Технологический университет Делфта (TU Delft) сотрудничает с бельгийским поставщиком программного обеспечения для 3D-печати и услуг Materialise для разработки звукопоглощающих акустических панелей, печатаемых на 3D-принтере.
Созданные в рамках совместного междисциплинарного исследовательского проекта, панели были специально разработаны для улучшения акустических и слуховых ощущений тех, кто находится в концертных залах или на спортивных аренах. Используя 3D-печать, а не традиционные методы производства, команда TU Delft также смогла создать панели с меньшими затратами и с более сложной геометрией, чем считалось ранее возможным.
«Мы использовали аддитивное производство из-за его потенциала для производства большого разнообразия сложных форм», - сказала Микела Туррин, доцент кафедры информатики дизайна в Делфтском университете. «Это дает большую свободу в сложности геометрии, но также позволяет производить уникальные изделия, которые не обязательно основаны на промышленном повторении».
Большие открытые пространства, такие как концертные или выставочные залы, часто используются исполнителями самых разных специальностей. В результате помещения в настоящее время не оптимизированы для звуков, генерируемых каждым отдельным выступлением, и это может привести к появлению неприятных, раздражающих частот как для исполнителя, так и для слушателя.
В настоящее время трудно избавиться от утомительных частот, потому что обычные панели не обеспечивают архитектурной свободы или настройки, необходимой для эффективного гашения звука. Чтобы преодолеть эту проблему, университет учредил многопрофильный комитет компаний и начал исследовательский проект при финансовой поддержке Нидерландской организации научных исследований.
Основная цель программы заключалась в разработке улучшенных панелей, которые можно было бы использовать для блокирования громких шумов или надоедливых частот и эхо. Materialize был выбран для оптимизации производственного элемента процесса, поскольку 3D-печать обеспечивает естественную свободу дизайна и позволяет создавать структуры со сложной геометрией.
Теоретически панели можно было бы создать функционально, чтобы блокировать определенные звуковые частоты, но без ущерба для эстетики помещения.
Услуги Materialise были объединены в цифровой рабочий процесс, в котором дизайнеры, архитекторы и инженеры использовали 3D-моделирование для создания акустики деталей с оптимальной производительностью. Во время процесса панели были специально разработаны для достижения пассивной деструктивной интерференции (PDI - Passive Destructive Interference), техники самоподавления, которая использует собственную форму детали для компенсации определенной настраиваемой полосы частот.
После того, как файлы дизайна были готовы, детали были напечатаны с использованием процесса селективного лазерного спекания (SLS), в результате чего получился ряд компонентов, похожих на головоломки. Панели, состоящие из серии трубок разной длины и диаметра, затем могут быть соединены вместе в изогнутую отдельно стоящую конструкцию, способную блокировать определенные звуки и эхо.
«Внутри трубок с четвертью длины волны возникает стоячая волна, которая определяет частоту появления звукопоглощения», - пояснил Мартин Тенпиерик, доцент Делфтского университета. «Длина и радиус трубки определяют эту конкретную частоту, и мы также можем добиться широкополосного звукопоглощения, включив в один продукт разные типы трубок».
Чтобы оценить характеристики своей панели, исследователи поместили свои прототипы в «комнату реверберации», в которой использовались звукопоглотители для точного измерения их акустических характеристик. Эти структуры оказались особенно эффективными при поглощении низких частот, и после успешных испытаний потенциальные клиенты из различных секторов проявили интерес к устройствам.
«Результаты действительно многообещающие, особенно когда речь идет о более низких частотах и меньшей толщине используемых материалов», - заключил Фотейни Сетаки, исследователь проекта. «Мы надеемся, что очень скоро сможем выпустить готовый продукт, который сможет выйти на рынок строительной индустрии».
Аддитивное производство позволяет пользователям создавать практически неограниченное количество геометрических фигур, и это побудило многих исследователей экспериментировать с акустическим потенциалом технологии.
Инженеры из инженерной школы Герцога Пратта разработали устройства для покрытия плащей, напечатанные на 3D-принтере, которые способны отражать звуковые волны, как только они попадают в обозначенный объект. Плащ изменяет траекторию волн, создавая впечатление, что они вообще ни во что не попадали, и движутся без изменения частоты.
Физики из Техасского университета в Далласе (UT Dallas) и китайского Уханьского университета использовали 3D-печать для создания звукового кристаллического куба Вейля, способного отражать звук. Новое устройство может вдохновить на новые исследования в области манипуляции волнами, такие как акустическая маскировка, или достижения в пользовательской электронике.
В другом месте производитель гитар Nik Huber Guitars в партнерстве со специалистами по аморфному металлу Heraeus AMLOY установил напечатанный на 3D-принтере бридж на одну из своих гитар. Аморфные металлы позволяли по-разному передавать колебания инструмента, улучшая его акустику.