FDM耗材PLA与ABS对比，你应该选择哪种？
时间：2022-08-09 09:42 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
导读：谈起聚合物3D打印，如何选择合适的耗材一直是一个令人头疼的问题。几乎任何3D打印技术都是如此，但对于使用FDM/FFF 3D打印的初学者或业余爱好者来说，这个问题尤为明显。对他们来说，似乎不知道哪种丝材最合适。
在本期文章中，对比了市面上两种最流行和使用最广泛的耗材——PLA与ABS之间的差异。从特性到打印要求等等，我们仔细研究了PLA和ABS的异同，以帮助你更好地了解根据你的需要使用哪一种。
PLA与ABS的特点和性能
当然，在谈论PLA与ABS的特性时，首先要考虑的是它们是由什么制成的。虽然两者都被认为是热塑性塑料，都是可以通过加热软化后再冷却和硬化的聚合物，但两者的相似之处也就到此为止。众所周知，PLA是由玉米或甘蔗等有机材料制成的，而ABS，像大多数标准塑料一样，是由石油制成的。更具体地说，聚乳酸是由来自玉米、木薯、玉米、甘蔗或甜菜浆等来源的植物淀粉发酵而成。这些来源的糖被转化为乳酸，然后被聚合成聚乳酸。相比之下，ABS是由三种单体组成的：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。丙烯腈是一种合成（人造）单体，来自丙烯和氨，丁二烯是一种石油碳氢化合物，苯乙烯是由乙苯的脱氢（通过化学反应去除氢）制成。可以理解的是，这些材料的构成对材料的可持续性有影响。
△如上图所示，用PLA和ABS3D打印的零件在外观和性能上都有差异（图片来源：Fictiv）。
PLA经常被誉为更环保的材料，因为它实际上是可生物降解的。然而，重要的是要注意，它只有在适当的条件下才能真正生物降解，许多城镇没有合适的设施来降解这种材料。这意味着，虽然这是可能的，但实际上只有通过工业堆肥才能真正做到。因此，尽管聚乳酸当然比许多材料更 "绿色"，特别是因为它是由可再生资源制成的，但当涉及到处理时，它也许并不像人们经常声称的那样环保。
另一方面，ABS也不被认为是一种可持续或环保的材料。如前所述，它和大多数塑料一样，都是由石油制成的，这意味着它的加工过程不具有可持续性。然而，有利的是，ABS是可回收的，尽管它不被回收中心广泛接受。考虑到许多人没有意识到聚乳酸的生物降解性是多么有限，这对于初学者来说甚至可以被认为是一个加分项，因为他们可能会更加确定塑料会得到适当处理而不会产生更多废物。
除了材料的根源之外，ABS和PLA也有独特的属性，导致它们彼此不同。其中，在讨论打印的便利性时，这也是一个因素，即每一种材料的耐热性。也就是说，ABS耐高温，有较高的玻璃转化温度，而PLA在较低的温度下熔化，因此不被认为是耐热的。这当然会影响到材料的应用，这将在后面介绍。
一般来说，如果你正在寻找一种具有更好机械性能的坚韧材料，你会想选择ABS。除了耐热和具有更高的热变形外，它还具有抗冲击性，比PLA更耐用和更轻。也就是说，这两种材料具有相似的抗拉强度（但ABS略低），但由于ABS具有更好的延展性或塑性，以及更高的抗弯强度和更高的断裂前伸长率，因此在更多的工业应用中通常更倾向于使用ABS。从本质上讲，这些意味着与更脆的聚乳酸相比，ABS更灵活。这些因素使ABS甚至可以用于终端应用，这也是它在注射成型等行业中如此受欢迎的原因之一。
△聚乳酸与ABS的特点
然而，PLA在其他一些方面胜出。值得注意的是，它比ABS的强度和硬度都要高。不过，由于它的熔点低，它在50摄氏度以上就失去了这些特性，使它在任何涉及热应用中不那么有用。然而，即使ABS的耐热性明显高于PLA，由于两者都是热塑性塑料，它们在紫外线和高温下都会随着时间的推移而降解。因此，对于要在室外使用的部件，最好采用不同的材料。
