PLA vs. Νήματα ABS για 3D εκτύπωση: Ποια είναι η διαφορά;

Το FDM, ή το Fused Deposition Modeling, είναι μια τεχνική τρισδιάστατης εκτύπωσης που έχει περάσει επιτυχώς από τον εμπορικό στον καταναλωτικό χώρο τρισδιάστατης εκτύπωσης. Οι περισσότεροι οικιακόι εκτυπωτές 3D FDM μπορούν να λιώσουν και να εξωθήσουν μια μεγάλη ποικιλία από θερμοπλαστικά πολυμερή σε λειτουργικά και καλλυντικά μέρη. Ωστόσο, η συντριπτική πλειοψηφία των λάτρεις της τρισδιάστατης εκτύπωσης ορκίζονται στα πολυμερή PLA και ABS, τα οποία πωλούνται σε βολικά καρούλια με νήματα.

Τι κάνει όμως αυτά τα νημάτια τρισδιάστατης εκτύπωσης δημοφιλή και ποιο από αυτά είναι η σωστή επιλογή για εσάς;

Η απάντηση σε αυτήν την πολύχρωμη ερώτηση περιλαμβάνει την κατανόηση των φυσικών ιδιοτήτων αυτών των υλικών και πώς αυτές σχετίζονται με τα 3D εκτυπωμένα μέρη. Ας απομυθοποιήσουμε αυτά τα δημοφιλή νήματα για να καταλάβουμε ποιο ταιριάζει καλύτερα στις ανάγκες σας για τρισδιάστατη εκτύπωση.

Τι είναι το ABS και γιατί είναι δύσκολο να εκτυπωθεί;

Το ABS, ή ακρυλονιτρίλιο βουταδιένιο στυρένιο, είναι ένα από τα πρώτα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ως νημάτια τρισδιάστατης εκτύπωσης. Το όνομα προέρχεται από τις τρεις κύριες χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του θερμοπλαστικού πολυμερούς. Η σύνθεση αυτών των συστατικών χημικών ουσιών μπορεί να ποικίλλει για να παραχθεί μια ποικιλία μιγμάτων ABS που ταιριάζουν σε διαφορετικές μηχανικές ανάγκες.

Το ABS χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία χύτευσης με έγχυση για την κατασκευή κοινών καταναλωτικών προϊόντων, που κυμαίνονται από καλύμματα πλήκτρων και τούβλα LEGO έως εξαρτήματα αυτοκινήτου και εξαρτήματα σωλήνων. Το χαμηλό κόστος και η έτοιμη διαθεσιμότητα των ακατέργαστων πέλλετ ABS, σε συνδυασμό με την εξοικείωση του κατασκευαστικού κλάδου με το υλικό, εξασφάλισαν την υιοθέτησή του από την εμπορική βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων.

Το εμπορικό μέρος είναι σημαντικό επειδή το ABS έχει την τάση να συρρικνώνεται καθώς κρυώνει το υλικό. Αυτό καθιστά τους εμπορικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές εξοπλισμένους με θερμαινόμενους θαλάμους εκτύπωσης υποχρεωτικούς για την εκτύπωση ABS. Η διατήρηση υψηλών θερμοκρασιών θαλάμου αποτρέπει τα εξαρτήματα ABS από το να κρυώσουν στη μέση της εκτύπωσης και να παραμορφωθούν λόγω της συρρίκνωσης που ακολουθεί. Κατά τα άλλα, είναι δύσκολο να εκτυπώσετε αξιόπιστα το ABS χωρίς να περικλείσετε τον 3D εκτυπωτή σε θερμαινόμενο θάλαμο κατασκευής.

Για πολύ καιρό, η πρωτοπόρος της τρισδιάστατης εκτύπωσης Stratasys κατείχε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για θερμαινόμενους και κλειστούς θαλάμους εκτύπωσης. Αυτό άφησε τους καταναλωτές 3D εκτυπωτές ανίκανους να εκτυπώσουν ABS. Οι λάτρεις της τρισδιάστατης εκτύπωσης DIY, ωστόσο, ήταν ελεύθεροι να κατασκευάσουν εκτυπωτές με θερμαινόμενους θαλάμους κατασκευής χωρίς να βρεθούν σε ενέδρα από τον στρατό των δικηγόρων του Stratasys. Αυτό άφησε την καταναλωτική βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων χωρίς βιώσιμα μέσα για να προσεγγίσει τις μάζες.

Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η βιομηχανία κατέληξε τελικά σε ένα νέο νήμα που θα μπορούσε να παίξει καλά με φθηνούς, κλειστούς εκτυπωτές.

PLA: 3D Printing With Training Wheels

Το PLA, ή Πολυγαλακτικό Οξύ, είναι ένα «βιοδιασπώμενο» θερμοπλαστικό που κατασκευάζεται με επεξεργασία φυσικών υλικών όπως το ζαχαροκάλαμο και το άμυλο καλαμποκιού. Αν και μπορεί να υπολείπεται των ισχυρισμών του ότι είναι βιοαποικοδομήσιμο, το PLA ωστόσο το αντισταθμίζει με την ευκολία εκτύπωσης. Ενώ το ABS χρειάζεται έναν 3D εκτυπωτή εξοπλισμένο με θερμαινόμενο κρεβάτι ικανό να φτάσει τουλάχιστον τους 200 °F, το PLA μπορεί να εκτυπωθεί τέλεια ακόμη και σε μη θερμαινόμενες επιφάνειες κατασκευής.

Τα περισσότερα νήματα PLA απαιτούν θερμοκρασία ακροφυσίου έως 350 °F, αλλά το ABS χρειάζεται τουλάχιστον 450 °F για σταθερή ροή νήματος και ισχυρή πρόσφυση μεταξύ των στρωμάτων. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες εκτύπωσης ενισχύουν μόνο την εγγενή φύση του PLA χωρίς στημόνι, καθιστώντας εύκολη την εκτύπωση μεγάλων εξαρτημάτων PLA χωρίς στρέβλωση και αποκόλληση. Αυτό επιτρέπει στο υλικό να εκτυπώνεται χωρίς περίβλημα, χάρη στην έμφυτη αντίστασή του στα ρεύματα αέρα και τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Ωστόσο, η εκτύπωση μεγάλων εξαρτημάτων ABS ενέχει τον κίνδυνο παραμόρφωσης και αποκόλλησης ακόμη και σε κλειστούς εκτυπωτές, εκτός εάν οι θερμοκρασίες του θαλάμου παραμείνουν πάνω από 140 °F.

Η ευκολία χρήσης του PLA επεκτείνεται περαιτέρω στην ικανότητά του να χειρίζεται πολύ πιο απότομες προεξοχές από οποιοδήποτε άλλο νήμα 3D εκτύπωσης. Αυτό επιτρέπει ακόμη και στους φθηνότερους εκτυπωτές 3D να εκτυπώνουν απαιτητικά μοντέλα 3D χωρίς τον κίνδυνο παραμόρφωσης. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες των ακροφυσίων επιτρέπουν επίσης στο PLA να γεφυρώνει εύκολα, γεγονός που μειώνει την εξάρτηση από τα στηρίγματα—επιτρέποντας έτσι ακόμη και σε αρχάριους να εκτυπώνουν περίπλοκα μοντέλα 3D με σχετική ευκολία.

Η εξαιρετικά επιεική φύση των νημάτων PLA τα καθιστά απαραίτητα ως τροχούς εκπαίδευσης για αρχάριους. Η εκτύπωση με το υλικό μειώνει σημαντικά την απογοήτευση που σχετίζεται με την 3D εκτύπωση, η οποία ενθαρρύνει τους αρχάριους να επιμείνουν και να μάθουν προηγμένες τεχνικές τρισδιάστατης εκτύπωσης με τον δικό τους ρυθμό. Εν τω μεταξύ αυτά Τρισδιάστατες εκτυπώσεις μπορεί να βοηθήσει να επιταχυνθούν λίγο περισσότερο.

