge de jargon, juste de vraies choses que nous voyons tous les jours dans notre boutique.
Tout d'abord, restons simples : les propriétés acoustiques désignent ici la façon dont une pièce interagit avec le son : l'absorbe-t-elle, le reflète-t-elle, vibre-t-elle lorsqu'elle est frappée ou produit-elle un bruit sourd creux plutôt qu'un ping solide ? Chaque processus d’impression 3D change également cela. Par exemple, lorsque nous utilisons un service d'impression SLS pour certaines pièces, la fusion des couches est extrêmement uniforme, ce qui modifie le son bien plus qu'un processus dont la liaison des couches est plus lâche. Je vais lier ici notre travail réel afin qu'il ne s'agisse pas seulement de théorie, puisque nous expédions des tonnes de ces pièces à des clients allant des fabricants d'équipements audio aux concepteurs de prototypes qui se soucient du son de leurs pièces.
Commençons par la plus grande variable : le matériau. C'est la première chose qu'un client demande lorsqu'il envoie une pièce pour un projet : « à quoi cela ressemblera-t-il ? Passons en revue les matériaux courants avec lesquels nous travaillons et comment leurs vibrations acoustiques changent. La plupart de nos pièces en plastique proviennent de notre gamme de prototypes rapides en plastique ABS du service d'impression 3D, n'est-ce pas ? L'ABS est ce plastique résistant et familier que l'on voit dans les jouets ou les garnitures de voitures. Lorsqu’elles sont imprimées en 3D avec SLS ou SLA, les pièces ABS ont une structure dense et légèrement flexible car les couches fondent étroitement ensemble. Appuyez sur une petite pièce de test ABS et elle émet un ping aigu et aigu, bien plus lumineux qu'une pièce imprimée en 3D fabriquée, par exemple, en TPU flexible. Le TPU est spongieux, il absorbe donc la plupart des sons, donc le toucher semble terne et sourd, pas de notes aiguës du tout. Nous avons utilisé un étui en TPU pour le nouvel écouteur sans fil d'un client au dernier trimestre, et ils ont spécifiquement demandé un son doux et atténuant le bruit afin que le robinet n'interfère pas avec le micro. Ce sont des propriétés acoustiques qui ont un impact direct sur la conception du produit.
Ensuite, il y a les pièces métalliques, elles sont sauvages car leur comportement acoustique est totalement différent de celui du plastique. Lorsque nous imprimons des pièces métalliques, nous utilisons principalement la fusion SLM (Selective Laser Melting) pour des produits comme l'acier inoxydable ou l'aluminium. Les pièces du modèle d'impression 3D SLM en acier inoxydable que nous expédions sont en métal solide et dense, sans espace entre les couches (grâce au laser haute puissance qui fait fondre complètement chaque particule). Tapez sur une petite pièce SLM en acier inoxydable et elle produit un bruit sourd profond et riche, semblable à une pièce en métal moulé, car la structure des couches est si homogène. Nous réalisons également l'impression 3D de pièces métalliques SLA en aluminium et en acier inoxydable pour des pièces plus petites et de haute précision, et l'aluminium est encore plus brillant que l'acier : sa haute densité rend le ping très clair, c'est pourquoi il est utilisé pour des choses comme les chevalets de guitare ou le petit matériel où la clarté du son est importante. Un jour, j'ai imprimé un prototype en aluminium pour un haut-parleur, et le client a déclaré que le test ping était parfait car il reflétait juste la bonne quantité de son sans écho.
Maintenant, la partie qui surprend le plus les gens : la hauteur de la couche et le remplissage. Même si vous utilisez le même matériau et la même imprimante, l'épaisseur de chaque couche et le remplissage de l'intérieur de la pièce modifient beaucoup le son. La plupart des gens ne pensent pas au remplissage jusqu'à ce qu'ils tapent sur une pièce et que cela sonne creux. Si une pièce a 10 % de remplissage (très clairsemé, comme une grille avec de nombreux entrefers), le fait de la taper produit un bruit sourd et creux, comme si on tapait sur une tasse en mousse. Nous avions un client qui fabriquait un modèle d'exposition pour un musée, et il détestait ce son creux, nous avons donc augmenté le remplissage à 30 % et ajouté des couches supérieures et inférieures solides, ce qui lui donnait un son beaucoup plus substantiel, comme un modèle en bois massif. La hauteur des couches compte également : des couches plus petites (0,1 mm contre 0,3 mm) signifient une surface et une structure interne plus lisses et plus étroitement fusionnées, de sorte que le son est plus cohérent et plus réfléchissant. Nous utilisons de petites couches pour les pièces qui nécessitent une cohérence acoustique, comme les prototypes de coques de téléphone, car l'utilisateur les appuiera à plusieurs reprises lorsqu'il tapera ou glissera son doigt.
