PLA и ABS — два самых распространенных материала для 3D-печати. Узнайте о разнице между филаментами и о том, как печатать этими материалами!
3D-печать включает в себя множество технологий, но самой популярной из них на потребительском уровне является моделирование методом послойного наплавления (FDM). Филаменты могут быть изготовлены из различных материалов, но обычно это термопласты, поскольку они легко плавятся и затвердевают.
Из множества различных типов филаментов наиболее популярным является полимолочная кислота (PLA), известная своей простотой в использовании и низкой ценой. Но есть и другие распространенные материалы, например акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), широко используемый для изготовления потребительских товаров методом литья под давлением.
PLA и ABS — два самых популярных материала, используемых для FDM 3D-печати. Хотя они оба являются термопластами и выглядят похоже, у них есть много различий. В этой статье мы сравним эти два материала по нескольким параметрам, включая свойства материала, печать и цену.
Таблица характеристик
| PETG | ABS | |
|---|---|---|
| Температура сопла | 190-230 °C | 230-270 °C |
| Температура стола | 50-60 °C | 90-120 °C |
| Корпус | Необязательно | Необходимо |
| Температура в камере | н/д | >65 °С |
| Простота печати | Легкая | Средняя |
| Температура изгиба под нагрузкой | ~60 °С | ~100 °С |
| Пары | Низкие, относительно незаметные | Значительные, неприятные |
Свойства материалов
Сначала давайте рассмотрим свойства материалов PLA и ABS. Мы рассмотрим их прочность, долговечность, термостойкость, возможность последующей обработки, гигроскопичность и возможность вторичной переработки.
Предельная прочность на растяжение
Предельная прочность на разрыв (UTS) — это максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении или растягивании до разрыва. Он измеряется с помощью машины для испытаний на растяжение, которая прикладывает к образцу тянущую нагрузку до тех пор, пока он не сломается.
Согласно доступным техническим описаниям материалов и другим тестам, PLA имеет более высокий предел прочности на разрыв, чем ABS, при одинаковой нагрузке на образец, напечатанный с использованием одинаковых параметров. При этом следует учитывать, что плотность PLA на ~20 % выше (~1,25 г/см3), чем у ABS (~1,04 г/см3). Это делает их соотношение UTS к весу довольно близким, хотя PLA все же имеет небольшое преимущество.
То, насколько хорошо слои прилегают друг к другу, влияет на предельную прочность материала на разрыв. ABS более чувствителен к проблемам адгезии слоев, чем PLA. При неправильной печати (например, при недостаточного потока и низкой температуре окружающей среды) адгезия слоев ABS будет ниже, что снизит прочность детали, особенно при нагрузке на все слои. Однако это не является проблемой при печати ABS на закрытых принтерах с высокой температурой окружающей среды, так как это приводит к превосходному сцеплению слоев.
Ударная прочность
Ударная прочность, 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 ударное испытание по Изоду и ударное испытание с надрезом по Шарпи, при котором по образцу с надрезом наносится удар с помощью маятника и измеряется энергия, поглощенная при разрушении. Вы даже можете сделать установку для ударных испытаний, например такую, как в My Tech Fun.
С точки зрения ударной прочности ABS имеет значительное преимущество перед PLA. Это неудивительно, ведь ABS известен своей очень высокой ударной прочностью, особенно среди недорогих полимеров. PLA более жесткий и хрупкий.
Долговечность
При описании материала долговечность — это способность прослужить долгое время без существенного разрушения при соблюдении заданных условий эксплуатации. Здесь мы рассмотрим только устойчивость к ультрафиолетовому излучению и химическую стойкость.
Устойчивость к ультрафиолету
Хотя ABS более устойчив к ультрафиолету, чем PLA, оба материала разрушаются под воздействием ультрафиолета. Вы можете выбрать акрилонитрил-стирол-акрилат (ASA), легкое производное ABS, для гораздо лучшей устойчивости к ультрафиолету и атмосферным воздействиям. Он также сохраняет отличные механические свойства и термостойкость, как и ABS, но стоит дороже, чем оба материала.
Химическая стойкость
С точки зрения химической стойкости PLA более подвержен химической деградации, чем ABS, под воздействием различных кислот и спиртов (и в различных концентрациях). Компания Prusa Research разработала сводную таблицу, в которой различные филаменты были протестированы в лабораторных условиях. Вы увидите, что в большинстве случаев ABS оценивается выше, чем PLA.
Температурная стойкость
Температурная стойкость — важный аспект, который необходимо учитывать для многих применений, включая детали машин, а также те, которые будут находиться преимущественно на открытом воздухе. Постепенная механическая деформация может наблюдаться, когда детали подвергаются высокому напряжению в течение длительного периода времени. Это явление известно как «ползучесть», а температура является основным фактором ползучести материала.
В стандарте испытаний ISO75 указана температура изгиба под нагрузкой — температура, 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.