打印的便利性
现在我们已经介绍了PLA与ABS的特点和性能，下一步是讨论3D打印过程本身。首先，由于这两种热塑性塑料的玻璃化温度不同，打印的准备工作也会不同。这是因为需要考虑到物质中发生热力学转变的温度范围。就PLA而言，其玻璃转化温度范围在60-100oC之间，而ABS在105-200oC之间。这随后决定了材料的熔点，或者说它何时会处于液体状态，从而可以进行打印。根据切片机中设置的参数，加热3D打印机并达到所需温度需要更多或更少的时间。
与此相关的是，正确设置制造过程中的变量，包括打印床和打印头，是至关重要的。ABS需要较高的打印床温度，约为80-110oC，而PLA通常设定为60oC。就挤出机而言，聚乳酸也需要较低的温度，具体为180-230℃左右，而ABS则需要210-250℃。
就使用的方便性而言，众所周知，ABS的打印比PLA更复杂。遇到的打印困难也与每种材料的温度和特性有关。PLA的熔化温度比ABS低，因此，当零件的3D打印过程完成后，各层固化的热变化较小。然而，由于ABS需要更高的温度来熔化，在冷却零件时将会有更突然的变化。这种热收缩会导致零件的形状不对。事实上，最常见的问题之一是翘曲，即零件的两端收缩，从托盘上脱落并变形。为了避免这种现象，在用ABS打印时，控制温度和打印环境是至关重要的，必要时使用粘合剂。这也是为什么通常强烈建议在用ABS打印时使用具有封闭腔的3D打印机的原因之一。
△ABS往往会受到翘曲的影响，这个问题与材料在温度突然变化下的收缩有关。
这两种材料的打印速度大致相同，这是一个优势，因为不需要为不同的材料重新调整切片机中的参数。PLA的打印速度一般为60毫米/秒，尽管有些用户甚至使用过更高的速度。另一方面，ABS的速度通常在40-60毫米/秒之间，要达到更高的速度是很困难的。
在制造过程中需要注意的另一点是制造过程中产生的排放物。几乎所有的热塑性塑料长丝在打印过程中都会产生有害的气味和气体，当材料被加热时，它就会释放出含有颗粒的物质，危害到人体健康。就聚乳酸而言，由于它来自天然的植物来源，它不会释放出强烈的气味，因此不值得关注。然而，众所周知，ABS会释放出有毒气体和令人不舒服的气味。事实上，这也是为什么强烈建议在使用ABS时要有一个封闭的打印外壳以及一个空气过滤器，以防止烟雾被释放到工作区的另一个原因。即使这样，也建议不断地对房间进行通风，以确保烟气不进入我们的肺部。这与ABS中存在的苯乙烯有关，这种材料吸入后对人体是有毒的。
Polymaker的市场经理LukeTaylor解释说："聚乳酸是一种较弱的材料，但它的优点是非常容易操作，非常容易打印。你不需要加热床，你不需要高温，它的收缩率很低，而ABS的收缩率很高。这是有道理的，一般来说机械性能越好，它就越难加工。尽管我们也可以在PLA中添加一些东西，使其更加坚固，而不改变其可打印性。"
△用Polymaker的PLA长丝3D打印的人物（图片来源：Polymaker）
后期处理
在考虑PLA与ABS的问题时，可以说这两种热塑性塑料都可以使用类似的后期处理技术。虽然有一些明显的差异，其中之一是在打印后零件的表面。PLA部件在移除后立即更有光泽，而ABS则倾向于有更多的哑光表面。这两种材料在打印后也都可以上色进行装饰。
然而，ABS通常比PLA更容易进行后期处理。这有几个原因：首先，尽管两者都可以打磨，但由于ABS的耐久性，这一过程更容易。PLA也更难打磨，因为它的耐热性低，更容易融化。两者都可以进行加工，但用户对PLA必须更加谨慎。