PLA vs. ABS: Σύγκριση φυσικών ιδιοτήτων

Δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα όπως ένα δωρεάν γεύμα. Η παροιμία ισχύει και στον κόσμο της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Παρά την ευκολία εκτύπωσης, το PLA ωχριά σε σύγκριση με το ABS όταν πρόκειται για πρακτικές εφαρμογές μηχανικής. Για αρχή, είναι σημαντικά πιο σκληρό από το ABS, αλλά αυτό το κάνει επίσης πολύ πιο εύθραυστο. Ρίξτε ένα μέρος τυπωμένο σε PLA και είναι πολύ πιθανό να σπάσει σε κομμάτια.

Εν τω μεταξύ, το ABS παρουσιάζει υψηλότερη αντοχή σε κάμψη και διαρροή, γεγονός που το καθιστά πολύ πιο σκληρό. Αυτό του επιτρέπει να απορροφά κραδασμούς και κρούσεις, καθώς και δυνάμεις διάτμησης και εφελκυσμού, καλύτερα από το PLA. Είναι ενδιαφέρον ότι το ABS τα επιτυγχάνει όλα αυτά ενώ είναι ελαφρύτερο από το PLA για τα ίδια μέρη που εκτυπώνονται με παρόμοια ογκομετρική πυκνότητα. Αυτό καθιστά το ABS το νήμα της επιλογής για εφαρμογές μηχανικής όπου η αντοχή και η ανθεκτικότητα είναι πρωταρχικής σημασίας.

Ενώ οι υψηλότερες θερμοκρασίες εκτύπωσης που απαιτούνται από το ABS καθιστούν δυσκολότερη την εκτύπωση, παρέχει επίσης ανώτερη αντίσταση στη θερμοκρασία. Τα εξαρτήματα που εκτυπώνονται στο νήμα PLA παραμορφώνονται όταν εκτίθενται σε θερμότητα μεγαλύτερη από 120 °F, ενώ τα μέρη ABS μπορούν να αντέξουν 200 °F πριν χάσουν τη δομική τους ακεραιότητα. Αυτό καθιστά το ABS απαραίτητο για λειτουργικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στο εσωτερικό των αυτοκινήτων και στους χώρους του κινητήρα. Τα περισσότερα εξαρτήματα τρισδιάστατων εκτυπωτών εκτυπώνονται επίσης χρησιμοποιώντας ABS, ειδικά όταν αναπτύσσονται κοντά σε πηγές θερμότητας.

Ωστόσο, το μεγαλύτερο μειονέκτημα στη χρήση του PLA για οποιονδήποτε λειτουργικό σκοπό είναι η παράξενη τάση του να σέρνεται. Αυτό αναφέρεται στην πλαστική παραμόρφωση του PLA υπό συνεχή θλιπτικά και εφελκυστικά φορτία. Σφίξτε μια βίδα σε ένα εξάρτημα PLA και η συμπιεστική δύναμη θα κάνει το υλικό να συνθλίψει με την πάροδο του χρόνου. Ως αποτέλεσμα, θα πρέπει να σφίγγετε ξανά τη βίδα σε τακτική βάση μέχρι να αποτύχει τελικά το εξάρτημα. Το ίδιο φαινόμενο προκαλεί επίσης τα φέροντα μέρη PLA να πέφτουν σταδιακά με την πάροδο του χρόνου. Αυτό περιορίζει το υλικό σε καλλυντικά εξαρτήματα και το καθιστά κακή επιλογή για λειτουργικές και μηχανικές εφαρμογές.

