PLA и ABS: основные отличия

3 сентября 20243 сен 2024

386

13 мин

Оглавление

Свойства материалов
Предел прочности при растяжении
Ударная вязкость

PLA и ABS - два наиболее распространенных материала для 3D-печати. Узнайте о различиях между нитями PLA и ABS и о том, как печатать ими обоими!

3D-печать включает в себя множество технологий, но наиболее популярной среди потребителей является технология моделирования методом наплавления (FDM). Нити могут быть изготовлены из различных материалов, но обычно это термопласты, поскольку их можно легко расплавить.

Из множества различных типов нитей наиболее популярной является полимолочная кислота (PLA), известная своей простотой использования и низкой ценой. Но существуют и другие распространенные материалы, например, акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), широко используемый в производстве потребительских товаров для литья под давлением.

3DMART студия - услуги 3D печати, изготовление запасных частей, заказ образцов, 3D моделирование, разработка корпусов РЭА, 3D формы, технологическая оснастка и приспособления.

#

PLA и АБС - две самые популярные нити, используемые для 3D-печати методом FDM. Несмотря на то, что оба материала изготовлены из термопластов и выглядят одинаково, у них много различий. В этой статье мы сравним эти два материала по нескольким параметрам, включая свойства, печать и цену.

PLA / ABS

Температура сопла 190-230 °C / 230-270 °C

Температура стола 50-60 °C / 90-120 °C

Закрытый Корпус не требуется / требуется

Температура в камере - / >65 °C

Простота печати да / есть сложности

Испарения незначительные / значительные, неприятные

Свойства материалов

Давайте сначала рассмотрим свойства материалов PLA и ABS. Мы рассмотрим их прочность, долговечность, термостойкость, возможность последующей обработки, гидроскопичность и возможность вторичной переработки.

Предел прочности при растяжении

Предел прочности при растяжении (UTS) - это максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении или вытягивании перед разрывом. Оно измеряется с помощью машины для испытания на растяжение, которая прикладывает растягивающую нагрузку к испытуемому образцу до тех пор, пока он не сломается.

Согласно легкодоступным спецификациям материалов и другим тестам, PLA обладает более высоким пределом прочности при растяжении, чем ABS, для образцов с одинаковой нагрузкой, напечатанных с использованием тех же настроек. Тем не менее, следует также учитывать, что PLA имеет плотность на ~20% выше (~1,25 г/см3), чем ABS (~1,04 г/см3). Это делает их соотношение массы к весу практически одинаковым, хотя PLA по-прежнему имеет небольшое преимущество.

От того, насколько хорошо слои сцепляются друг с другом, зависит предел прочности материала при растяжении. ABS более чувствителен к проблемам адгезии слоев, чем PLA. При неправильном режиме печати (например, при недостаточной текучести и низких температурах окружающей среды) адгезия АБС-пластика к слою будет ниже, что снижает прочность детали, особенно при нагрузке поперек слоев. Однако это не будет проблемой при печати АБС-пластиком на закрытых принтерах при высоких температурах окружающей среды, поскольку это обеспечивает отличную адгезию слоя.

С точки зрения ударной вязкости ABS значительно превосходит PLA.

Ударная вязкость

Ударная вязкость, также известная как ударопрочность, – это способность материала выдерживать ударную нагрузку, то есть способность материала поглощать внезапную или интенсивную силу или удар без разрушения. К распространенным методам испытаний относятся ударный тест Izod и ударный тест Шарпи с надрезом, при котором маятник наносит удар по образцу с надрезом и измеряет энергию, поглощаемую при разрушении. Вы даже можете самостоятельно изготовить установку для испытания на удар.

С точки зрения ударной вязкости ABS значительно превосходит PLA. Это неудивительно, поскольку ABS известен своей очень высокой ударной вязкостью, особенно среди недорогих полимеров. PLA более жесткий и хрупкий материал.

Долговечность

При описании материала долговечность определяется как способность прослужить длительное время без существенного износа при соблюдении определенных условий эксплуатации. Здесь мы рассмотрим только устойчивость к ультрафиолетовому излучению и химическую стойкость.

Устойчивость к ультрафиолетовому излучению

Хотя ABS более устойчив к ультрафиолетовому излучению, чем PLA, оба материала разрушаются под воздействием ультрафиолета. Вы можете выбрать акрилонитрилстиролак-акрилат (ASA), небольшое производное ABS, которое обладает гораздо большей устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям. Он также обладает превосходными механическими свойствами и термостойкостью, как АБС, но стоит дороже, чем обе нити.

Химическая стойкость

Что касается химической стойкости, PLA более подвержен химическому разрушению, чем ABS, под воздействием различных кислот и спиртов (и при различных концентрациях). Исследовательская компания Prusa Research разработала сводную таблицу, в которой различные нити были протестированы в лабораторных условиях. Вы увидите, что в большинстве случаев характеристики ABS выше, чем у PLA.

