PLA vs. Filamenty ABS do druku 3D: jaka jest różnica?

FDM, czyli Fused Deposition Modeling, to technika drukowania 3D, która z powodzeniem przeszła z komercyjnej do konsumenckiej przestrzeni drukowania 3D. Większość domowych drukarek 3D FDM może topić i wytłaczać szeroką gamę polimerów termoplastycznych w części funkcjonalne i kosmetyczne. Jednak zdecydowana większość entuzjastów druku 3D przysięga na polimery PLA i ABS, które są sprzedawane w wygodnych szpulach z filamentem.

Ale co sprawia, że ​​te filamenty do drukowania 3D są popularne i który z nich jest dla Ciebie właściwym wyborem?

Odpowiedź na to niuansowe pytanie obejmuje zrozumienie właściwości fizycznych tych materiałów i ich związku z częściami drukowanymi w 3D. Zanalizujmy te popularne filamenty, aby dowiedzieć się, który z nich najlepiej odpowiada Twoim potrzebom w zakresie drukowania 3D.

Co to jest ABS i dlaczego trudno go drukować?

ABS, czyli akrylonitryl-butadien-styren, jest jednym z najwcześniejszych materiałów stosowanych jako filamenty do druku 3D. Nazwa pochodzi od trzech podstawowych substancji chemicznych używanych do produkcji termoplastycznego polimeru. Skład tych chemikaliów składowych może być różny w celu wytworzenia różnych mieszanek ABS w celu zaspokojenia różnych potrzeb inżynieryjnych.

ABS jest szeroko stosowany w branży formowania wtryskowego do wytwarzania powszechnych produktów konsumenckich, od nasadek na klawisze i klocków LEGO po komponenty samochodowe i złączki rurowe. Niski koszt i łatwa dostępność surowego granulatu ABS, w połączeniu ze znajomością materiału przez przemysł produkcyjny, zapewniły jego przyjęcie przez przemysł komercyjnego druku 3D.

Część handlowa jest ważna, ponieważ ABS ma tendencję do kurczenia się w miarę stygnięcia materiału. To sprawia, że ​​komercyjne drukarki 3D wyposażone w podgrzewane komory druku są obowiązkowe do drukowania ABS. Utrzymywanie podwyższonej temperatury w komorze zapobiega wychłodzeniu części ABS w trakcie drukowania i deformacji z powodu wynikającego z tego skurczu. Poza tym trudno jest niezawodnie drukować ABS bez zamknięcia drukarki 3D w ogrzewanej komorze roboczej.

Stratasys, pionier druku 3D, przez długi czas posiadał patent na podgrzewane i zamknięte komory druku. To sprawiło, że konsumenckie drukarki 3D nie były w stanie drukować ABS. Entuzjaści druku 3D zrób to sam mogli jednak budować drukarki z podgrzewanymi komorami roboczymi, nie dając się złapać w zasadzkę armii prawników Stratasys. To sprawiło, że konsumencki przemysł druku 3D nie miał żadnych realnych środków dotarcia do mas.

Nic dziwnego, że branża w końcu wymyśliła nowy filament, który mógłby dobrze współpracować z tanimi, niezabudowanymi drukarkami.

PLA: Drukowanie 3D za pomocą kółek treningowych

PLA, czyli kwas polimlekowy, jest „biodegradowalnym” termoplastem wytwarzanym przez przetwarzanie naturalnych materiałów, takich jak trzcina cukrowa i skrobia kukurydziana. Chociaż PLA może nie spełniać swoich twierdzeń o biodegradacji, to jednak nadrabia to łatwością drukowania. Podczas gdy ABS potrzebuje drukarki 3D wyposażonej w podgrzewany stół, który może osiągnąć temperaturę co najmniej 200 ° F, PLA doskonale nadaje się do drukowania nawet na nieogrzewanych powierzchniach konstrukcyjnych.

Większość filamentów PLA wymaga temperatury dyszy tak niskiej, jak 350 ° F, ale ABS potrzebuje co najmniej 450 ° F dla stałego przepływu filamentu i silnej przyczepności międzywarstwowej. Niższe temperatury drukowania tylko wzmacniają naturalną wolną od wypaczeń naturę PLA, co ułatwia drukowanie dużych części PLA bez wypaczania i delaminacji. Pozwala to na drukowanie materiału bez obudowy, dzięki swojej wrodzonej odporności na przeciągi powietrza i wahania temperatury. Jednak drukowanie dużych części ABS wiąże się z ryzykiem wypaczenia i rozwarstwienia nawet w zamkniętych drukarkach, chyba że temperatura komory utrzymuje się powyżej 140 ° F.

Łatwość użytkowania PLA rozciąga się dodatkowo na jego zdolność do obsługi znacznie bardziej stromych nawisów niż jakikolwiek inny filament do drukowania 3D. Dzięki temu nawet najtańsze drukarki 3D mogą drukować wymagające modele 3D bez ryzyka deformacji. Niższe temperatury dysz umożliwiają również łatwe łączenie PLA, co zmniejsza zależność od podpór — umożliwiając w ten sposób nawet początkującym użytkownikom drukowanie skomplikowanych modeli 3D ze względną łatwością.

Niezwykle wybaczający charakter filamentów PLA sprawia, że ​​są one niezastąpione jako kółka treningowe dla początkujących. Druk z tego materiału znacznie zmniejsza frustrację związaną z drukiem 3D, co zachęca początkujących do wytrwania i nauki zaawansowanych technik druku 3D we własnym tempie. Tymczasem te Wskazówki dotyczące drukowania 3D może pomóc jeszcze bardziej przyspieszyć.

