PLA vs. ABS vlákna pre 3D tlač: Aký je rozdiel?

FDM, alebo Fused Deposition Modeling, je technika 3D tlače, ktorá úspešne prešla z komerčného na spotrebiteľský priestor 3D tlače. Väčšina domácich FDM 3D tlačiarní dokáže roztaviť a vytlačiť širokú škálu termoplastických polymérov do funkčných a kozmetických častí. Prevažná väčšina nadšencov 3D tlače však prisahá na polyméry PLA a ABS, ktoré sa predávajú v pohodlných cievkach vlákna.

Prečo sú však tieto vlákna na 3D tlač populárne a ktoré z nich je pre vás tou správnou voľbou?

Odpoveď na túto otázku zahŕňa pochopenie fyzikálnych vlastností týchto materiálov a ich vzťahu k 3D tlačeným častiam. Poďme demystifikovať tieto populárne vlákna, aby sme zistili, ktoré najlepšie vyhovuje vašim potrebám v oblasti 3D tlače.

Čo je ABS a prečo je ťažké tlačiť?

ABS alebo akrylonitrilbutadiénstyrén je jedným z prvých materiálov používaných ako vlákna na 3D tlač. Názov pochádza z troch základných chemikálií používaných pri výrobe termoplastického polyméru. Zloženie týchto základných chemikálií sa môže meniť, aby sa vyrobili rôzne zmesi ABS, aby vyhovovali rôznym technickým potrebám.

ABS sa široko používa v priemysle vstrekovania na výrobu bežných spotrebných produktov, od krytov na kľúče a kociek LEGO až po automobilové komponenty a potrubné armatúry. Nízke náklady a rýchla dostupnosť surových ABS peliet v kombinácii so znalosťou tohto materiálu zo strany výrobného priemyslu zabezpečili jeho prijatie v priemysle komerčnej 3D tlače.

Obchodná časť je dôležitá, pretože ABS má tendenciu sa zmršťovať, keď sa materiál ochladzuje. Vďaka tomu sú komerčné 3D tlačiarne vybavené vyhrievanými tlačovými komorami povinné pre tlač ABS. Udržiavanie zvýšených teplôt v komore zabraňuje ochladzovaniu častí ABS počas tlače a ich deformácii v dôsledku následného zmrštenia. Inak je ťažké tlačiť ABS spoľahlivo bez uzavretia 3D tlačiarne do vyhrievanej stavebnej komory.

Priekopník 3D tlače Stratasys dlho držal patent na vyhrievané a uzavreté tlačové komory. To spôsobilo, že spotrebiteľské 3D tlačiarne neboli schopné tlačiť ABS. Nadšenci 3D tlače vlastnými rukami si však mohli voľne stavať tlačiarne s vyhrievanými stavebnými komorami bez toho, aby ich prepadla armáda právnikov Stratasys. To spôsobilo, že spotrebiteľský priemysel 3D tlače nemá žiadne životaschopné prostriedky na oslovenie masy.

Nie je prekvapením, že priemysel nakoniec prišiel s novým filamentom, ktorý by sa mohol dobre hrať s lacnými, nezakrytými tlačiarňami.

PLA: 3D tlač s tréningovými kolesami

PLA alebo kyselina polymliečna je „biologicky odbúrateľný“ termoplast vyrobený spracovaním prírodných materiálov, ako je cukrová trstina a kukuričný škrob. Aj keď nemusí spĺňať tvrdenia o tom, že je biologicky odbúrateľný, PLA to kompenzuje jednoduchosťou tlače. Zatiaľ čo ABS potrebuje 3D tlačiareň vybavenú vyhrievaným lôžkom schopným dosiahnuť aspoň 200 °F, PLA je dokonale potlačiteľné aj na nevyhrievané stavebné povrchy.

Väčšina vlákien PLA vyžaduje teplotu trysky až 350 °F, ale ABS potrebuje aspoň 450 °F pre konzistentný tok vlákna a silnú medzivrstvovú priľnavosť. Nižšie teploty tlače len posilňujú prirodzenú nedeformovanosť PLA, čo uľahčuje tlač veľkých dielov PLA bez deformácie a delaminácie. To umožňuje materiál tlačiť bez obalu, vďaka jeho prirodzenej odolnosti voči prievanu a teplotným výkyvom. Pri tlači veľkých ABS dielov však existuje riziko deformácie a delaminácie aj v uzavretých tlačiarňach, pokiaľ teploty v komore nezostanú nad 140 °F.

Jednoduchosť použitia PLA sa ďalej rozširuje na jeho schopnosť zvládnuť oveľa strmšie previsy ako akékoľvek iné vlákno pre 3D tlač. To umožňuje aj tým najlacnejším 3D tlačiarňam tlačiť náročné 3D modely bez rizika deformácie. Nižšie teploty trysiek tiež umožňujú ľahké premostenie PLA, čo znižuje závislosť na podperách, čím umožňuje aj úplným začiatočníkom tlačiť zložité 3D modely relatívne jednoducho.

Extrémne zhovievavý charakter vlákien PLA z nich robí nepostrádateľné ako tréningové kolesá pre začiatočníkov. Tlač s materiálom výrazne znižuje frustráciu spojenú s 3D tlačou, čo povzbudzuje začiatočníkov, aby vydržali a naučili sa pokročilé techniky 3D tlače vlastným tempom. Medzitým tieto 3D tlačové hacky môže pomôcť urýchliť veci o niečo ďalej.

PLA vs. ABS: Porovnanie fyzikálnych vlastností

Nič také ako obed zadarmo neexistuje. Toto príslovie platí aj vo svete 3D tlače. Pri všetkej svojej ľahkej tlači, PLA slabne v porovnaní s ABS, pokiaľ ide o praktické inžinierske aplikácie. Na začiatok je výrazne tvrdší ako ABS, ale vďaka tomu je tiež oveľa krehkejší. Pustite časť vytlačenú v PLA a je dosť pravdepodobné, že sa rozbije na kúsky.

Medzitým ABS vykazuje vyššiu pevnosť v ohybe a klzu, čo ho robí oveľa tvrdším. To mu umožňuje absorbovať vibrácie a nárazy, ako aj šmykové a ťahové sily, lepšie ako PLA. Je zaujímavé, že ABS toto všetko dosahuje, pričom je ľahší ako PLA pre rovnaké diely vytlačené pri podobnej objemovej hustote. Vďaka tomu je ABS vlákno voľbou pre inžinierske aplikácie, kde je pevnosť a odolnosť prvoradá.

Zatiaľ čo vyššie teploty tlače vyžadované ABS sťažujú tlač, poskytuje tiež vynikajúcu teplotnú odolnosť. Časti vytlačené vo vlákne PLA sa deformujú, keď sú vystavené teplu nad 120 ° F, zatiaľ čo diely ABS môžu odolať teplote 200 ° F, kým stratia svoju štrukturálnu integritu. Vďaka tomu je ABS nevyhnutný pre funkčné diely používané v interiéroch automobilov a motorových priestoroch. Väčšina dielov 3D tlačiarní je tiež vytlačená pomocou ABS, najmä ak sú umiestnené v blízkosti zdrojov tepla.

Najväčšou nevýhodou používania PLA na akýkoľvek funkčný účel je však jeho nezvyčajná tendencia k plazeniu. To sa týka plastickej deformácie PLA pri konštantnom zaťažení tlakom a ťahom. Utiahnite skrutku do časti PLA a tlaková sila spôsobí, že sa materiál časom rozdrví. V dôsledku toho budete musieť skrutku pravidelne uťahovať, až kým časť nakoniec nezlyhá. Rovnaký jav tiež spôsobuje, že nosné časti PLA časom postupne klesajú. To obmedzuje materiál na kozmetické komponenty a robí z neho zlú voľbu pre funkčné a inžinierske aplikácie.

Prečo je ABS stále relevantné v 3D tlači?

Hoci tradičné ABS môže byť náročné na tlač, mnohé variácie zmesí ABS s jednoduchou tlačou (ako je ABS+ od eSun) sa úspešne tlačia aj v lacných tlačiarňach uzavretých v jednoduchých kartónových škatuliach. Potrebujete väčšiu tuhosť vo svojich častiach? ABS vlákna vystužené uhlíkovými vláknami nielenže ponúkajú lepšiu tuhosť a pevnosť v ťahu, ale tiež výrazne znižujú deformáciu a zlepšujú tlač. Medzitým vlákna ABS vystužené sklenenými vláknami zlepšujú tuhosť a potlačiteľnosť bez obetovania húževnatosti.

Zatiaľ čo PLA aj ABS môžu ľahko naniesť farbu, druhé z nich je lepšie pre pokročilé následné spracovanie. ABS možno brúsiť ľahšie ako PLA pre začiatočníkov, čo uľahčuje prípravu povrchu na základný náter a lakovanie. Avšak sklon ABS rozpúšťať sa v acetóne dodáva technikám následného spracovania úplne nový rozmer. Spájanie ABS dielov je hračka s acetónovým zváraním, ktoré jednoducho zahŕňa vystavenie spojovaných povrchov acetónu. Technika vyhladzovania pár acetónom je pomerne jednoduchá a dostupná metóda na úplné odstránenie vrstiev vrstiev z dielov ABS, aby sa dosiahol hladký povrch.

ABS je tiež pomerne odolný voči absorpcii vlhkosti, je zvyčajne najlacnejšou možnosťou filamentu, a to všetko pri zachovaní schopnosti tlačiť extrémne rýchlo. V skutočnosti je rad tlačiarní Voron CoreXY (viac sa môžete dozvedieť v našom Voronský sprievodca pre začiatočníkov) sú relatívne lacné uzavreté stroje, ktoré sú špeciálne navrhnuté na tlač ABS pri extrémne vysokých rýchlostiach. Aby sme to uviedli do perspektívy, tlačiareň Voron 0.1, ktorú sme nedávno postavili, dokáže tlačiť ABS rýchlosťou 200 mm/s pri zachovaní vynikajúcej kvality tlače.

PLA vs. ABS: Ktorý z nich by ste si mali vybrať?

Aj keď PLA vykazuje porovnateľné úrovne odolnosti proti vlhkosti, nákladovú efektívnosť a rýchlosť tlače, stále nie je vhodný pre technické aplikácie. Stále je však výrazne bezpečnejší ako ABS, ktoré má tendenciu pri tlači uvoľňovať škodlivé VOC (prchavé organické zlúčeniny).

Ako taká je PLA pre začiatočníkov nevyhnutná, aby sa rýchlo naučili laná 3D tlače bez veľkej frustrácie. Je to tiež životaschopná možnosť pre tlačiarne bez uzavretých priestorov a pre tých, ktorí tlačia iba kozmetické časti. Keď ste si však už prerezali zuby na PLA, oplatí sa preskúmať intermediárne vlákna, ako je PETG ktoré jednoducho tlačia na nezakrytých tlačiarňach a zároveň ponúkajú lepšiu pevnosť a tepelnú odolnosť v porovnaní s CHKO.

Ako výrazne znížiť účet za energiu pri 3D tlači

Prečítajte si ďalej

O autorovi