FDM耗材PLA與ABS對(duì)比，你應(yīng)該選擇哪種,？

導(dǎo)讀：談起聚合物3D打印,，如何選擇合適的耗材一直是一個(gè)令人頭疼的問題。幾乎任何3D打印技術(shù)都是如此,，但對(duì)于使用FDM/FFF 3D打印的初學(xué)者或業(yè)余愛好者來說,，這個(gè)問題尤為明顯。對(duì)他們來說,，似乎不知道哪種絲材最合適,。

在本期文章中,，南極熊對(duì)比了市面上兩種最流行和使用最廣泛的耗材——PLA與ABS之間的差異。從特性到打印要求等等,，我們仔細(xì)研究了PLA和ABS的異同,，以幫助你更好地了解根據(jù)你的需要使用哪一種。

PLA與ABS的特點(diǎn)和性能

當(dāng)然,，在談?wù)揚(yáng)LA與ABS的特性時(shí),，首先要考慮的是它們是由什么制成的。雖然兩者都被認(rèn)為是熱塑性塑料,，都是可以通過加熱軟化后再冷卻和硬化的聚合物,，但兩者的相似之處也就到此為止。眾所周知,，PLA是由玉米或甘蔗等有機(jī)材料制成的,，而ABS，像大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)塑料一樣,，是由石油制成的。更具體地說,，聚乳酸是由來自玉米,、木薯、玉米,、甘蔗或甜菜漿等來源的植物淀粉發(fā)酵而成,。這些來源的糖被轉(zhuǎn)化為乳酸，然后被聚合成聚乳酸,。相比之下,，ABS是由三種單體組成的：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯,。丙烯腈是一種合成（人造）單體,，來自丙烯和氨，丁二烯是一種石油碳?xì)浠�合��,，苯乙烯是由乙苯的脫氫（通過化學(xué)反應(yīng)去除氫）制成,。可以理解的是,，這些材料的構(gòu)成對(duì)材料的可持續(xù)性有影響,。

△如上圖所示，用PLA和ABS3D打印的零件在外觀和性能上都有差異（圖片來源：Fictiv）,。

PLA經(jīng)常被譽(yù)為更環(huán)保的材料,，因?yàn)樗鼘?shí)際上是可生物降解的。然而,，重要的是要注意,，它只有在適當(dāng)?shù)臈l件下才能真正生物降解,，許多城鎮(zhèn)沒有合適的設(shè)施來降解這種材料。這意味著,，雖然這是可能的,，但實(shí)際上只有通過工業(yè)堆肥才能真正做到。因此,，盡管聚乳酸當(dāng)然比許多材料更 "綠色",，特別是因?yàn)樗�是由可再生資源制成的，但當(dāng)涉及到處理時(shí),，它也許并不像人們經(jīng)常聲稱的那樣環(huán)保,。

另一方面，ABS也不被認(rèn)為是一種可持續(xù)或環(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，有利的是,，ABS是可回收的,，盡管它不被回收中心廣泛接受�,？紤]到許多人沒有意識(shí)到聚乳酸的生物降解性是多么有限,，這對(duì)于初學(xué)者來說甚至可以被認(rèn)為是一個(gè)加分項(xiàng)，因?yàn)樗麄兛赡軙?huì)更加確定塑料會(huì)得到適當(dāng)處理而不會(huì)產(chǎn)生更多廢物,。

除了材料的根源之外,，ABS和PLA也有獨(dú)特的屬性，導(dǎo)致它們彼此不同,。其中,，在討論打印的便利性時(shí)，這也是一個(gè)因素,，即每一種材料的耐熱性,。也就是說，ABS耐高溫,，有較高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度,，而PLA在較低的溫度下熔化，因此不被認(rèn)為是耐熱的,。這當(dāng)然會(huì)影響到材料的應(yīng)用,，這將在后面介紹。