Attendez, ne sautons pas le processus d'impression lui-même : c'est là que notre travail en tant que fournisseur de pièces de modèles d'impression 3D se manifeste vraiment. SLA (stéréolithographie) utilise de la résine liquide durcie à la lumière UV et les couches sont presque invisibles. Les pièces SLA sont super douces et denses, leur son est donc comme celui du plastique dur, un ping clair et moyen. Le SLS, quant à lui, fusionne du plastique en poudre avec un laser, et la surface est un tout petit peu poreuse (mais pas rugueuse) par rapport au SLA. Les pièces en SLS semblent un peu plus sourdes que celles en SLA, car les minuscules espaces entre les particules de poudre (même celles fusionnées) absorbent un tout petit peu d'énergie sonore. Nous avons fabriqué un lot de supports en plastique SLS personnalisés pour une société de cinéma maison l'année dernière, et ils ont choisi SLS spécifiquement parce que le son légèrement atténuant réduisait la quantité de vibrations qui traversaient les supports jusqu'au mur du cinéma - pas de bourdonnement gênant pendant les scènes de film. C'est un exemple parfait de la manière dont les propriétés acoustiques affectent directement un produit fonctionnel, et pas seulement un modèle.
Un autre point important : la finition de la surface. Beaucoup de clients oublient que les modifications post-traitement sont également importantes. Nous effectuons des opérations telles que le ponçage, le polissage ou le revêtement des pièces après l'impression, ce qui modifie la manière dont la pièce interagit avec le son. Une pièce SLA brute et non polie présente un tout petit peu de rugosité de surface, qui absorbe le son au niveau micro, rendant le ping un peu plus sourd. Polissez cette même partie en douceur et le son devient plus brillant et plus réfléchissant, car il y a moins de surface pour piéger les ondes sonores. Un fabricant de bijoux est venu nous voir pour de petits pendentifs en métal imprimés en 3D, et il voulait une finition brillante et polie qui produisait également un carillon clair et doux lorsqu'on le tapotait. Nous avons donc poli toute la surface, et c'est exactement ce qu'ils ont obtenu. Aucun travail supplémentaire au-delà de l'étape de post-traitement pour ajuster l'ambiance acoustique.
Parlons maintenant des idées fausses courantes. Beaucoup de gens pensent que « imprimé en 3D » équivaut à « creux et bon marché », mais ce n'est que si vous utilisez un faible remplissage ou un mauvais réglage de l'imprimante. Nous imprimons des pièces métalliques solides avec du SLM qui sonnent aussi bien que du métal usiné, et des pièces ABS avec un remplissage élevé qui ressemblent à du plastique solide. J'ai tapoté un support en acier inoxydable imprimé en 3D que nous avons fabriqué le mois dernier, et il semblait si solide que ma collègue pensait qu'il était moulé jusqu'à ce que je lui dise. La clé est d’adapter la méthode d’impression et le matériau aux besoins acoustiques de la pièce. Nous travaillons avec nos clients pour choisir le bon prototype rapide en plastique ABS ou la pièce métallique SLM du service d'impression 3D en fonction de leurs besoins acoustiques, et pas seulement de la résistance ou du coût. Par exemple, si un client a besoin d'une pièce qui absorbe le son (comme un insert de boîtier de haut-parleur), nous utiliserons du TPU avec un remplissage élevé et une finition mate. S'ils ont besoin d'un son clair et réfléchissant (comme un prototype d'instrument de musique), nous utiliserons de l'aluminium avec des surfaces polies de notre gamme de pièces métalliques d'impression 3D SLA en aluminium et acier inoxydable.
Qu’en est-il des applications au-delà du matériel audio ? Nous avons imprimé des modèles 3D pour les cabinets d'architecture qui se soucient du son d'un modèle lorsque vous appuyez dessus pour montrer une fenêtre ou une porte. Un modèle avec des parois creuses (faible remplissage) semble bon marché, nous ajustons donc le remplissage pour le rendre plus substantiel pour les présentations. Nous avons également imprimé des composants de robot où les vibrations sont importantes : si une pièce de robot est trop résonante, elle peut provoquer un bruit qui perturbe les capteurs. Nous utilisons donc des matériaux dotés de propriétés d'amortissement ou ajustons le remplissage pour qu'il absorbe les vibrations, ce qui améliore les propriétés acoustiques. Ce n’est pas seulement un plaisir ; c'est du truc d'ingénierie fonctionnelle.
Soyons réalistes sur notre expérience en magasin, car je ne veux pas que cela soit un manuel. Le mois dernier, une startup nous a proposé un prototype d’enceinte Bluetooth portable. Ils avaient une pièce en plastique SLA imprimée en 3D qui produisait un petit écho lorsqu'ils la testaient, ce qui gâchait la qualité sonore du haut-parleur. Nous avons essayé deux choses : premièrement, nous sommes passés à une pièce ABS plus épaisse de notre gamme de prototypes rapides en plastique ABS de service d'impression 3D, et deuxièmement, nous avons ajouté 25 % de remplissage et un revêtement en mousse à l'intérieur. Lorsqu'ils l'ont testé, l'écho avait disparu et le ton du haut-parleur était beaucoup plus chaud, tout cela parce que nous avons ajusté les propriétés acoustiques de la pièce imprimée en 3D. C'est à ce moment-là que j'ai réalisé à quel point ce genre de choses revenait souvent, même avec des produits qui n'avaient rien à voir avec le son en soi.
Autre exemple : nous avons récemment expédié un lot de pièces de modèles en acier inoxydable pour impression 3D SLM à un client de l'aérospatiale. Ils avaient besoin de petits supports qui ne vibreraient pas à haute altitude, et le test acoustique faisait partie de leur processus d'approbation. L'acier inoxydable a une propriété d'amortissement naturelle, mais la structure en couches du SLM l'a rendu encore plus stable. Ainsi, lors des tests de vibration, la pièce n'a pas résonné, ce qui est exactement ce dont ils avaient besoin. Il s’agit d’un cas d’utilisation très spécifique, mais il montre que les propriétés acoustiques comptent bien plus que de simples produits audio.
Maintenant, si vous envisagez d’imprimer des pièces de modèle en 3D, comment utilisez-vous ces informations ? Tout d’abord, déterminez le comportement sonore dont vous avez besoin : voulez-vous qu’il reflète le son (lumineux, pingy) ou l’absorbe (terne, sourd) ? Choisissez ensuite le matériau et la méthode d’impression. Si vous avez besoin de plastique, le SLS est bon pour un léger amortissement, le SLA pour un brillant, l'ABS pour un équilibre. Si vous avez besoin de métal, l'acier inoxydable est profond, l'aluminium est brillant et SLM vous offre une structure homogène qui ressemble à du métal usiné. Mentionnez également vos besoins acoustiques lors de votre commande : nous n'imprimons pas seulement des pièces, nous vous aidons à ajuster les paramètres pour obtenir le son que vous souhaitez.
En fin de compte, les propriétés acoustiques des pièces de modèles imprimés en 3D ne sont pas le fruit du hasard de la technologie : elles sont quelque chose que nous contrôlons chaque jour dans notre atelier, depuis le matériau que nous choisissons jusqu'aux paramètres de remplissage et de calque. En tant que fournisseur de pièces de modèles d'impression 3D, nous avons appris au fil des années que prendre le temps de parler du son (même si ce n'est pas la première chose qu'un client évoque) fait une énorme différence dans le fonctionnement de son produit final.
Si vous travaillez sur un projet où le son ou les vibrations sont importants, ou si vous souhaitez simplement obtenir des pièces de modèle imprimées en 3D qui sonnent exactement comme vous en avez besoin, n'hésitez pas à nous contacter. Nous pouvons vous guider à travers les meilleures options, qu'il s'agisse de notre service d'impression SLS, de notre ligne de prototypes rapides en plastique ABS de service d'impression 3D ou de nos offres de modèles d'impression 3D SLM en acier inoxydable et de pièces métalliques d'impression 3D SLA en aluminium et acier inoxydable. Nous sommes là pour nous assurer que vos pièces fonctionnent comme vous le souhaitez, acoustiquement et fonctionnellement.
Références
- Gibson, I., Rosen, D. et Stucker, B. (2015). Technologies de fabrication additive : impression 3D, prototypage rapide et fabrication numérique directe (2e éd.). Springer.
- ASTM International. (2020). Méthode d'essai standard pour les propriétés acoustiques des matériaux poreux rigides. ASTM C423-20.
- Kruth, JP et coll. (2018). Comportement acoustique des pièces en polymère fabriquées de manière additive : effets des paramètres de processus et des propriétés des matériaux. Fabrication additive, 24, 387-395.
- Zhang, Y., et coll. (2021). Caractéristiques d'amortissement des vibrations des composants en acier inoxydable fabriqués par SLM pour les applications aérospatiales. Journal des processus de fabrication, 64, 1122-1130.