同时，ABS不仅更容易用这些基本方法进行后处理，而且如果你想获得真正的光泽，用ABS制作的零件可以用丙酮蒸汽进行平滑处理。丙酮是一种无色液体，通常用作塑料的溶剂。虽然它不能用于PLA，但使用ABS部件的人可以使用丙酮，以更快地进行后期处理，并获得光亮的表面。不过，用PLA做类似的处理也是可能的。如果你想对PLA长丝制成的部件进行蒸汽平滑处理，可以使用THF（或四氢呋喃）进行手工抛光。
△这些打印部件在丙酮平滑处理后具有光泽度（图片来源：zortrax）
PLA与ABS的应用
在讨论PLA与ABS时，我们可以发现另一个主要区别是每种材料的应用。根据建议的零件的用途，我们可以选择其中一种。PLA是FDM
3D打印中使用最多的材料，而且它大多用于创客环境。这主要是由于它易于打印，以及它的机械性能使零件易碎、脆弱并对阳光和高温敏感。由于这个原因，它通常被新手广泛使用，或用于创造装饰性元素和玩具。
另一方面，ABS是一种更加工业化的材料，具有先进的特性，尽管它更难打印，但部件的质量更好。因此，它经常被用于开发原型、齿轮或工具。简而言之，它通常是在零件可以承受物理压力和需要高机械和热阻的情况下实施。因此，在开始增材制造过程之前，要评估两种材料之间的差异，以便根据其用途创建零件。
△PLA通常用于更多的制造者应用、装饰性元素和玩具。另一方面，ABS可用于需要较高机械和耐热性的应用。
价格
就价格而言，PLA和ABS在功能上没有区别。相反，价格因制造商等因素而不同。当涉及到具有封闭系统的3D打印机时，制造商就体现出更大的作用了。这意味着可以用于上述打印机的唯一丝材只能由相关制造商制造或批准，这一决定通常是作为一种确保质量控制的方式作出的，但它可能影响价格。尽管在一个封闭的系统中，ABS和PLA灯丝的价格即使不一样，也会差不多。
一般来说，我们发现1公斤PLA和ABS长丝的起价在120元左右，不过平均来说，一卷基本长丝的价格似乎在135元左右。当然，如果你想要更高质量的灯丝或特殊功能，如多色或专业级，价格会高得多。尽管如此，应该指出的是，由于PLA可能是最受欢迎的3D打印长丝，如前所述，PLA长丝往往有更多的颜色和选择，你会发现它被大多数材料或3D打印机制造商所销售。
△图片来源：ColorFabb
虽然偶尔ABS丝比PLA丝贵，但由于供应量较少，这实际上是以原材料的形式反过来的。作为最受欢迎的工业塑料之一，例如乐高等制造商所使用的，ABS作为原材料，也就是说在加工成灯丝等形状之前，实际上是比较便宜的。虽然这对FDM打印机影响不大，但对那些使用颗粒的打印机来说，这也可能是一个因素，因为在这种情况下，ABS可能比PLA更便宜。
材料的制造商
在增材制造市场，致力于材料开发的公司数量确实很多。由于FDM
3D打印是最广泛使用的技术，无论是初学者还是工业公司，大多数制造商都会开发热塑性聚合物长丝。因为PLA比ABS更受欢迎，而且更民主化，所以提供的产品更多。现在有数百种不同的品牌、颜色和混合物，虽然ABS灯丝也有几种品牌和颜色，但供应量比PLA小。至于PLA材料的制造商，我们可以找到专门致力于开发长丝的公司，如Polymaker、ColorFabb、Filamentum、MatterHackers等。
事实上，我们可以看到，那些开发ABS类型耗材的公司可能也生产PLA。为寻求合适的耗材，我们可以咨询像Polymaker、Hatchbox或Filamentum这样的常见厂家，以及其他许多公司。同时，我们也可以选择那些设备制造商，尽管原材料不是他们的主要业务，但他们也将部分时间用于开发3D打印材料，例如：Ultimaker、Zortrax或Flashforge等公司。
△PLA和ABS的比较（图片来源：3Dnatives）
(责任编辑：admin)
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