一般來說,，如果你正在尋找一種具有更好機(jī)械性能的堅(jiān)韌材料,，你會(huì)想選擇ABS,。除了耐熱和具有更高的熱變形外，它還具有抗沖擊性,，比PLA更耐用和更輕,。也就是說，這兩種材料具有相似的抗拉強(qiáng)度（但ABS略低）,，但由于ABS具有更好的延展性或塑性,，以及更高的抗彎強(qiáng)度和更高的斷裂前伸長(zhǎng)率，因此在更多的工業(yè)應(yīng)用中通常更傾向于使用ABS,。從本質(zhì)上講,，這些意味著與更脆的聚乳酸相比，ABS更靈活,。這些因素使ABS甚至可以用于終端應(yīng)用,，這也是它在注射成型等行業(yè)中如此受歡迎的原因之一。

△聚乳酸與ABS的特點(diǎn)

然而,，PLA在其他一些方面勝出,。值得注意的是，它比ABS的強(qiáng)度和硬度都要高,。不過,，由于它的熔點(diǎn)低，它在50攝氏度以上就失去了這些特性,，使它在任何涉及熱應(yīng)用中不那么有用。然而,，即使ABS的耐熱性明顯高于PLA,，由于兩者都是熱塑性塑料，它們?cè)谧贤饩�和高溫下都會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解,。因此,，對(duì)于要在室外使用的部件，最好采用不同的材料,。

打印的便利性

現(xiàn)在我們已經(jīng)介紹了PLA與ABS的特點(diǎn)和性能,，下一步是討論3D打印過程本身。首先,，由于這兩種熱塑性塑料的玻璃化溫度不同,，打印的準(zhǔn)備工作也會(huì)不同。這是因?yàn)樾枰�考慮到物質(zhì)中發(fā)生熱力學(xué)轉(zhuǎn)變的溫度范圍,。就PLA而言,，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度范圍在60-100oC之間，而ABS在105-200oC之間,。這隨后決定了材料的熔點(diǎn),，或者說它何時(shí)會(huì)處于液體狀態(tài),，從而可以進(jìn)行打印。根據(jù)切片機(jī)中設(shè)置的參數(shù),，加熱3D打印機(jī)并達(dá)到所需溫度需要更多或更少的時(shí)間,。

與此相關(guān)的是，正確設(shè)置制造過程中的變量,，包括打印床和打印頭,，是至關(guān)重要的。ABS需要較高的打印床溫度,，約為80-110oC,，而PLA通常設(shè)定為60oC。就擠出機(jī)而言,，聚乳酸也需要較低的溫度,，具體為180-230℃左右，而ABS則需要210-250℃,。

就使用的方便性而言,，眾所周知，ABS的打印比PLA更復(fù)雜,。遇到的打印困難也與每種材料的溫度和特性有關(guān),。PLA的熔化溫度比ABS低，因此,，當(dāng)零件的3D打印過程完成后,，各層固化的熱變化較小。然而,，由于ABS需要更高的溫度來熔化,，在冷卻零件時(shí)將會(huì)有更突然的變化。這種熱收縮會(huì)導(dǎo)致零件的形狀不對(duì),。事實(shí)上,，最常見的問題之一是翹曲，即零件的兩端收縮,，從托盤上脫落并變形,。為了避免這種現(xiàn)象，在用ABS打印時(shí),，控制溫度和打印環(huán)境是至關(guān)重要的,，必要時(shí)使用粘合劑。這也是為什么通常強(qiáng)烈建議在用ABS打印時(shí)使用具有封閉腔的3D打印機(jī)的原因之一,。

△ABS往往會(huì)受到翹曲的影響,，這個(gè)問題與材料在溫度突然變化下的收縮有關(guān)。

這兩種材料的打印速度大致相同，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì),，因?yàn)椴恍枰獮椴煌�的材料重新調(diào)整切片機(jī)中的參數(shù),。PLA的打印速度一般為60毫米/秒，盡管有些用戶甚至使用過更高的速度,。另一方面,，ABS的速度通常在40-60毫米/秒之間，要達(dá)到更高的速度是很困難的,。