Термостойкость

Термостойкость является важным аспектом, который необходимо учитывать при многих применениях, включая детали машин, а также те, которые в основном будут находиться на открытом воздухе. При длительном воздействии высоких нагрузок на детали может наблюдаться постепенная механическая деформация. Это явление известно как “ползучесть”, и температура является основной движущей силой ползучести материала.

Стандарт испытаний ISO75 показывает температуру теплового прогиба, при которой материал мгновенно прогибается на 0,25 мм при небольших нагрузках 0,45 МПа и 1,8 МПа. При таких температурах механические свойства деталей резко снижаются и они становятся непригодными для механического использования.

В данном случае ABS имеет преимущество перед PLA. В то время как температура теплоотдачи PLA составляет около 60 °C, ABS может нагреваться до 100 °C. Однако имейте в виду, что это не те температуры, при которых вы можете безопасно использовать детали каким-либо функциональным образом, особенно при нагрузках.

Безопасные рабочие температуры – при нулевой или минимальной ползучести материала – намного ниже температуры теплового отклонения. Например, при длительном воздействии температуры выше 70°C на детали из АБС-пластика в закрытых помещениях может наблюдаться заметная ползучесть.

Что касается деталей из PLA, то длительное воздействие температур выше 35 °C может вызвать проблемы. PLA очень плохо переносит нагревание. Из-за высокой ползучести и очень низкой термостойкости этот материал не подходит для любых функциональных деталей.

Гигроскопичность

Как PLA, так и ABS довольно гигроскопичны и легко впитывают влагу из воздуха. Эта влага ухудшает качество самого материала, что приводит к чрезмерному расслаиванию, образованию пузырьков воздуха и плохой адгезии слоев во время печати. Это приводит к снижению качества и прочности печати. ABS, как правило, более гигроскопичен, чем PLA.

В любом случае, рекомендуется хранить оба материала в помещении без повышенной влажности и высушивать их (при температуре около 55 °C для PLA и 75 °C для ABS) перед печатью.

Безопасность пищевых продуктов

Как чистый PLA, так и чистый ABS нетоксичны и безопасны для пищевых продуктов. Они широко используются и одобрены в пищевой промышленности. Например, PLA часто используется для изготовления экологически чистых столовых приборов, а ABS - для контейнеров для пищевых продуктов и таких инструментов, как формочки для печенья. Однако изделия для этих целей обычно формуются под давлением с использованием чистых первичных гранул.

Нити для 3D–печати содержат добавки, которые значительно улучшают характеристики материала и качество печати - например, уменьшают деформацию при очень высоких температурах в камере. В большинстве случаев эти добавки делают нить небезопасной для пищевых продуктов. Тем не менее, некоторые производители предлагают нити, соответствующие пищевым стандартам.

Помимо нитей филамента, существуют важные требования к оборудованию, связанные с безопасностью пищевых продуктов. Детали вашего принтера, контактирующие с нитью , вряд ли будут безопасны для пищевых продуктов. Например, шестерни экструдера, проход через горячий хотенд и сопло могут быть изготовлены не из пищевой стали. Возможно, они соприкасались с нитями или смазочными материалами, не безопасными для пищевых продуктов. Латунные сопла также могут изнашиваться, в результате чего на печатаемой детали остается некоторое количество латуни.

В деталях FDM также могут быть небольшие пустоты между слоями, где могут размножаться бактерии. Без соответствующей последующей обработки эти детали небезопасны для пищевых продуктов.

Таким образом, не рекомендуется использовать детали из PLA или ABS с FDM-печатью для пищевых целей, если только вы не рассмотрели и не предприняли меры по предотвращению любых форм загрязнения.

Пригодность для вторичной переработки

Как PLA так и АБС-пластик пригодны для вторичной переработки. Однако оба они подпадают под идентификационный код №7 (“Прочие"), что означает, что ни один из них не подлежит вторичной переработке в обычных условиях. Материалы, которые легко перерабатываются, относятся к категории № 1-6, и это те виды пластика, которые обычно включаются в программы утилизации уличных отходов.

В большинстве случаев полимеры из категории № 7 нецелесообразно перерабатывать, поэтому их утилизируют. Тем не менее, существуют сервисы, которые перерабатывают , в том числе материалы PLA и ABS.

Мы также можем рассмотреть возможность биологического разложения. PLA поддается биологическому разложению и компостированию, поскольку изготавливается из таких материалов, как кукуруза. Однако для полного биоразложения АБС-пластика требуются очень специфические условия, и в условиях непромышленного компостирования потребуются годы или десятилетия, чтобы он полностью разложился. Будучи полученным из нефти, АБС-пластик не поддается биологическому разложению.

Печать

PLA и ABS - это очень разные материалы, как и их печатные характеристики. Давайте рассмотрим, как печатать на обоих материалах!

Температура

Температура - важный параметр, который следует учитывать при печати обоими материалами.

