PLA與ABS:主要區(qū)別
魔猴君 知識堂 49天前
3D打印包含多種技術(shù),但在消費者層面最流行的是熔融沉積成型(FDM)。細絲可以由不同的材料制成,但通常是熱塑性塑料,因為它們很容易熔化和重新凝固。
在眾多不同類型的長絲中,最受歡迎的是聚乳酸(PLA),它以易于使用和價格低廉而聞名。但還有其他常見材料,如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS),這是一種廣泛用于注塑消費品的材料。
PLA和ABS是用于FDM 3D打印的兩種最流行的線材。雖然它們都是熱塑性塑料并且看起來相似,但它們有很多不同之處。在本文中,我們將從幾個不同點比較這兩種材料,包括材料特性、打印和價格。
一、材料特性
Polymaker的鉤子比賽測試極限抗拉強度(來源:Polymaker via YouTube)
首先我們來看看PLA和ABS的材料特性。我們將研究它們的強度、耐用性、耐高溫性、后加工性、透水性和可回收性。
極限拉伸強度
極限抗拉強度(UTS)是材料在斷裂前被拉伸或拉動時可以承受的最大應(yīng)力。它是使用拉力試驗機測量的,該試驗機對測試樣本施加拉力,直到其斷裂。
根據(jù)現(xiàn)成的材料數(shù)據(jù)表和其他測試,對于使用相同設(shè)置打印的相同負載樣本,PLA的極限拉伸強度高于ABS。也就是說,還應(yīng)該考慮到PLA的密度(~1.25 g/cm 3)比ABS(~1.04 g/cm 3)高約20%。這使得它們的UTS與重量比非常相似,盡管PLA仍然略有優(yōu)勢。
各層之間的粘合程度會影響材料的最終拉伸強度。兩者之間,ABS對層粘合問題的敏感度高于PLA。如果打印不正確(即流量不足且環(huán)境溫度低),ABS的層粘合性會降低,從而降低部件的強度,尤其是在跨層加載時。但是,在環(huán)境溫度較高的封閉式打印機上打印ABS時,這不會成為問題,因為這會產(chǎn)生出色的層粘合性。
沖擊強度
DIY沖擊試驗臺(來源:YouTube上的My Tech Fun)
沖擊強度,也稱為抗沖擊性,是材料承受沖擊載荷的能力-即材料吸收突然或強烈的力或沖擊而不破裂的能力。常見的測試方法包括Izod沖擊試驗和Charpy缺口沖擊試驗,后者使用擺錘撞擊缺口樣品并測量斷裂過程中吸收的能量。您甚至可以制作DIY沖擊測試裝置,例如My Tech Fun使用的裝置。
在抗沖擊強度方面,ABS比PLA具有很大的優(yōu)勢。這并不奇怪,因為ABS以其極高的抗沖擊強度而聞名,尤其是在低成本聚合物中。PLA更硬,更脆。
耐用性
描述一種材料時,耐久性是指在設(shè)計的操作條件下能夠持續(xù)很長時間而不會出現(xiàn)明顯劣化的能力。這里我們只討論抗紫外線和耐化學(xué)性。
抗紫外線
雖然ABS比PLA更耐紫外線,但這兩種材料在紫外線照射下都會降解。您可以選擇丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA),它是ABS的衍生物,具有更好的抗紫外線和耐候性。它還保持了ABS的優(yōu)異機械性能和耐高溫性,但比這兩種長絲都貴。
耐化學(xué)性
在耐化學(xué)性方面,PLA比ABS更容易受到各種酸和醇(以及不同濃度)的化學(xué)降解。Prusa Research開發(fā)了一個匯總表,其中在實驗室條件下測試了不同的細絲。您會發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下,ABS的評級高于PLA。
耐溫性
PLA在低溫下會劇烈蠕變?。▉碓矗簉ob64 via Reddit)
耐高溫性是許多應(yīng)用需要考慮的一個重要方面,包括機器零件以及主要在戶外使用的零件。當(dāng)零件長時間暴露在高應(yīng)力水平下時,可以觀察到逐漸的機械變形。這種現(xiàn)象被稱為“蠕變”,溫度是材料蠕變的主要驅(qū)動因素。
