PLA vs ABS ：如何選擇3D打印材料？

導讀：當談到3D打印聚合物時，可能很難決定使用哪一種材料。尤其是對于使用FDM/FFF 3D 打印的初學者或愛好者來說,，不知道使用哪種長絲最合適,。南極熊將比較兩種最流行和廣泛使用的長絲,，PLA與ABS。從性能到打印要求等方面,，仔細研究PLA和ABS的異同,，幫助打印人員更好地了解需要使用哪一種材料。



PLA 與 ABS 的特性和性能
在談到 PLA 與 ABS 的特性時,，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來源制成的，而 ABS 與大多數(shù)標準塑料一樣,，是由石油制成的,。更具體地說，PLA 是由來自玉米,、木薯,、玉米、甘蔗或甜菜漿等來源的發(fā)酵植物淀粉制成的,，其中的糖被轉化為乳酸,，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（通過化學反應除去氫）制成的。這些材料對環(huán)境的“可持續(xù)性”有影響,。


△如上圖所示（圖片來源：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 通常被譽為更環(huán)保的材料,，因為它是可生物降解的,。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正確降解材料。這意味著雖然有可能,，但實際上只有通過工業(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，一個優(yōu)點是 ABS 是可回收的,，而且許多人沒有意識到 PLA 的生物降解性有多么有限,，所以有些初學者可能會更加確定PLA會得到適當處理而不會產生更多廢物。

超越材料的根源,，ABS 和 PLA 還具有另一個不同的特性——耐熱性,。ABS具有一定的耐熱性并具有較高的玻璃化轉變溫度，而 PLA 能在低得多的溫度下熔化,，因此被認為是不具有耐熱性的,。這當然會影響材料的應用，后文會詳細進行介紹,。

如果您正在尋找一種更堅韌且具有更好機械性能的材料,，南極熊推薦您使用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度（但是 ABS 略低）,，ABS通常更適合更多的工業(yè)應用，這主要是因為其改善的延展性和不斷裂的能力,，以及具有更高的抗彎強度和更高的斷裂前伸長率,。正因為有上述多種特性，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

值得注意的是,，PLA比ABS更堅固,、更硬。但由于它的熔點很低,，會在50攝氏度以上失去這些特性,，所以在涉及較高溫的環(huán)境下無法使用。然而,，即使 ABS 的耐熱性明顯高于 PLA,，但因為兩者都是熱塑性塑料，在紫外線和高溫下都會隨著時間的推移而降解,。

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變溫度不同,，因此打印的準備工作會有所不同,。這是因為需要考慮物質發(fā)生熱力學轉變的溫度范圍。就 PLA 而言,，玻璃化轉變溫度范圍在 60 – 100oC 之間,，而 ABS 則在 105 – 200oC 之間。這決定了切片機中設置的參數(shù)以及加熱3D打印機并達到所需溫度需要的時間,。

同時,，必須正確設置制造過程的變量，包括打印平臺和打印頭,。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 更復雜,。遇到的打印問題還與每種材料的溫度和性能有關。PLA 的熔化溫度低于 ABS,，因此,，當零件的 3D 打印過程完成時，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，因此在冷卻零件時會出現(xiàn)更突然的變化,。這種熱收縮會導致零件變形,。最常見的問題之一是翹曲，其中零件的末端會收縮,、從托盤上脫離并變形,。為避免這種現(xiàn)象，使用 ABS 打印時,，控制溫度和打印環(huán)境至關重要,，必要時使用粘合劑。


△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的問題

兩種材料的打印速度大致相同,，無需針對不同材料重新調整切片機中的速度參數(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，很難達到更高的速度,。

在制造過程中要記住的另一點是制造過程中產生的廢物排放,，因為幾乎所有熱塑性長絲在打印過程中都會產生有害氣味和氣體。當材料被加熱時,，它會釋放出含有對健康有害的顆粒的物質,。就 PLA 而言，由于它來自天然植物來源,，因此不會散發(fā)出強烈的氣味,，因此無需擔心。然而,，ABS 會散發(fā)出有毒氣體和難聞的氣味,，南極熊強烈建議在使用 ABS 時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,，以確保煙霧不會到達我們的肺部。這與 ABS 中存在苯乙烯有關,，這是一種吸入后對人體有毒的材料,。

Polymaker 的營銷經(jīng)理 Luke Taylor 解釋說：“ PLA 是一種較弱的材料，但優(yōu)點是它很容易使用,，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。一般來說,，我們看到機械性能越好,，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固而不改變打印適應性,。“


△使用 Polymaker 的 PLA 長絲 3D 打印的數(shù)字（照片來源：Polymaker）

后期處理
大部分后處理技術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,，因為它的耐熱性低,，更容易熔化。

與此同時,，ABS 不僅更容易使用這些基本方法進行后處理,，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行平滑處理,。丙酮是一種無色液體,，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進行更快的后處理和光澤飾面,。還是可以用 PLA 進行類似的過程。如果您希望對由 PLA 燈絲制成的部件進行蒸汽平滑處理,，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（照片來源：Zortrax）

PLA 與 ABS 的應用
在討論 PLA 與 ABS 時,，我們可以發(fā)現(xiàn)的另一個主要區(qū)別是每種材料使用的應用領域,。PLA 是 FDM 3D 打印中使用最多的材料，主要用于創(chuàng)客環(huán)境,。這主要是因為它易于打印,，以及它易碎、脆弱且對陽光和高溫敏感等特性,。出于這個原因,，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,，具有先進的特性，雖然打印難度更大,，但零件的質量更好,。因此，它經(jīng)常用于原型,、齒輪或工具的開發(fā),。簡而言之，它通常在零件可能承受物理應力以及需要高機械和耐熱性的情況下實施。因此,，在開始增材制造過程之前,，請評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用,、裝飾元素和玩具。ABS 可用于需要更高機械和耐熱性的應用,。

價格
在價格方面,，PLA和ABS在功能上沒有區(qū)別。相反,，價格因制造商等因素而異,。當涉及到具有封閉系統(tǒng)的 3D 打印機時，3D制造商是首選,。這意味著可以與所述打印機一起使用的唯一燈絲是相關制造商制造或批準的,。此決定通常是作為確保質量控制的一種方式，但這可能會影響價格,。盡管如此,，在一個封閉的系統(tǒng)中，ABS 和 PLA 燈絲的價格即使不相同,，也將是相似的,。

一般來說，我們發(fā)現(xiàn) 1 公斤的 PLA 和 ABS 長絲起價約為 18 美元,，平均而言,，基本長絲卷的價格在 20 美元左右。當然,，如果您想要更高質量的燈絲或多色或專業(yè)級等特殊功能,，價格會高得多。應該注意的是,，由于 PLA 可能是最流行的 3D 打印燈絲,，PLA 燈絲的顏色和選項往往更廣泛，您會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)材料或 3D 打印機制造商都在出售它,。作為最受歡迎的工業(yè)塑料之一,，例如被 LEGO 等制造商使用，ABS 作為原材料實際上更便宜,。


△圖片來源：ColorFabb


材料制造商
在增材制造市場,，致力于材料開發(fā)的公司數(shù)量確實非常多。由于 FDM 3D 打印是使用最廣泛的技術,，無論是初學者還是工業(yè)公司,，大多數(shù)制造商都開發(fā)熱塑性聚合物長絲,。因為 PLA 比 ABS 更受歡迎，所以報價要大得多�,，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,，但供應量比 PLA 少。至于PLA材料的制造商,，可以找到專門從事長絲開發(fā)的公司,，如Polymaker、ColorFabb,、Filamentum,、MatterHackers等。


△PLA 和 ABS 之間的比較（圖片來源：3Dnatives）