Здесь ABS имеет большое преимущество перед PLA. В то время как температура изгиба PLA составляет около 60 °C, ABS может работать при температуре около 100 °C. Однако учтите, что это не те температуры, при которых можно безопасно использовать детали в любых функциональных целях, особенно при нагрузках.
Безопасные рабочие температуры — те, при которых ползучесть материала нулевая или минимальная — гораздо ниже температуры изгиба. Например, заметная ползучесть может наблюдаться на деталях ABS в закрытых Vorons при длительном воздействии температуры выше 70 °C.
Что касается деталей из PLA, то длительное воздействие температуры выше 35 °C будет проблематичным. PLA очень нетерпим к нагреву. Учитывая высокую ползучесть и очень низкую термостойкость, этот материал не подходит для изготовления функциональных деталей.
Гигроскопичность
PLA и ABS довольно гигроскопичны, легко впитывают влагу из воздуха. Эта влага разрушает сам материал, что приводит к чрезмерному образованию паутины, воздушных пузырьков и плохой адгезии слоев при печати. Это приводит к ухудшению качества и прочности печати. ABS, как правило, более гидроскопичен, чем PLA.
В любом случае рекомендуется хранить оба материала в сухой среде 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 для применения в пищевой промышленности. Например, PLA часто используется для производства экологически чистых столовых приборов, а ABS — для пищевых контейнеров и инструментов, таких как формочки для печенья. Однако изделия для этих целей обычно изготавливаются методом литья под давлением из чистого первичного гранулята.
Филаменты для 3D-печати содержат добавки, которые значительно улучшают характеристики материала и качество печати — например, уменьшают деформацию без использования очень высоких температур в камере. Чаще всего эти добавки делают материал небезопасным для употребления в пищу. Тем не менее, некоторые производители предлагают филаменты, совместимые с пищевыми продуктами.
Помимо нитей, безопасность пищевых продуктов зависит от аппаратного обеспечения. Части принтера, которые соприкасаются с нитью, скорее всего, не будут безопасны для пищевых продуктов. Например, шестерни экструдера, путь через горячий конец и сопло могут быть изготовлены не из пищевой стали. Они могли контактировать с непищевыми нитями или смазочными материалами. Латунные сопла также могут изнашиваться, оставляя в напечатанной детали остатки латуни.
Детали FDM также могут содержать небольшие пустоты между слоями, в которых могут размножаться и закрепляться бактерии. Без соответствующей постобработки такие детали не пригодны для употребления в пищу.
Таким образом, не рекомендуется использовать детали из PLA или ABS, напечатанные методом FDM, для пищевых целей, если вы не предусмотрели и не приняли меры по предотвращению любых форм загрязнения.
Возможность вторичной переработки
С точки зрения переработки, и PETG, и ABS пригодны для вторичного использования. Однако они оба попадают под идентификационный код смолы #7 («Другое»), что означает, что ни один из них не подлежит переработке в обычных коллекциях. К легко перерабатываемым материалам относятся материалы от № 1 до № 6, и именно эти типы пластмасс обычно включаются в программы по переработке уличных отходов.
Чаще всего полимеры из категории № 7 нерентабельны или нецелесообразны для переработки, поэтому их утилизируют. Тем не менее, есть сервисы, которые перерабатывают 3D-отпечатки, включая материалы PLA и ABS.
Мы также можем рассмотреть возможность биоразложения. PLA поддается биологическому разложению и компостированию, поскольку его производят из таких материалов, как кукуруза. Однако для его полного разложения требуются очень специфические условия, и в непромышленных условиях компостирования ему потребуются годы или десятилетия для существенного разложения. Получаемый из нефти, ABS не поддается биологическому разложению.
Параметры печати
PLA и ABS — очень разные материалы, как и их характеристики печати. Давайте рассмотрим, как печатать обоими материалами!
Температура
Температура — важный параметр, который необходимо учитывать при печати обоими материалами.
Сопло
При температуре 230-270 °C для ABS требуется гораздо более высокая температура сопла, чем для PLA, который печатает при 190-230 °C. Как и в случае с большинством других материалов, для лучшего максимального потока и адгезии слоев следует ориентироваться на более высокую температуру. Однако будьте осторожны и не превышайте этот диапазон, так как слишком высокая температура может привести к чрезмерной паутины, тепловой ползучести или плохому свесу. Как всегда, не забывайте обращаться к рекомендациям производителя!
Хотя вы можете печатать PLA с комфортом, используя хотенд с тефлоновым покрытием, все же рекомендуется печатать обоими материалами с цельнометаллическим хотендом для универсальности и надежности. С цельнометаллическим хотендом вы можете печатать несколькими материалами на одном принтере, а периодическая замена трубки из ПТФЭ не требуется.