ISO75測試標(biāo)準(zhǔn)列出了熱變形溫度,即材料在0.45MPa和1.8MPa的小負載下瞬間變形0.25mm的溫度。在這些溫度下,零件的機械性能會急劇下降,不適合機械使用。
在這方面,ABS比PLA有很大優(yōu)勢。PLA的熱變形溫度約為60°C,而ABS可達到約100°C。但請注意,在這些溫度下您無法安全地以任何功能方式使用零件,尤其是在負載下。
安全工作溫度(材料蠕變?yōu)榱慊驑O?。┻h低于熱變形溫度。例如,當(dāng)封閉的Vorons中的ABS部件長時間暴露在70°C以上的溫度下時,可以觀察到明顯的蠕變。
對于PLA部件,長時間暴露在35°C以上的溫度下會產(chǎn)生問題。PLA非常不耐熱。由于其高蠕變性和極低的耐低溫性,該材料不適合用于任何功能部件。
吸濕性
PLA和ABS都具有較強的吸濕性,容易吸收空氣中的水分。這些水分會使材料本身變質(zhì),導(dǎo)致打印過程中出現(xiàn)過多的拉絲、氣泡和層粘合不良。這會導(dǎo)致打印質(zhì)量和強度較差。ABS的吸濕性通常比PLA更強。
無論如何,建議您將兩種材料存放在非潮濕的環(huán)境中,并在打印之前將其干燥(PLA約55°C,ABS約75°C)。
食品安全
雖然你可以3D打印巧克力,但這并不意味著FDM打印模型是食品安全的?。▉碓矗篊ocoa Press)
純PLA和純ABS均無毒且食品安全。它們在涉及食品加工和應(yīng)用的應(yīng)用中得到廣泛使用和認可。例如,PLA通常用于環(huán)保餐具,而ABS則用于食品容器和餅干切具等工具。然而,這些應(yīng)用的產(chǎn)品通常使用純原生顆粒注塑而成。
3D打印線材含有添加劑,可大幅改善材料性能和打印體驗,例如,在不使腔體溫度過高的情況下減少翹曲。大多數(shù)情況下,這些添加劑會使線材不適合用于食品。盡管如此,一些制造商確實提供符合食品級標(biāo)準(zhǔn)的線材。
除了耗材,還有與食品安全相關(guān)的重要硬件考慮因素。打印機與耗材接觸的部件可能不安全。例如,擠出機齒輪、熱端路徑和噴嘴可能不是由食品級鋼制成的。它們可能接觸過非食品安全耗材或潤滑劑。黃銅噴嘴也會磨損,在打印部件中留下一些黃銅殘留物。
FDM部件的各層之間也可能存在小空隙,細菌可以在其中生長和生存。如果沒有適當(dāng)?shù)暮筇幚?,這些部件就不安全。
因此,不建議將FDM打印的PLA或ABS零件用于食品應(yīng)用,除非您已考慮并采取措施防止任何形式的污染。
可回收性
PLA在工業(yè)堆肥條件下確實能有效生物降解(來源:G.Kale等人通過ResearchGate提供)
從回收角度來看,PETG和ABS都是可回收的。但是,它們都屬于樹脂識別碼#7(“其他”),這意味著它們都不能通過常規(guī)收集進行回收。易于回收的材料從#1到#6,它們是街頭收集回收計劃中通常包含的塑料類型。
大多數(shù)情況下,第7類聚合物回收無利可圖或不切實際,因此它們會被丟棄。不過,也有回收3D打印件的服務(wù),包括PLA和ABS材料。
我們還可以考慮生物降解性。PLA可生物降解且可堆肥,因為它是由玉米等材料制成的。但是,它需要非常特殊的條件才能完全生物降解,在非工業(yè)堆肥條件下需要數(shù)年或數(shù)十年才能基本分解。ABS源自石油,不可生物降解。
二、3D打印
強烈建議為ABS使用密封良好的外殼(來源:Rotorhead8 via Reddit)
PLA和ABS是非常不同的材料,它們的打印特性也有很大不同。讓我們看看如何打印這兩種材料!
溫度
溫度是打印這兩種材料時需要考慮的重要參數(shù)。
熱端
ABS的打印溫度約為230-270°C,比PLA高得多,而PLA的打印溫度僅為190-230°C。與大多數(shù)絲材類似,最好傾向于此范圍的較高端,以獲得更好的最大體積流速和層粘附性。但是,請注意不要大大超過此范圍,因為過高的溫度可能會導(dǎo)致過度拉絲、熱蠕變或懸垂性差。一如既往,請記住參考制造商的建議!