在制造過程中需要注意的另一點(diǎn)是制造過程中產(chǎn)生的排放物,。幾乎所有的熱塑性塑料長(zhǎng)絲在打印過程中都會(huì)產(chǎn)生有害的氣味和氣體，當(dāng)材料被加熱時(shí),，它就會(huì)釋放出含有顆粒的物質(zhì),，危害到人體健康。就聚乳酸而言,，由于它來自天然的植物來源,，它不會(huì)釋放出強(qiáng)烈的氣味，因此不值得關(guān)注,。然而,，眾所周知，ABS會(huì)釋放出有毒氣體和令人不舒服的氣味,。事實(shí)上,，這也是為什么強(qiáng)烈建議在使用ABS時(shí)要有一個(gè)封閉的打印外殼以及一個(gè)空氣過濾器，以防止煙霧被釋放到工作區(qū)的另一個(gè)原因,。即使這樣,，也建議不斷地對(duì)房間進(jìn)行通風(fēng)，以確保煙氣不進(jìn)入我們的肺部,。這與ABS中存在的苯乙烯有關(guān),，這種材料吸入后對(duì)人體是有毒的。

Polymaker的市場(chǎng)經(jīng)理LukeTaylor解釋說："聚乳酸是一種較弱的材料,，但它的優(yōu)點(diǎn)是非常容易操作,，非常容易打印,。你不需要加熱床,，你不需要高溫，它的收縮率很低,，而ABS的收縮率很高,。這是有道理的，一般來說機(jī)械性能越好,，它就越難加工,。盡管我們也可以在PLA中添加一些東西，使其更加堅(jiān)固,，而不改變其可打印性,。"

△用Polymaker的PLA長(zhǎng)絲3D打印的人物（圖片來源：Polymaker）

后期處理

在考慮PLA與ABS的問題時(shí),，可以說這兩種熱塑性塑料都可以使用類似的后期處理技術(shù)。雖然有一些明顯的差異,，其中之一是在打印后零件的表面,。PLA部件在移除后立即更有光澤，而ABS則傾向于有更多的啞光表面,。這兩種材料在打印后也都可以上色進(jìn)行裝飾,。

然而，ABS通常比PLA更容易進(jìn)行后期處理,。這有幾個(gè)原因：首先,，盡管兩者都可以打磨，但由于ABS的耐久性,，這一過程更容易,。PLA也更難打磨，因?yàn)樗�的耐熱性��,，更容易融化,。兩者都可以進(jìn)行加工，但用戶對(duì)PLA必須更加謹(jǐn)慎,。

同時(shí),，ABS不僅更容易用這些基本方法進(jìn)行后處理，而且如果你想獲得真正的光澤,，用ABS制作的零件可以用丙酮蒸汽進(jìn)行平滑處理,。丙酮是一種無色液體，通常用作塑料的溶劑,。雖然它不能用于PLA,，但使用ABS部件的人可以使用丙酮，以更快地進(jìn)行后期處理,，并獲得光亮的表面,。不過，用PLA做類似的處理也是可能的,。如果你想對(duì)PLA長(zhǎng)絲制成的部件進(jìn)行蒸汽平滑處理,，可以使用THF（或四氫呋喃）進(jìn)行手工拋光。

△這些打印部件在丙酮平滑處理后具有光澤度（圖片來源：Zortrax）

PLA與ABS的應(yīng)用

在討論P(yáng)LA與ABS時(shí),，我們可以發(fā)現(xiàn)另一個(gè)主要區(qū)別是每種材料的應(yīng)用,。根據(jù)建議的零件的用途，我們可以選擇其中一種,。PLA是FDM 3D打印中使用最多的材料,，而且它大多用于創(chuàng)客環(huán)境。這主要是由于它易于打印，以及它的機(jī)械性能使零件易碎,、脆弱并對(duì)陽光和高溫敏感,。由于這個(gè)原因，它通常被新手廣泛使用,，或用于創(chuàng)造裝飾性元素和玩具,。

