آیا نمی توانید بین رشته های ABS و PLA تصمیم بگیرید؟ ممکن است قیمت آنها یکسان باشد، اما دریابید که چگونه از نظر قابلیت چاپ و ویژگی های فیزیکی متفاوت هستند.
FDM یا Fused Deposition Modeling یک تکنیک پرینت سه بعدی است که با موفقیت از فضای تجاری به فضای چاپ سه بعدی مصرف کننده منتقل شده است. اکثر چاپگرهای سه بعدی FDM خانگی می توانند طیف گسترده ای از پلیمرهای ترموپلاستیک را ذوب کرده و به قسمت های کاربردی و آرایشی تبدیل کنند. با این حال، اکثریت قریب به اتفاق علاقه مندان به چاپ سه بعدی به پلیمرهای PLA و ABS سوگند یاد می کنند که در قرقره های رشته ای مناسب فروخته می شوند.
اما چه چیزی باعث محبوبیت این رشته های پرینت سه بعدی شده است و کدام یک از این رشته ها برای شما مناسب است؟
پاسخ به این سوال ظریف مستلزم درک خواص فیزیکی این مواد و نحوه ارتباط آنها با قطعات پرینت سه بعدی است. بیایید این رشته های محبوب را رمزگشایی کنیم تا بفهمیم کدام یک به بهترین وجه با نیازهای چاپ سه بعدی شما مطابقت دارد.
ABS چیست و چرا چاپ آن دشوار است؟
ABS یا اکریلونیتریل بوتادین استایرن یکی از اولین موادی است که به عنوان رشته های چاپ سه بعدی استفاده می شد. این نام از سه ماده شیمیایی اولیه مورد استفاده در ساخت پلیمر ترموپلاستیک گرفته شده است. ترکیب این مواد شیمیایی تشکیل دهنده را می توان برای تولید انواع ترکیبات ABS متناسب با نیازهای مهندسی مختلف تغییر داد.
ABS به طور گسترده در صنعت قالب‌گیری تزریقی برای تولید محصولات مصرفی رایج، از کلاهک‌ها و آجرهای لگو گرفته تا قطعات خودرو و اتصالات لوله استفاده می‌شود. هزینه کم و در دسترس بودن آماده گلوله های خام ABS، همراه با آشنایی صنعت تولید با مواد، پذیرش آن را توسط صنعت چاپ سه بعدی تجاری تضمین کرد.
بخش تجاری مهم است زیرا ABS با سرد شدن مواد تمایل به جمع شدن دارد. این امر چاپگرهای سه بعدی تجاری مجهز به محفظه های چاپ گرم را برای چاپ ABS اجباری می کند. حفظ دمای محفظه بالا از خنک شدن قطعات ABS در اواسط چاپ و تغییر شکل به دلیل انقباض ناشی از آن جلوگیری می کند. در غیر این صورت، چاپ ABS به طور قابل اعتماد بدون محصور کردن چاپگر سه بعدی در یک محفظه ساخت گرم دشوار است.
برای مدت طولانی، پیشگام چاپ سه بعدی Stratasys حق ثبت اختراع اتاق های چاپ گرم و محصور را داشت. این باعث شد پرینترهای سه بعدی مصرف کننده قادر به چاپ ABS نباشند. با این حال، علاقه مندان به پرینت سه بعدی DIY می‌توانستند چاپگرهایی با محفظه‌های گرم‌شده بسازند بدون اینکه ارتش وکلای استراتاسیس در کمین آنها قرار بگیرند. این امر باعث شد که صنعت چاپ سه بعدی مصرف کننده هیچ وسیله قابل قبولی برای دسترسی به توده ها نداشته باشد.
جای تعجب نیست که صنعت در نهایت فیلامنت جدیدی را ارائه کرد که می توانست با چاپگرهای ارزان قیمت و بدون محفظه به خوبی بازی کند.
PLA: چاپ سه بعدی با چرخ های آموزشی
PLA یا پلی لاکتیک اسید، یک ترموپلاستیک “زیست تخریب پذیر” است که با پردازش مواد طبیعی مانند نیشکر و نشاسته ذرت تولید می شود. اگرچه ممکن است از ادعای زیست تخریب پذیر بودن خود کوتاهی کند، اما PLA با سهولت چاپ آن را جبران می کند. در حالی که ABS به یک چاپگر سه بعدی مجهز به یک تخت گرم با قابلیت رسیدن به حداقل 200 درجه فارنهایت نیاز دارد، PLA کاملاً قابل چاپ حتی بر روی سطوح ساختمانی گرم نشده است.