盡管您可以使用PTFE襯里的熱端輕松打印PLA,但為了多功能性和可靠性,我們?nèi)越ㄗh使用全金屬熱端打印這兩種材料。使用全金屬熱端,您可以在同一臺打印機上打印多種材料,而且不需要定期更換PTFE管。
加熱床
較高的加熱床溫度對于打印ABS部件至關(guān)重要。它不僅可以實現(xiàn)良好的第一層粘合(以減少翹曲),還有助于預(yù)熱被動加熱外殼(我們將在下文討論)。溫度應(yīng)在90到120°C之間,但經(jīng)驗豐富的用戶傾向于將溫度設(shè)置為110°C,以延長常用磁性構(gòu)建板磁鐵的使用壽命。
PLA的床溫范圍在50到60°C之間。甚至可以在不使用加熱床的情況下或在低于50°C的溫度下打印PLA,但這取決于更多因素,例如床面類型以及是否使用粘合劑。然而,這可能會導(dǎo)致翹曲和其他問題,因此仍然建議將床溫保持在50到60°C之間。
外殼
腔體或床層溫度不足可能會導(dǎo)致ABS變形(來源:bountybobstrikesback via Reddit)
PLA部件不需要也不建議使用外殼。對于初學(xué)者來說,這種首選材料比ABS更容易打印。它能很好地粘在干凈的構(gòu)建板上,床溫在建議的50-60°C范圍內(nèi)時很少會翹曲。PLA還具有很好的層粘合性,并且即使沒有外殼,收縮率也可以忽略不計。因此,不需要外殼。
但是,如果您選擇使用封閉式打印機進行打印,請確保腔內(nèi)溫度不超過40°C。鑒于PLA的軟化溫度非常低,較高的封閉溫度可能會導(dǎo)致熱蠕變和打印失敗。
對于ABS來說,外殼對于堅固無瑕疵的ABS部件至關(guān)重要。這種材料因熱收縮而容易彎曲和分層,這一點臭名昭著。
外殼將打印件保持在溫暖的溫度下,從而減小熱梯度。這樣可以防止部件冷卻過快,從而緩解翹曲和分層問題。它還可以減少溫度波動和氣流,這些都會損害材料的打印性能和打印部件的強度。
高溫外殼或主動加熱室最適合用于高強度ABS部件。高環(huán)境溫度可使各層更好地粘合并釋放內(nèi)部應(yīng)力,從而顯著提高部件的強度。因此,建議將室溫度設(shè)置為超過65°C以打印高強度ABS部件。更高的溫度(80-90°C)有利于提高強度,但也需要更多的冷卻。
冷卻
你會希望PLA具有更好的冷卻效果(來源:Gedeon Ang via All3DP)
對于PLA部件,高冷卻對于防止缺陷、過熱以及良好的橋接和懸垂非常重要。即使在相對較高的冷卻設(shè)置下,PLA也能實現(xiàn)堅固的部件和良好的層粘合性。因此,您應(yīng)該將PLA打印的冷卻設(shè)置為較高的水平。
ABS的冷卻更為復(fù)雜;它取決于打印時的腔體溫度。雖然冷卻可以改善懸垂和橋接性能,但過度冷卻或過快冷卻ABS會導(dǎo)致層粘合不良以及翹曲和分層增加。不過,對于高腔體溫度來說,這不是問題。
請記住,室內(nèi)溫度越高,冷卻效果就越好。如果您的封閉空間溫度相對較低,采用被動加熱,冷卻設(shè)置也應(yīng)處于低端。
三、后期處理
PLA仍可打磨出完美效果!(來源:Reddit上的AxeCatAwesome)
一般而言,ABS比PLA具有更多的后加工選項。用戶尤其喜歡其可用丙酮進行蒸汽平滑處理的能力,這樣可以制造出表面非常光滑、有光澤的部件,類似于注塑件或機加工件。
此外,你可以使用有效的溶劑(如丙酮或ABS膠水衍生物)相對輕松地修改或粘合ABS部件。對于大型部件或建模,這尤其有用。
PLA更難用溶劑溶解,只能使用特殊化學(xué)品來使其光滑。不過,ABS和PLA都可以通過打磨、鉆孔、攻絲等方式輕松進行后處理,并且易于上漆。
來源:ALL3DP