Adakah Filamen ABS Lebih Baik Daripada PLA?

Clive Chen di sini, Jurutera Kanan di Rapmaf.

Jika anda menjalankan makmal prototaip pantas, mengurus lantai pembuatan bahan tambahan atau hanya membeli filamen untuk pasukan kejuruteraan anda, anda menghadapi perdebatan polimer yang sama setiap hari: Adakah filamen ABS lebih baik daripada PLA?

Apabila jurutera junior atau pengurus perolehan bertanya kepada saya perkara ini, saya segera menghentikan mereka. Dalam kejuruteraan, perkataan "lebih baik" adalah perkataan yang berbahaya. Bahan tidaklah lebih baik secara objektif; ia hanya direkayasa dengan kekangan mekanikal dan terma yang berbeza.

Jika anda mencetak lekapan yang akan diletakkan di dalam ruang enjin kereta yang panas, satu bahan akan berfungsi dengan sempurna, manakala yang satu lagi akan cair menjadi lopak dalam masa sepuluh minit. Jika anda mencetak model seni bina pada pencetak terbuka, satu bahan akan dicetak dengan sempurna, manakala yang satu lagi akan melengkung dengan begitu kuat sehingga akan mengoyakkan lapisan kaca dari mesin.

Apakah Sebenarnya Yang Kami Cetak?

Sebelum kita membandingkan data mekanikal mereka, kita mesti menentukan kimia asasnya. Sama ada anda memuatkan kili ke dalam mesin Stratasys perindustrian berharga $10,000 atau memikirkan "Apakah abs dan pla dalam pen 3d", kimianya tetap sama.

• PLA (Asid Polilaktik): Ini ialah termoplastik terbiodegradasi yang diperoleh daripada sumber organik boleh diperbaharui seperti kanji jagung atau tebu. Ia mencetak dengan cantik pada suhu rendah, berbau sedikit seperti sirap manis apabila dicairkan, dan hampir tidak memerlukan kawalan persekitaran untuk mencetak dengan jayanya.

• ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): Ini merupakan polimer kejuruteraan berasaskan petroleum tegar. Ia adalah plastik yang sama yang digunakan untuk membentuk bata Lego dengan suntikan, kemasan papan pemuka automotif dan perumah alat kuasa. Ia memerlukan haba yang tinggi untuk diekstrusi dan kawalan suhu persekitaran yang ketat bagi mengelakkan lengkungan.

(Nota mengenai Pen 3D: Jika anda membeli filamen untuk pen 3D untuk bilik darjah, sentiasa nyatakan PLA. Kami akan membincangkan ketoksikan ABS kemudian dalam panduan ini, tetapi anda sama sekali tidak mahu menyedut asap ABS yang berlegar terus di atas pen pegang tangan).

PLA vs ABS Yang Mana Lebih Kuat?

Jika anda bertanya kepada seorang penggemar "Pla vs Abs yang mana lebih kuat?", mereka mungkin akan memberitahu anda ABS. Secara mekanikal, mereka salah.

Jika kita tarik helaian data dan lihat pada tulen Kekuatan tegangan (berapa banyak daya yang diperlukan untuk menarik plastik sehingga ia patah), PLA sebenarnya lebih kuat dan jauh lebih tegar daripada ABS.

Walau bagaimanapun, PLA sangat rapuhIa mempunyai ambang penyerapan tenaga yang sangat rendah. Jika anda memukul bahagian PLA dengan tukul, ia akan pecah seperti kaca.

Mengapa Anda Perlu Menggunakan ABS Berbanding PLA? (Faktor Impak)

Jurutera tidak menggunakan ABS kerana ia lebih keras; mereka menggunakannya kerana ia lebih sukar. Fasa getah "Butadiena" dalam ABS memberikannya yang luar biasa Kekuatan Kesan dan kemuluran.

• Adakah filamen ABS fleksibel? Walaupun ia bukan filamen fleksibel sebenar (seperti TPU atau TPE), ABS mempunyai "pemanjangan semasa putus" yang jauh lebih tinggi daripada PLA. Sebelum ABS gagal di bawah tekanan, ia akan mengalah, bengkok dan berubah bentuk secara kekal. PLA hanya akan patah. Jika anda mencetak bingkai dron, pemegang lengan robot atau sambungan snap-fit ​​berfungsi yang perlu dilenturkan tanpa putus, anda kemestian gunakan ABS berbanding PLA.

Berat dan Ketumpatan: Adakah ABS Lebih Berat Daripada PLA?

Apabila meringankan bahagian untuk aeroangkasa atau robotik, ketumpatan adalah penting. Jika anda mencetak kiub 100mm yang sama pada isian 100% dalam kedua-dua bahan, PLA lebih berat.

• Ketumpatan PLA: ~1.24 g/cm³
• Ketumpatan ABS: ~1.04 g/cm³

ABS adalah kira-kira 20% lebih ringan daripada PLA, menjadikannya pilihan unggul untuk aplikasi sensitif muatan yang mana setiap gram dikira.

Rintangan Haba ABS vs PLA

Dalam sains polimer, kita melihat Suhu Peralihan Kaca (Tg)Ini adalah suhu di mana plastik keras dan pepejal bertukar kepada keadaan lembut dan seperti getah. Ia tidak perlu mencairkan untuk gagal; ia hanya perlu mengenai Tgnya, di mana ia akan melengkung di bawah beratnya sendiri atau tekanan beban mekanikal.

• Suhu Peralihan Kaca PLA: ~60°C (140°F).
  • Realiti Kejuruteraan: Jika anda Cetakan 3D pelekap papan pemuka tersuai untuk telefon pintar anda daripada PLA dan biarkan kereta anda diletakkan di bawah sinaran matahari musim panas, suhu kabin dalaman akan mudah melebihi 60°C. Apabila anda kembali, pelekap PLA anda akan berubah bentuk secara kekal dan menitis ke bawah papan pemuka anda. Anda tidak boleh menggunakan PLA untuk persekitaran luar, automotif atau suhu tinggi.
• Suhu Peralihan Kaca ABS: ~105°C (221°F).
  • Realiti Kejuruteraan: ABS boleh bertahan dengan selesa di dalam air mendidih, bahagian dalam automotif yang panas dan penutup elektronik yang menghasilkan haba yang ketara. Lonjakan besar dalam kestabilan terma ini adalah sebab utama ABS kekal sebagai standard industri walaupun lebih sukar untuk dicetak.

Adakah ABS Kelihatan Lebih Baik Daripada PLA?

Baru dikeluarkan dari katil pencetak, PLA secara amnya kelihatan lebih tajam. Oleh kerana PLA tidak melengkung dan mengecut sebanyak ABS semasa penyejukan, ia menghasilkan semula perincian yang sangat halus, sudut tajam dan tekstur beresolusi tinggi dengan cantik. ABS mempunyai kecenderungan untuk sedikit membulatkan perincian mikro yang tajam disebabkan oleh pengecutan haba.

Jadi, Adakah ABS kelihatan lebih baik daripada PLA? Keluar dari pencetak, tidak. Tetapi selepas pemprosesan pasca, ABS jauh lebih unggul.

Kelebihan Melicinkan Wap Aseton

Oleh kerana PLA sangat tahan secara kimia terhadap pelarut biasa, anda tidak boleh melicinkan "garisan lapisan" yang jelas yang ditinggalkan oleh proses pencetakan 3D dengan mudah. ​​Untuk mendapatkan bahagian PLA yang licin sempurna, anda mesti menghabiskan masa berjam-jam mengampelasnya dengan tangan dan menggunakan primer pengisi automotif.

Walau bagaimanapun, ABS sangat reaktif terhadap AsetonJurutera menggunakan teknik yang dipanggil "Pelicinan Wap Aseton." Dengan meletakkan bahagian ABS dalam bekas tertutup berisi aseton yang tersejat selama 15 hingga 30 minit, pelarut tersebut sedikit mencairkan cangkerang luar plastik.

• Keputusan: Garisan lapisan hilang sepenuhnya. Bahagian ABS didatangkan dengan kemasan berkilat tinggi dan licin sempurna yang kelihatan seperti ia dihasilkan secara besar-besaran dalam acuan suntikan keluli yang mahal. Untuk fungsi prototaip dibentangkan kepada pihak berkepentingan, kelebihan estetik ini sangat besar.

Realiti Pembuatan: Apakah Kelemahan Percetakan dengan ABS?

Memandangkan rintangan haba, ketahanan hentaman dan keupayaan pemprosesan pasca yang unggul, jurutera junior sering menganggap ABS harus menggantikan sepenuhnya PLA di tingkat pembuatan. Tetapi apabila mereka cuba mencetak bahagian struktur berketumpatan tinggi yang besar daripada ABS pada pencetak 3D terbuka yang murah, mereka serta-merta menemui kecacatan mautnya.

Sebab utama pereka mengelakkan ABS adalah kerana pekali pengecutan terma.

Bila Plastik ABS Menyejuk dari keadaan leburnya (sekitar 240°C) ke suhu bilik, ia mengecut dengan ketara. Jika anda mencetak bahagian yang besar, lapisan atas akan menyejuk dan mengecut lebih cepat daripada lapisan bawah yang terletak pada plat binaan yang dipanaskan. Penyejukan berbeza ini menghasilkan tegasan ricih dalaman yang besar di dalam bahagian tersebut.

• Meledingkan: Tekanan dalaman akan menarik sudut cetakan ke atas dengan kuat, mengoyakkannya sepenuhnya dari lapisan kaca dan merosakkan cetakan selama 20 jam.
• Penyahpisan Lapisan: Jika bahagian itu tinggi, tegasan akan membelah plastik secara mendatar di sepanjang garisan lapisan di tengah-tengah cetakan.

Untuk mencetak ABS dengan jayanya untuk aplikasi perindustrian, anda tidak boleh menggunakan pencetak desktop asas. Anda kemestian gunakan pencetak dengan katil berpemanas suhu tinggi (100°C+) dan, yang paling penting, ruang binaan yang tertutup sepenuhnya dan dipanaskan secara aktif. Udara ambien di dalam pencetak mesti dikekalkan sekitar 60°C hingga 80°C untuk memastikan plastik menyejuk secara perlahan dan seragam.

Kesihatan dan Keselamatan: Adakah Filamen ABS Toksik?

Terdapat satu lagi kekangan kritikal semasa menyediakan pembuatan bahan tambahan makmal. Pasukan perolehan sentiasa menandakan pertanyaan: "Adakah filamen ABS toksik?"

Jawapan kejuruteraan memerlukan melihat "S" dalam ABS—Stirena.
Apabila anda mengekstrusi PLA, anda sedang mencairkan gula berasaskan tumbuhan, yang mengeluarkan laktida yang tidak berbahaya. Apabila anda memanaskan ABS hingga 240°C, pecahan haba melepaskan Sebatian Organik Meruap (VOC) yang berbahaya, terutamanya gas stirena, bersama-sama dengan berjuta-juta Zarah Ultrahalus (UFP) ke udara.

Menyedut asap stirena menyebabkan sakit kepala, loya dan kerengsaan pernafasan serta-merta. Pendedahan jangka panjang merupakan isu pematuhan OSHA yang serius dalam persekitaran pembuatan.

• Peraturannya: Anda tidak boleh mencetak ABS di pejabat terbuka, bilik tidur atau bilik darjah yang tidak mempunyai pengudaraan. Pencetak ABS mesti ditutup sepenuhnya dan dilengkapi dengan sistem penapisan HEPA dan Karbon Aktif tugas berat, atau idealnya, disalurkan terus ke luar bangunan.

Peningkatan Moden: PETG dan ASA

Disebabkan isu-isu meleding dan ketoksikan yang teruk berkaitan ABS, jurutera polimer telah membangunkan alternatif termaju filamen yang merapatkan jurang antara kemudahan penggunaan PLA dan kehebatan mekanikal ABS.

Filamen ABS vs PETG

Jika anda melihat pertanyaan carian pla vs abs vs petg, PETG (Polietilena Tereftalat Glikol) pada asasnya telah menjadi "jalan tengah" jurutera moden.

• Kelebihan: PETG menawarkan rintangan hentaman dan lekatan lapisan yang menyaingi (dan kadangkala mengalahkan) ABS. Yang penting, pengecutan habanya sangat rendah, bermakna anda boleh mencetaknya pada pencetak terbuka semudah PLA tanpa meledingkan besar-besaran. Ia juga tidak mengeluarkan gas stirena toksik.
• Kelemahan: Rintangan habanya (Suhu Peralihan Kaca sekitar 80°C) adalah lebih baik daripada PLA tetapi masih kurang daripada ABS. Ia tidak boleh dilicinkan dengan aseton dan sangat higroskopik (ia menyerap kelembapan dari udara dan mesti dikeringkan sebelum dicetak).

Filamen ABS vs ASA

Inilah penaiktarafan perindustrian yang sebenar. Akrilonitril Stirena Akrilat (ASA) telah dicipta untuk memperbaiki satu kelemahan alam sekitar ABS yang ketara: degradasi UV.
Jika anda meletakkan bahagian ABS di luar di bawah cahaya matahari langsung, sinaran UV akan memecahkan fasa getah butadiena. Dalam beberapa bulan, ABS akan bertukar menjadi kuning, menjadi sangat rapuh dan retak.

• Penyelesaian ASA: ASA menggantikan butadiena dengan getah akrilat. Ia mencetak sama seperti ABS, memerlukan penutup yang dipanaskan sama, dan mempunyai rintangan haba dan hentaman yang sama. Tetapi ia hampir kebal terhadap cahaya UV. Hari ini, jika anda mencetak lekapan luar atau bahagian luar automotif, anda menyatakan ASA, bukan ABS.

Kajian Kes: Mereka Bentuk Kurungan Sensor Automotif

Untuk mengaitkan semua ini dengan Senarai Bahan anda, mari kita lihat senario kejuruteraan praktikal yang kami kendalikan di Rapmaf.

Cabaran: Pelanggan automotif memerlukan pendakap prototaip pantas tersuai untuk memegang sensor diagnostik. Pendakap akan dibolt pada casis di dalam ruang enjin kenderaan prototaip. Ia akan mengalami getaran enjin dan suhu ambien sekitar 85°C (185°F).

Mari kita nilaikan pilihan bahan:

1. PLA: Pereka junior mencadangkan PLA kerana ia mudah dicetak. Keputusan: Kegagalan Bencana. Ruang enjin mencapai 85°C. Suhu Peralihan Kaca PLA ialah 60°C. Pendakap akan melembutkan, melengkung dan menjatuhkan sensor mahal ke dalam blok enjin dalam tempoh sepuluh minit pertama pemanduan. Tambahan pula, getaran enjin akan menghancurkan PLA rapuh.
2. PETG: Cadangan yang lebih baik. Ia mengendalikan getaran dengan baik. Keputusan: Kegagalan Marginal. Tg PETG adalah sekitar 80°C. Di bawah haba berterusan 85°C, ia akan mula "merayap" (berubah bentuk perlahan-lahan dari semasa ke semasa di bawah beban). Ia terlalu hampir dengan had terma.
3. BAHAGIAN: Pilihan kejuruteraan yang betul. Keputusan: Kejayaan. Dengan Tg 105°C, ABS akan mengurangkan haba enjin. Rintangan hentamannya yang sangat baik akan menyerap getaran enjin tanpa patah.
4. SEBAGAI: Juga pilihan yang sah, tetapi tidak perlu. Memandangkan kurungan itu di dalam ruang enjin yang gelap, ia tidak akan terdedah kepada cahaya matahari UV. Menentukan ASA akan meningkatkan kos filamen secara tidak perlu untuk faedah (rintangan UV) yang tidak akan pernah digunakan.

Soalan Lazim

S: Adakah PLA atau ABS lebih baik untuk pemula?
A: PLA sememangnya lebih baik untuk pemula. Ia tidak memerlukan penutup yang dipanaskan, mencetak pada suhu yang lebih rendah, tidak mudah melengkung dan tidak mengeluarkan asap toksik. Anda harus menguasai PLA sepenuhnya sebelum cuba mencetak ABS.

S: Adakah PLA lebih murah daripada ABS?
A: Dari segi sejarah, ABS lebih murah kerana ia merupakan plastik komoditi yang dihasilkan secara besar-besaran untuk pengacuan suntikanWalau bagaimanapun, disebabkan oleh ledakan percetakan 3D, pembuatan PLA telah berkembang secara agresif. Hari ini, gelendong standard PLA dan ABS berharga lebih kurang sama (antara $15to$25 sekilogram), menjadikan harga bukan faktor dalam keputusan kejuruteraan anda.

S: Mengapakah cetakan ABS saya asyik merekah secara mendatar?
A: Ini dikenali sebagai "delaminasi," dan ia disebabkan oleh pengecutan haba. Udara ambien di sekeliling cetakan anda terlalu sejuk. Anda mesti memasukkan pencetak 3D anda untuk memerangkap haba, memastikan keseluruhan bahagian kekal panas dan menyejuk secara sekata hanya selepas cetakan selesai sepenuhnya.

S: Bolehkah anda menggunakan ABS untuk aplikasi yang selamat untuk makanan?
A: Tidak. ABS standard tidak selamat untuk makanan. Tambahan pula, permukaan mikro-liang bahagian bercetak 3D FDM mengandungi bakteria yang tidak boleh dibasuh. Untuk sentuhan makanan, anda mesti menggunakan PETG atau PP (Polipropilena) yang diperakui selamat untuk makanan dan menyalutnya dengan epoksi gred makanan yang selamat untuk makanan.

Rujukan & Bacaan Lanjut

Untuk mengesahkan toleransi mekanikal dan terma untuk proses pembuatan anda yang seterusnya, rujuk piawaian industri ini:

1. Keselamatan Percetakan 3D OSHA / NIOSH: Bacaan kritikal untuk pengurus kemudahan mengenai keperluan pengudaraan untuk mengurangkan pendedahan Stirena dan VOC semasa mencetak dengan filamen ABS.
   • pautan: cdc.gov/niosh