Стол
Высокая температура стола очень важна для печати деталей из ABS. Она не только обеспечивает хорошую адгезию первого слоя (для уменьшения деформации), но и помогает прогреть корпус с пассивным подогревом (о котором мы поговорим далее). Температура должна находиться в диапазоне от 90 до 120 °C, но опытные пользователи склоняются к 110 °C, чтобы продлить срок службы магнитов для популярных магнитных пластин.
Температурный диапазон для PLA составляет от 50 до 60 °C. Возможна печать на PLA без подогрева или при температуре ниже 50 °C, но это зависит от других факторов, таких как тип пластины стола и использование клея. Однако это может привести к деформации и другим проблемам, поэтому все же рекомендуется придерживаться температуры 50-60 °C.
Корпус
Для деталей из PLA корпус не нужен и не рекомендуется. Этот материал для начинающих гораздо легче печатать, чем ABS. Он хорошо прилипает к чистой монтажной пластине и редко деформируется при температуре слоя в рекомендуемом диапазоне 50-60 °C. PLA также обладает отличной адгезией слоев и незначительной усадкой без корпуса. Поэтому корпус не нужен.
Однако если вы решили печатать на закрытом принтере, убедитесь, что температура в камере не превышает 40 °C. Учитывая очень низкую температуру размягчения PLA, высокая температура в корпусе может привести к тепловой ползучести и отказу печати.
Когда речь идет об ABS, корпус имеет решающее значение для получения прочных и бездефектных деталей из ABS. Этот материал печально известен своей склонностью к деформации и расслаиванию слоев из-за теплового сжатия.
Корпус поддерживает температуру печати, что приводит к уменьшению теплового градиента. Детали не остывают слишком быстро, что облегчает проблемы коробления и расслоения. Кроме того, уменьшаются перепады температуры и сквозняки, которые негативно влияют на качество печати и прочность напечатанных деталей.
Для изготовления прочных деталей из ABS лучше всего подходит высокотемпературный шкаф или корпус с активным подогревом. Высокая температура окружающей среды позволяет слоям лучше скрепляться и снимает внутренние напряжения, в результате чего деталь становится значительно прочнее. Таким образом, для получения прочных отпечатков ABS рекомендуется использовать температуру в камере выше 65 °C. Еще более высокие температуры (80-90 °C) благоприятны для прочности, но требуют большего охлаждения.
Обдув
Для деталей из PLA сильное охлаждение важно для предотвращения дефектов, перегрева, а также для обеспечения хорошего сцепления и свесов. Из PLA можно получить прочные детали и хорошее сцепление слоев даже при относительно высоких настройках обдува. Таким образом, скорость вентиляторов для отпечатков PLA следует устанавливать в сторону увеличения.
Обдув для ABS сложнее, он зависит от температуры корпуса, в которой печатается деталь. Хотя обдув может улучшить характеристики свесов и перекрытий, чрезмерное охлаждение или слишком быстрое охлаждение ABS может привести к плохой адгезии слоев, а также к увеличению деформации и расслоения. Однако это не является проблемой при высоких температурах в камере.
Просто имейте в виду, что чем выше температура в корпусе, тем больше скорость вентилятора следует использовать. Если ваш корпус имеет относительно низкую температуру и пассивный нагрев, настройки охлаждения также должны быть на низком уровне.
Постобработка
В целом, у ABS больше возможностей для последующей обработки, чем у PLA. Пользователям особенно нравится его способность разглаживаться паром с ацетоном, создавая детали с очень гладкой, глянцевой поверхностью, похожей на литьевые или механически обработанные детали.
Кроме того, детали из ABS можно относительно легко модифицировать или склеивать с помощью эффективного растворителя, например ацетона или производных клея ABS. Это особенно полезно для крупных деталей или моделирования.
PLA труднее растворяется растворителями и для его выравнивания можно использовать только специальные химикаты. При этом ABS и PLA легко поддаются последующей обработке — шлифовке, сверлению, нарезанию резьбы, а также легко окрашиваются.
Примеры
Филаменты PLA и ABS — самые распространенные материалы для любительской 3D-печати, и, конечно, существует множество брендов. Вот некоторые из наших фаворитов.
Sunlu PLA
Пользователи хвалят Sunlu PLA за его доступность, точность размеров и производительность. Они отмечают, что его печатные и механические характеристики не уступают другим вариантам. Таким образом, это отличный доступный выбор материала для прототипирования или изготовления декоративных деталей, которые являются основными областями применения PLA-пластика.
Проверить цену Sunlu PLA на сайте:
Sunlu ABS
Как и PLA, Sunlu ABS также имеет отличный допуск на размеры 1,75 ± 0,02 мм, конкурируя с премиальными вариантами, такими как Prusament, но по гораздо более низкой цене. Его производительность и прочность по-прежнему высоки, что делает его отличным выбором для бюджетного филамента.
Проверить цену Sunlu ABS на сайте:
