ABS和PLA是目前常用的3D打印塑料材質(zhì),不過對(duì)于剛接觸3D打印的客戶來(lái)說(shuō),不知道如何挑選適合自己的材質(zhì)。本文將從性能到打印要求等方面分析PLA和ABS的異同,希望能幫助大家更好的了解使用。
一、PLA 與 ABS 的特性和性能
在談到 PLA 與 ABS 的特性時(shí),首先要考慮的是它們是由什么制成的。雖然兩者都是熱塑性塑料,但它們還是有區(qū)別的。眾所周知,PLA 是由玉米或甘蔗等有機(jī)來(lái)源制成的,而 ABS 與大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)塑料一樣,是由石油制成的。更具體地說(shuō),PLA 是由來(lái)自玉米、木薯、玉米、甘蔗或甜菜漿等來(lái)源的發(fā)酵植物淀粉制成的,其中的糖被轉(zhuǎn)化為乳酸,然后再聚合成聚乳酸。相比之下,ABS 由三種單體組成:丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。丙烯腈是一種來(lái)自丙烯和氨的合成(人造)單體,丁二烯是一種石油烴,而苯乙烯是由乙苯脫氫(通過化學(xué)反應(yīng)除去氫)制成的。這些材料對(duì)環(huán)境的“可持續(xù)性”有影響。
△如上圖所示(圖片來(lái)源:Fictiv),使用 PLA 與 ABS 3D 打印的零件在外觀和性能上都存在差異。
PLA 通常被譽(yù)為更環(huán)保的材料,因?yàn)樗强缮锝到獾?。然而,重要的是要注意,它只有在合適的條件下才能真正生物降解,而且許多城市沒有合適的工具來(lái)正確降解材料。這意味著雖然有可能,但實(shí)際上只有通過工業(yè)堆肥才能真正做到真正的“環(huán)?!薄A硪环矫?,ABS 被認(rèn)為是一種不可持續(xù)或非環(huán)保的材料。如前所述,它和大多數(shù)塑料一樣,都是由石油制成的,這意味著它的加工過程不具有可持續(xù)性。然而,一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 ABS 是可回收的,而且許多人沒有意識(shí)到 PLA 的生物降解性有多么有限,所以有些初學(xué)者可能會(huì)更加確定PLA會(huì)得到適當(dāng)處理而不會(huì)產(chǎn)生更多廢物。
差異一:ABS具有更好的耐熱性、更好的機(jī)械性能
超越材料的根源,ABS 和 PLA 還具有另一個(gè)不同的特性——耐熱性。ABS具有一定的耐熱性并具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,而 PLA 能在低得多的溫度下熔化,因此被認(rèn)為是不具有耐熱性的。這當(dāng)然會(huì)影響材料的應(yīng)用,后文會(huì)詳細(xì)進(jìn)行介紹。
如果您正在尋找一種更堅(jiān)韌且具有更好機(jī)械性能的材料,筆者推薦您使用ABS。除了耐熱和具有更高的熱變形外,它還比 PLA 更耐沖擊、更耐用、更輕。但這兩種材料具有相似的拉伸強(qiáng)度( ABS 略低),ABS通常更適合更多的工業(yè)應(yīng)用,這主要是因?yàn)槠涓纳频难诱剐院筒粩嗔训哪芰?,以及具有更高的抗彎?qiáng)度和更高的斷裂前伸長(zhǎng)率。正因?yàn)橛猩鲜龆喾N特性,ABS甚至可以用于最終用途,這也是它在注塑成型等行業(yè)如此受歡迎的原因之一。
△PLA與ABS的特點(diǎn)
值得注意的是,PLA比ABS更堅(jiān)固、更硬。但由于它的熔點(diǎn)很低,會(huì)在50攝氏度以上失去這些特性,所以在涉及較高溫的環(huán)境下無(wú)法使用。然而,即使 ABS 的耐熱性明顯高于 PLA,但因?yàn)閮烧叨际菬崴苄运芰希谧贤饩€和高溫下都會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解。
差異二:PLA更易于打印
既然我們已經(jīng)介紹了 PLA 與 ABS 的特性,下一步就是討論 3D 打印過程本身。首先,由于兩種熱塑性塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不同,因此打印的準(zhǔn)備工作會(huì)有所不同。這是因?yàn)樾枰紤]物質(zhì)發(fā)生熱力學(xué)轉(zhuǎn)變的溫度范圍。就 PLA 而言,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍在 60 – 100oC 之間,而 ABS 則在 105 – 200oC 之間。這決定了切片機(jī)中設(shè)置的參數(shù)以及加熱3D打印機(jī)并達(dá)到所需溫度需要的時(shí)間。
同時(shí),必須正確設(shè)置制造過程的變量,包括打印平臺(tái)和打印頭。ABS需要較高的打印床溫度,約為 80-110oC,而 PLA 通常為 60oC。就擠出機(jī)而言,PLA 還需要較低的溫度,特別是 180-230°C 左右,而 ABS 需要 210-250°C。
就易用性而言,眾所周知,ABS 的打印比 PLA 更復(fù)雜。遇到的打印問題還與每種材料的溫度和性能有關(guān)。PLA 的熔化溫度低于 ABS,因此,當(dāng)零件的 3D 打印過程完成時(shí),各層固化的熱變化較低。但是,由于 ABS 需要更高的溫度才能熔化,因此在冷卻零件時(shí)會(huì)出現(xiàn)更突然的變化。這種熱收縮會(huì)導(dǎo)致零件變形。最常見的問題之一是翹曲,其中零件的末端會(huì)收縮、從托盤上脫離并變形。為避免這種現(xiàn)象,使用 ABS 打印時(shí),控制溫度和打印環(huán)境至關(guān)重要,必要時(shí)使用粘合劑。
△ABS 容易發(fā)生翹曲,這是與材料在溫度突然變化下收縮有關(guān)的問題
兩種材料的打印速度大致相同,無(wú)需針對(duì)不同材料重新調(diào)整切片機(jī)中的速度參數(shù)。PLA 通常以 60 毫米/秒的速度打印,有些用戶甚至使用了更高的速度。另一方面,ABS通常在40-60 mm/s的范圍內(nèi),很難達(dá)到更高的速度。
在制造過程中要記住的另一點(diǎn)是制造過程中產(chǎn)生的廢物排放,因?yàn)閹缀跛袩崴苄蚤L(zhǎng)絲在打印過程中都會(huì)產(chǎn)生有害氣味和氣體。當(dāng)材料被加熱時(shí),它會(huì)釋放出含有對(duì)健康有害的顆粒的物質(zhì)。就 PLA 而言,由于它來(lái)自天然植物來(lái)源,因此不會(huì)散發(fā)出強(qiáng)烈的氣味,因此無(wú)需擔(dān)心。然而,ABS 會(huì)散發(fā)出有毒氣體和難聞的氣味,筆者強(qiáng)烈建議在使用 ABS 時(shí)使用封閉式打印外殼和空氣過濾器以防止煙霧釋放到工作空間中。即便如此,建議在打印過程中持續(xù)通風(fēng),以確保煙霧不會(huì)到達(dá)我們的肺部。這與 ABS 中存在苯乙烯有關(guān),這是一種吸入后對(duì)人體有毒的材料。
Polymaker 的營(yíng)銷經(jīng)理 Luke Taylor 解釋說(shuō):“ PLA 是一種較弱的材料,但優(yōu)點(diǎn)是它很容易使用,而且很容易打印。用戶不需要加熱床,不需要高溫,它的收縮率非常低,而 ABS 的收縮率非常高。一般來(lái)說(shuō),我們看到機(jī)械性能越好,就越難使用。雖然我們也可以在 PLA 中添加一些東西以使其更堅(jiān)固而不改變打印適應(yīng)性?!?/span>
△使用 Polymaker 的 PLA 長(zhǎng)絲 3D 打印的數(shù)字(照片來(lái)源:Polymaker)
差異三:后期處理
大部分后處理技術(shù)都可用于這兩種熱塑性塑料。盡管有一些明顯的差異,比如打印后零件的光潔度。PLA 部件往往具有更亮的表面,而 ABS 往往具有更啞光的表面。這兩種材料也可以在打印后上漆裝飾。ABS 通常比 PLA更容易后處理。首先,雖然兩者都可以打磨,但由于 ABS 的耐用性,該過程更容易。PLA 也更難打磨,因?yàn)樗哪蜔嵝缘停菀兹刍?/span>
與此同時(shí),ABS 不僅更容易使用這些基本方法進(jìn)行后處理,而且如果您想要真正閃亮的表面,用 ABS 制成的零件可以用丙酮蒸氣進(jìn)行平滑處理。丙酮是一種無(wú)色液體,常用作塑料的溶劑。雖然它不能與 PLA 一起使用,但那些有 ABS 零件的人可以使用丙酮來(lái)進(jìn)行更快的后處理和光澤飾面。還是可以用 PLA 進(jìn)行類似的過程。如果您希望對(duì)由 PLA 燈絲制成的部件進(jìn)行蒸汽平滑處理,THF 或四氫呋喃可用于手工拋光。
△由于丙酮平滑,這些成品部件具有光澤表面(照片來(lái)源:zortrax)
差異四:PLA具有更低的價(jià)格
魔猴網(wǎng)目前PLA報(bào)價(jià)為0.65元一克,國(guó)產(chǎn)ABS報(bào)價(jià)為1.99元一克,相對(duì)來(lái)說(shuō)ABS比PLA價(jià)格要貴一些。不過價(jià)格也是想對(duì)性能來(lái)說(shuō),還是看大家想要什么特點(diǎn)的材質(zhì)來(lái)選擇。
二、PLA 與 ABS 的應(yīng)用
在討論 PLA 與 ABS 時(shí),我們可以發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)主要區(qū)別是每種材料使用的應(yīng)用領(lǐng)域。PLA 是 FDM 3D 打印中使用最多的材料,主要用于創(chuàng)客環(huán)境。這主要是因?yàn)樗子诖蛴?,以及它易碎、脆弱且?duì)陽(yáng)光和高溫敏感等特性。出于這個(gè)原因,它經(jīng)常被新手用戶廣泛使用或用于創(chuàng)建裝飾零件和玩具。
另一方面,ABS 是一種更工業(yè)化的材料,具有先進(jìn)的特性,雖然打印難度更大,但零件的質(zhì)量更好。因此,它經(jīng)常用于原型、齒輪或工具的開發(fā)。簡(jiǎn)而言之,它通常在零件可能承受物理應(yīng)力以及需要高機(jī)械和耐熱性的情況下實(shí)施。因此,在開始增材制造過程之前,請(qǐng)?jiān)u估兩種材料之間的差異,以根據(jù)其用途制造零件。
△PLA 通常用于更多的制造商應(yīng)用、裝飾元素和玩具。ABS 可用于需要更高機(jī)械和耐熱性的應(yīng)用。