Хотэнд

При температуре около 230-270 °C для печати на ABS требуется гораздо более высокая температура, чем на PLA, которая печатает всего при 190-230 °C. Как и в случае с большинством нитей, рекомендуется выбирать более высокий предел этого диапазона для повышения максимальной объемной скорости потока и адгезии слоев. Однако будьте осторожны при значительном превышении этого диапазона, так как слишком высокая температура может привести к чрезмерному вытягиванию, тепловому расползанию или плохим выступам. Как всегда, не забудьте ознакомиться с рекомендациями производителя!

Несмотря на то, что вы можете удобно печатать PLA с хотэндом с трубкой PTFE внутри, но для обеспечения универсальности и надежности рекомендуется печатать оба материала с цельнометаллическим соплом. Благодаря цельнометаллическому соплу вы можете печатать несколько материалов на одном принтере, а периодическая замена трубки из PTFE не требуется.

Стол с подогревом

Более высокая температура нагреваемого слоя имеет решающее значение для печати деталей из АБС-пластика. Это не только обеспечивает хорошую адгезию первого слоя (для уменьшения коробления), но и помогает разогреть пассивно нагреваемый корпус (о чем мы поговорим далее). Температура должна быть в пределах от 90 до 120 °C, но опытные пользователи склоняются к 110 °C, чтобы продлить срок службы магнитов для популярных магнитных пластин.

Диапазон температур стола для PLA составляет от 50 до 60 °C. Печать на PLA возможна даже без подогрева стола или при температуре ниже 50 °C, но это зависит от многих факторов, таких как тип поверхности стола и использование клея. Однако это может привести к деформации и другим проблемам, поэтому все равно рекомендуется поддерживать температуру стола от 50 до 60 °C.

Закрытый корпус

Для деталей из PLA не требуется и не рекомендуется использовать закрытый корпусу. Печатать с помощью нити PLA для начинающих гораздо проще, чем с ABS. Она хорошо прилипает к чистой печатной плате и редко деформируется при температуре стола в пределах рекомендуемого диапазона 50-60 °C. PLA также обладает отличной адгезией к столу и незначительной усадкой без закрытого корпуса. Поэтому закрытый корпус не требуется.

Однако, если вы решите печатать на закрытом принтере, убедитесь, что температура в камере не превышает 40 °C. Учитывая очень низкую температуру размягчения PLA, высокая температура корпуса может привести к распространению тепла и сбою печати.

Когда речь заходит об АБС, корпус имеет решающее значение для изготовления прочных и бездефектных деталей из АБС. Этот материал печально известен своей склонностью к деформации и расслаиванию по слоям из-за термического сжатия.

Благодаря закрытому корпусу печать поддерживается при высокой температуре, что приводит к уменьшению температурного перепада. Детали не остывают слишком быстро, что устраняет проблемы с деформацией и расслаиванием. Это также уменьшает колебания температуры и сквозняки, которые отрицательно сказываются на качестве материала для печати и прочности напечатанных деталей.

Для прочных деталей из АБС-пластика лучше всего использовать высокотемпературный корпус или камеру с активным подогревом. Высокая температура окружающей среды способствует лучшему сцеплению слоев и снимает внутренние напряжения, что значительно повышает прочность деталей. Поэтому для получения прочных отпечатков на АБС-материале рекомендуется использовать камеру с температурой выше 65 °C. Даже более высокие температуры (80-90 °C) способствуют повышению прочности, но они также требуют дополнительного охлаждения.

Охлаждение

Для деталей из PLA-пластика важно обеспечить высокое охлаждение, чтобы предотвратить дефекты, перегрев, а также обеспечить хорошее соединение и выступы. С помощью PLA можно добиться прочности деталей и хорошей адгезии слоев даже при относительно высоких настройках охлаждения. Таким образом, при печати на PLA-принтах охлаждение следует настраивать на максимальную мощность.

Охлаждение АБС-пластика более сложное, оно зависит от температуры в камере, при которой выполняется печать. Хотя охлаждение может улучшить качество уклонов и образования мостиков, чрезмерное охлаждение или слишком быстрое охлаждение АБС-пластика может привести к ухудшению адгезии слоев, а также к увеличению деформации и расслаиванию. Однако при высокой температуре в камере это не будет проблемой.

Просто имейте в виду, что чем выше температура в камере, тем больше следует использовать охлаждающих устройств. Если у вас корпус с относительно низкой температурой и пассивным обогревом, настройки охлаждения также должны быть минимальными.

Постобработка

Как правило, ABS имеет больше возможностей для последующей обработки, чем PLA. Пользователям особенно нравится, что его можно обрабатывать ацетоном, что позволяет получить детали с очень гладкой, глянцевой поверхностью, подобной деталям, отлитым под давлением или обработанным механическим способом.

Кроме того, вы можете относительно легко модифицировать или склеить детали из АБС-пластика, используя эффективные растворители, такие как ацетон или производные АБС-клея. Это особенно полезно для крупных деталей или моделирования.

ЗАЗУБРИНЫ труднее растворять растворителями, и для их устранения можно использовать только специальные химикаты. При этом заготовки легко поддаются последующей обработке (шлифовке, сверлению, нарезанию резьбы) и легко окрашиваются.