اکثر رشته های PLA به دمای نازل به 350 درجه فارنهایت نیاز دارند، اما ABS برای جریان ثابت رشته و چسبندگی بین لایه ای قوی به حداقل 450 درجه فارنهایت نیاز دارد. دمای پایین چاپ فقط طبیعت ذاتی بدون پیچ و تاب PLA را تقویت می کند و چاپ قطعات بزرگ PLA را بدون تاب برداشتن و لایه برداری آسان می کند. این به دلیل مقاومت ذاتی آن در برابر جریان هوا و نوسانات دما، امکان چاپ بدون محفظه را فراهم می کند. با این حال، چاپ قطعات بزرگ ABS خطر تاب برداشتن و لایه لایه شدن را حتی در چاپگرهای محصور دارد، مگر اینکه دمای محفظه بالاتر از 140 درجه فارنهایت باقی بماند.
سهولت استفاده PLA بیشتر به توانایی آن در رسیدگی به برآمدگی های بسیار تندتر از هر رشته پرینت سه بعدی دیگر گسترش می یابد. این کار حتی ارزان ترین چاپگرهای سه بعدی را قادر می سازد تا مدل های چالش برانگیز سه بعدی را بدون خطر تغییر شکل چاپ کنند. دمای پایین نازل همچنین به PLA اجازه می دهد تا به راحتی پل شود، که وابستگی به پشتیبانی را کاهش می دهد – در نتیجه حتی به افراد مبتدی اجازه می دهد تا مدل های سه بعدی پیچیده را با سهولت نسبی چاپ کنند.
ماهیت بسیار بخشنده رشته های PLA آنها را به عنوان چرخ های آموزشی برای مبتدیان ضروری می کند. چاپ با مواد به طور قابل توجهی از ناامیدی مرتبط با پرینت سه بعدی می کاهد، که مبتدیان را تشویق می کند که پشتکار داشته باشند و تکنیک های پیشرفته پرینت سه بعدی را با سرعت خودشان یاد بگیرند. در همین حال، این هک های چاپ سه بعدی ممکن است به سرعت بخشیدن به کارها کمک کند.
PLA در مقابل ABS: مقایسه خواص فیزیکی
چیزی به نام ناهار رایگان وجود ندارد. این ضرب المثل در دنیای پرینت سه بعدی نیز صادق است. با وجود سهولت چاپ، PLA در مقایسه با ABS در کاربردهای مهندسی عملی کمرنگ است. برای شروع، به طور قابل توجهی سخت تر از ABS است، اما همچنین آن را بسیار شکننده تر می کند. قسمتی را که در PLA چاپ شده است رها کنید و احتمال اینکه تکه تکه شود بسیار زیاد است.
در همین حال، ABS استحکام خمشی و تسلیم بالاتری را نشان می دهد که آن را بسیار سخت تر می کند. این به آن اجازه می دهد تا ارتعاشات و ضربه ها و همچنین نیروهای برشی و کششی را بهتر از PLA جذب کند. جالب اینجاست که ABS به همه اینها دست می یابد در حالی که برای همان قطعات چاپ شده با تراکم حجمی مشابه سبک تر از PLA است. این امر ABS را به رشته انتخابی برای کاربردهای مهندسی تبدیل می کند که در آن استحکام و دوام در اولویت قرار دارد.
در حالی که دمای چاپ بالاتر مورد نیاز ABS، چاپ را سخت‌تر می‌کند، اما مقاومت دمایی بالاتری نیز دارد. قطعات چاپ شده در رشته PLA هنگامی که در معرض حرارت بیش از 120 درجه فارنهایت قرار می گیرند، اعوجاج می کنند، در حالی که قطعات ABS می توانند قبل از از دست دادن یکپارچگی ساختاری خود، 200 درجه فارنهایت را تحمل کنند. این امر ABS را برای قطعات کاربردی مورد استفاده در داخل خودرو و محفظه موتور ضروری می کند. بیشتر قطعات چاپگر سه بعدی نیز با استفاده از ABS چاپ می شوند، به خصوص زمانی که در مجاورت منابع گرما قرار می گیرند.