另一方面，ABS是一種更加工業(yè)化的材料,，具有先進(jìn)的特性,，盡管它更難打印，但部件的質(zhì)量更好,。因此,，它經(jīng)常被用于開發(fā)原型、齒輪或工具,。簡(jiǎn)而言之,，它通常是在零件可以承受物理壓力和需要高機(jī)械和熱阻的情況下實(shí)施。因此,，在開始增材制造過程之前,，要評(píng)估兩種材料之間的差異，以便根據(jù)其用途創(chuàng)建零件,。

△PLA通常用于更多的制造者應(yīng)用,、裝飾性元素和玩具。另一方面,，ABS可用于需要較高機(jī)械和耐熱性的應(yīng)用,。

價(jià)格

就價(jià)格而言，PLA和ABS在功能上沒有區(qū)別,。相反,，價(jià)格因制造商等因素而不同。當(dāng)涉及到具有封閉系統(tǒng)的3D打印機(jī)時(shí),，制造商就體現(xiàn)出更大的作用了,。這意味著可以用于上述打印機(jī)的唯一絲材只能由相關(guān)制造商制造或批準(zhǔn)，這一決定通常是作為一種確保質(zhì)量控制的方式作出的,，但它可能影響價(jià)格,。盡管在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，ABS和PLA燈絲的價(jià)格即使不一樣,，也會(huì)差不多,。

一般來說,，我們發(fā)現(xiàn)1公斤PLA和ABS長(zhǎng)絲的起價(jià)在120元左右,，不過平均來說，一卷基本長(zhǎng)絲的價(jià)格似乎在135元左右。當(dāng)然,，如果你想要更高質(zhì)量的燈絲或特殊功能,，如多色或?qū)�業(yè)級(jí)，價(jià)格會(huì)高得多,。盡管如此,，應(yīng)該指出的是，由于PLA可能是最受歡迎的3D打印長(zhǎng)絲,，如前所述,，PLA長(zhǎng)絲往往有更多的顏色和選擇，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它被大多數(shù)材料或3D打印機(jī)制造商所銷售,。

△圖片來源：ColorFabb

雖然偶爾ABS絲比PLA絲貴,，但由于供應(yīng)量較少，這實(shí)際上是以原材料的形式反過來的,。作為最受歡迎的工業(yè)塑料之一,，例如樂高等制造商所使用的，ABS作為原材料,，也就是說在加工成燈絲等形狀之前,，實(shí)際上是比較便宜的。雖然這對(duì)FDM打印機(jī)影響不大,，但對(duì)那些使用顆粒的打印機(jī)來說,，這也可能是一個(gè)因素，因?yàn)樵谶@種情況下,，ABS可能比PLA更便宜,。

材料的制造商

在增材制造市場(chǎng)，致力于材料開發(fā)的公司數(shù)量確實(shí)很多,。由于FDM 3D打印是最廣泛使用的技術(shù),，無論是初學(xué)者還是工業(yè)公司，大多數(shù)制造商都會(huì)開發(fā)熱塑性聚合物長(zhǎng)絲,。因?yàn)镻LA比ABS更受歡迎,，而且更民主化，所以提供的產(chǎn)品更多�,，F(xiàn)在有數(shù)百種不同的品牌,、顏色和混合物，雖然ABS燈絲也有幾種品牌和顏色,，但供應(yīng)量比PLA小,。至于PLA材料的制造商，我們可以找到專門致力于開發(fā)長(zhǎng)絲的公司,，如Polymaker,、ColorFabb,、Filamentum、MatterHackers等,。

事實(shí)上,，我們可以看到，那些開發(fā)ABS類型耗材的公司可能也生產(chǎn)PLA,。為尋求合適的耗材,，我們可以咨詢像Polymaker、Hatchbox或Filamentum這樣的常見廠家,，以及其他許多公司,。同時(shí)，我們也可以選擇那些設(shè)備制造商,，盡管原材料不是他們的主要業(yè)務(wù),，但他們也將部分時(shí)間用于開發(fā)3D打印材料，例如：Ultimaker,、Zortrax或Flashforge等公司,。

△PLA和ABS的比較（圖片來源：3Dnatives）