PLA vs. ABS: Porównanie właściwości fizycznych

Nie ma czegoś takiego jak darmowy lunch. To powiedzenie sprawdza się również w świecie druku 3D. Ze względu na łatwość drukowania, PLA blednie w porównaniu z ABS, jeśli chodzi o praktyczne zastosowania inżynierskie. Na początek jest znacznie twardszy niż ABS, ale to sprawia, że ​​jest o wiele bardziej kruchy. Upuść część wydrukowaną w PLA i jest całkiem prawdopodobne, że rozpadnie się na kawałki.

Tymczasem ABS wykazuje wyższą wytrzymałość na zginanie i plastyczność, co czyni go znacznie twardszym. Dzięki temu lepiej niż PLA pochłania wibracje i uderzenia, a także siły ścinające i rozciągające. Co ciekawe, ABS osiąga to wszystko, będąc jednocześnie lżejszym niż PLA dla tych samych części drukowanych przy podobnej gęstości objętościowej. To sprawia, że ​​ABS jest preferowanym włóknem do zastosowań inżynieryjnych, w których najważniejsza jest wytrzymałość i trwałość.

Chociaż wyższe temperatury drukowania wymagane przez ABS utrudniają drukowanie, zapewnia również doskonałą odporność na temperaturę. Części wydrukowane na włóknie PLA odkształcają się pod wpływem ciepła przekraczającego 120 ° F, podczas gdy części ABS mogą wytrzymać 200 ° F, zanim stracą swoją integralność strukturalną. To sprawia, że ​​ABS jest niezastąpiony w częściach funkcjonalnych stosowanych we wnętrzach samochodów i komorach silnika. Większość części do drukarek 3D jest również drukowana przy użyciu ABS, zwłaszcza gdy są rozmieszczone w pobliżu źródeł ciepła.

Jednak największym minusem używania PLA do jakichkolwiek celów funkcjonalnych jest jego niesamowita tendencja do pełzania. Odnosi się to do plastycznego odkształcenia PLA pod stałymi obciążeniami ściskającymi i rozciągającymi. Dokręć śrubę do części z PLA, a siła ściskania spowoduje z czasem zmiażdżenie materiału. W rezultacie będziesz musiał regularnie dokręcać śrubę, aż część w końcu ulegnie awarii. To samo zjawisko powoduje również, że z czasem nośne części PLA stopniowo opadają. Ogranicza to materiał do komponentów kosmetycznych i sprawia, że ​​jest to zły wybór do zastosowań funkcjonalnych i inżynieryjnych.

Dlaczego ABS nadal ma znaczenie w druku 3D?

Chociaż tradycyjny ABS może być trudny do wydrukowania, wiele łatwych do wydrukowania odmian mieszanek ABS (takich jak eSun ABS+) drukuje się z powodzeniem nawet w tanich drukarkach zamkniętych w prostych kartonowych pudełkach. Potrzebujesz większej sztywności w swoich częściach? Włókna ABS wzmocnione włóknem węglowym oferują nie tylko lepszą sztywność i wytrzymałość na rozciąganie, ale także znacznie zmniejszają wypaczenie i poprawiają drukowność. Tymczasem włókna ABS wzmocnione włóknem szklanym poprawiają sztywność i drukowność bez poświęcania wytrzymałości.

Chociaż zarówno PLA, jak i ABS mogą z łatwością znosić farbę, ten drugi jest lepszy do zaawansowanego przetwarzania końcowego. ABS można szlifować łatwiej niż PLA na początek, co ułatwia przygotowanie powierzchni do gruntowania i malowania. Jednak skłonność ABS do rozpuszczania się w acetonie nadaje zupełnie nowy wymiar technikom przetwarzania końcowego. Łączenie części ABS to pestka dzięki spawaniu acetonem, które polega po prostu na wystawieniu współpracujących powierzchni na działanie acetonu. Technika wygładzania parą acetonu jest dość prostą i dostępną metodą całkowitego usunięcia linii warstw z części ABS w celu uzyskania gładkiego wykończenia.

ABS jest również dość odporny na wchłanianie wilgoci, jest zwykle najtańszą opcją filamentu i robi to wszystko, zachowując jednocześnie możliwość bardzo szybkiego drukowania. W rzeczywistości gama drukarek CoreXY firmy Voron (więcej informacji można znaleźć w naszym Przewodnik dla początkujących Voron) są stosunkowo tanimi maszynami zamkniętymi, które są specjalnie zaprojektowane do drukowania ABS z bardzo dużą szybkością. Aby spojrzeć na to z innej perspektywy, ostatnio zbudowana przez nas drukarka Voron 0.1 może drukować ABS z zawrotną prędkością 200 mm/s przy zachowaniu doskonałej jakości druku.

PLA vs. ABS: Który z nich wybrać?

Chociaż PLA wykazuje porównywalny poziom odporności na wilgoć, opłacalność i szybkość drukowania, nadal nie nadaje się do zastosowań inżynierskich. Jednak nadal jest znacznie bezpieczniejszy niż ABS, który ma tendencję do odgazowywania szkodliwych lotnych związków organicznych (LZO) podczas drukowania.

Jako taki, PLA jest niezbędny dla początkujących, aby szybko nauczyć się podstaw drukowania 3D bez większej frustracji. Jest to również opłacalna opcja dla niezabudowanych drukarek i dla tych, którzy drukują tylko części kosmetyczne. Jednak po wycięciu zębów na PLA warto zbadać włókna pośrednie, takie jak PETG które z łatwością drukują na niezabudowanych drukarkach, oferując jednocześnie lepszą wytrzymałość i odporność na ciepło w porównaniu do PLA.

Jak znacznie obniżyć rachunki za energię w druku 3D

Czytaj dalej

O autorze