با این حال، بزرگترین نقطه ضعف استفاده از PLA برای هر هدف کاربردی، تمایل غیرعادی آن به خزش است. این به تغییر شکل پلاستیک PLA تحت بارهای فشاری و کششی ثابت اشاره دارد. یک پیچ را در یک قطعه PLA ببندید، و نیروی فشاری باعث می شود که مواد به مرور زمان خرد شود. در نتیجه، باید به طور منظم پیچ را دوباره سفت کنید تا زمانی که قطعه در نهایت از کار بیفتد. همین پدیده همچنین باعث می شود که قطعات PLA باربر به تدریج در طول زمان دچار افتادگی شوند. این ماده را به اجزای آرایشی محدود می کند و آن را به انتخاب ضعیفی برای کاربردهای کاربردی و مهندسی تبدیل می کند.
چرا ABS هنوز در پرینت سه بعدی مرتبط است؟
اگرچه ABS سنتی ممکن است برای چاپ چالش برانگیز باشد، اما بسیاری از انواع ترکیبات ABS با قابلیت چاپ آسان (مانند ABS+ eSun) حتی در چاپگرهای ارزان قیمت محصور در جعبه های مقوایی ساده با موفقیت چاپ می شوند. به سختی بیشتری در قطعات خود نیاز دارید؟ رشته های ABS تقویت شده با فیبر کربن نه تنها سفتی و استحکام کششی بهتری را ارائه می دهند، بلکه به طور قابل توجهی تاب خوردگی را کاهش می دهند و قابلیت چاپ را بهبود می بخشند. در همین حال، رشته‌های ABS تقویت‌شده با الیاف شیشه، سفتی و قابلیت چاپ را بدون کاهش چقرمگی بهبود می‌بخشند.
در حالی که هر دو PLA و ABS می توانند به راحتی رنگ بگیرند، دومی برای پس پردازش پیشرفته بهتر است. ABS را می توان آسان تر از PLA برای شروع سنباده زد، که باعث می شود سطح برای آماده سازی و رنگ آمیزی آسان تر شود. با این حال، تمایل ABS به حل شدن در استون، بعد کاملاً جدیدی به تکنیک‌های پس از پردازش می‌افزاید. اتصال قطعات ABS یک نسیم با جوش استون است که به سادگی شامل قرار گرفتن سطوح جفت در معرض استون است. تکنیک صاف کردن بخار استون یک روش نسبتاً ساده و در دسترس برای حذف کامل خطوط لایه از قطعات ABS برای دستیابی به یک سطح صاف است.
ABS همچنین نسبتاً در برابر جذب رطوبت مقاوم است، معمولاً ارزان‌ترین گزینه فیلامنت است و این کار را در عین حفظ قابلیت چاپ بسیار سریع انجام می‌دهد. در واقع، طیف Voron از چاپگرهای CoreXY (شما می‌توانید در راهنمای مبتدیان Voron بیشتر بیاموزید) ماشین‌های بسته نسبتاً ارزانی هستند که به طور خاص برای چاپ ABS با سرعت بسیار بالا طراحی شده‌اند. برای درک این موضوع، چاپگر Voron 0.1 که اخیرا ساخته ایم می تواند ABS را با سرعت چشمگیر 200 میلی متر بر ثانیه چاپ کند و در عین حال کیفیت چاپ عالی را حفظ کند.
PLA در مقابل ABS: کدام یک را باید انتخاب کنید؟
در حالی که PLA سطوح قابل مقایسه ای از مقاومت در برابر رطوبت، مقرون به صرفه بودن و سرعت چاپ را نشان می دهد، هنوز برای کاربردهای مهندسی مناسب نیست. با این حال، هنوز به طور قابل توجهی ایمن تر از ABS است، که در حین چاپ به VOC های مضر (ترکیبات آلی فرار) از گاز خارج می شود.
به این ترتیب، PLA برای مبتدیان ضروری است تا به سرعت طناب های پرینت سه بعدی را بدون ناراحتی زیاد یاد بگیرند. همچنین برای چاپگرهای بدون محفظه و کسانی که فقط قطعات آرایشی را چاپ می کنند گزینه مناسبی است. با این حال، هنگامی که دندان های خود را بر روی PLA برش دادید، ارزش بررسی رشته های میانی مانند PETG را دارد که به راحتی بر روی چاپگرهای بدون محفظه چاپ می شوند در حالی که مقاومت و استحکام بهتری نسبت به PLA ارائه می دهند.