Γιατί το ABS εξακολουθεί να είναι σημαντικό στην τρισδιάστατη εκτύπωση;

Αν και το παραδοσιακό ABS μπορεί να είναι δύσκολο να εκτυπωθεί, πολλές εύκολες στην εκτύπωση παραλλαγές μειγμάτων ABS (όπως το ABS+ της eSun) εκτυπώνονται με επιτυχία ακόμη και σε φθηνούς εκτυπωτές που περικλείονται σε απλά κουτιά από χαρτόνι. Χρειάζεστε περισσότερη ακαμψία στα μέρη σας; Τα ενισχυμένα με ανθρακονήματα νήματα ABS όχι μόνο προσφέρουν καλύτερη ακαμψία και αντοχή σε εφελκυσμό, αλλά μειώνουν επίσης σημαντικά τη στρέβλωση και βελτιώνουν την ικανότητα εκτύπωσης. Εν τω μεταξύ, τα ενισχυμένα με ίνες γυαλιού νήματα ABS βελτιώνουν την ακαμψία και την ικανότητα εκτύπωσης χωρίς να θυσιάζουν την σκληρότητα.

Ενώ τόσο το PLA όσο και το ABS μπορούν να βάφουν εύκολα, το τελευταίο είναι καλύτερο για προηγμένη μετα-επεξεργασία. Το ABS μπορεί να τριφτεί πιο εύκολα από το PLA για ορεκτικά, γεγονός που κάνει την επιφάνεια πιο εύκολη στην προετοιμασία για αστάρωμα και βαφή. Ωστόσο, η τάση του ABS να διαλύεται σε ακετόνη προσθέτει μια εντελώς νέα διάσταση στις τεχνικές μετά την επεξεργασία. Η ένωση εξαρτημάτων ABS είναι μια αύρα με τη συγκόλληση με ακετόνη, η οποία περιλαμβάνει απλώς την έκθεση των συνδυαζόμενων επιφανειών σε ασετόν. Η τεχνική εξομάλυνσης ατμού ακετόνης είναι μια αρκετά απλή και προσιτή μέθοδος για την πλήρη αφαίρεση των γραμμών στρώσης από τα μέρη του ABS για να επιτευχθεί ομαλό φινίρισμα.

Το ABS είναι επίσης αρκετά ανθεκτικό στην απορρόφηση υγρασίας, είναι συνήθως η φθηνότερη επιλογή νήματος και τα κάνει όλα αυτά ενώ διατηρεί την ικανότητα να εκτυπώνεται εξαιρετικά γρήγορα. Μάλιστα, η σειρά εκτυπωτών CoreXY Voron (μπορείτε να μάθετε περισσότερα στη σελίδα μας Voron οδηγός για αρχάριους) είναι σχετικά φθηνά κλειστά μηχανήματα που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να εκτυπώνουν ABS σε εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες. Για να γίνει κατανοητό αυτό, ο εκτυπωτής Voron 0.1 που κατασκευάσαμε πρόσφατα μπορεί να εκτυπώνει ABS με εκπληκτικές ταχύτητες 200 mm/s διατηρώντας παράλληλα εξαιρετική ποιότητα εκτύπωσης.

PLA vs. ABS: Ποιο να επιλέξετε;

Ενώ το PLA εμφανίζει συγκρίσιμα επίπεδα αντοχής στην υγρασία, οικονομική αποδοτικότητα και ταχύτητα εκτύπωσης, εξακολουθεί να μην είναι κατάλληλο για εφαρμογές μηχανικής. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι σημαντικά πιο ασφαλές από το ABS, το οποίο τείνει να εκπέμπει επιβλαβή VOC (πτητικές οργανικές ενώσεις) κατά την εκτύπωση.

Ως εκ τούτου, το PLA είναι απαραίτητο για αρχάριους να μάθουν γρήγορα τα σχοινιά της τρισδιάστατης εκτύπωσης χωρίς μεγάλη απογοήτευση. Είναι επίσης μια βιώσιμη επιλογή για μη κλειστούς εκτυπωτές και για όσους εκτυπώνουν μόνο καλλυντικά μέρη. Ωστόσο, αφού κόψετε τα δόντια σας στο PLA, αξίζει να εξερευνήσετε ενδιάμεσα νήματα όπως το PETG που εκτυπώνουν εύκολα σε μη κλειστούς εκτυπωτές ενώ προσφέρουν καλύτερη αντοχή και αντοχή στη θερμότητα σε σύγκριση με PLA.

Πώς να μειώσετε σημαντικά τον λογαριασμό ενέργειας της τρισδιάστατης εκτύπωσης

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα