PLA so với ABS Filaments cho in 3D: Sự khác biệt là gì?

FDM, hoặc Mô hình hóa lắng đọng hợp nhất, là một kỹ thuật in 3D đã chuyển đổi thành công từ không gian in 3D thương mại sang tiêu dùng. Hầu hết các máy in 3D FDM gia đình có thể nấu chảy và đùn nhiều loại polyme nhiệt dẻo thành các bộ phận chức năng và mỹ phẩm. Tuy nhiên, đại đa số những người đam mê in 3D đều tin tưởng vào các polyme PLA và ABS, được bán dưới dạng ống sợi nhỏ tiện lợi.

Nhưng điều gì làm cho những sợi in 3D này trở nên phổ biến, và cái nào trong số này là sự lựa chọn phù hợp cho bạn?

Trả lời câu hỏi nhiều sắc thái này liên quan đến việc hiểu các đặc tính vật lý của những vật liệu này và cách chúng liên quan đến các bộ phận được in 3D. Hãy cùng làm sáng tỏ những loại sợi phổ biến này để tìm ra sợi nào phù hợp nhất với nhu cầu in 3D của bạn.

ABS là gì và tại sao nó khó in?

ABS, hay Acrylonitrile Butadiene Styrene, là một trong những vật liệu sớm nhất được sử dụng làm sợi in 3D. Tên gọi này xuất phát từ ba hóa chất chính được sử dụng trong sản xuất polyme nhiệt dẻo. Thành phần của các hóa chất cấu thành này có thể đa dạng để tạo ra nhiều loại hỗn hợp ABS phù hợp với các nhu cầu kỹ thuật khác nhau.

ABS được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ép phun để tạo ra các sản phẩm tiêu dùng thông thường, từ keycaps và gạch LEGO đến các thành phần ô tô và phụ kiện đường ống. Chi phí thấp và sẵn có của các viên ABS thô, kết hợp với sự quen thuộc của ngành sản xuất với vật liệu, đã đảm bảo ngành công nghiệp in 3D thương mại chấp nhận nó.

Phần thương mại rất quan trọng vì ABS có xu hướng co lại khi vật liệu nguội đi. Điều này làm cho các máy in 3D thương mại được trang bị buồng in được làm nóng là bắt buộc để in ABS. Việc duy trì nhiệt độ buồng cao sẽ ngăn không cho các bộ phận ABS hạ nhiệt giữa quá trình in và biến dạng do hiện tượng co ngót sau đó. Mặt khác, rất khó để in ABS một cách đáng tin cậy mà không cần đặt máy in 3D trong một buồng chế tạo được làm nóng.

Trong một thời gian dài, nhà tiên phong về in 3D Stratasys đã nắm giữ bằng sáng chế cho các buồng in được làm nóng và kín. Điều đó khiến máy in 3D của người tiêu dùng không thể in ABS. Tuy nhiên, những người đam mê in 3D tự làm có thể tự do chế tạo máy in với buồng chế tạo được sưởi ấm mà không bị phục kích bởi đội quân luật sư của Stratasys. Điều đó khiến ngành công nghiệp in 3D tiêu dùng không có phương tiện khả thi để tiếp cận công chúng.

Không có gì ngạc nhiên khi cuối cùng ngành công nghiệp này đã phát minh ra một loại dây tóc mới có thể hoạt động tốt với các máy in rẻ tiền, không được tiết lộ.

PLA: In 3D với bánh xe đào tạo

PLA, hay Axit Polylactic, là một loại nhựa nhiệt dẻo “có thể phân hủy sinh học” được sản xuất bằng cách chế biến các nguyên liệu tự nhiên như mía và tinh bột ngô. Mặc dù nó có thể không đạt được những tuyên bố về khả năng phân hủy sinh học, nhưng PLA vẫn bù đắp được điều đó bằng cách dễ dàng in ấn. Trong khi ABS cần một máy in 3D được trang bị giường sưởi có khả năng đạt ít nhất 200 ° F, thì PLA hoàn toàn có thể in được ngay cả trên các bề mặt xây dựng không được làm nóng.

Hầu hết các sợi PLA yêu cầu nhiệt độ vòi phun thấp đến 350 ° F, nhưng ABS cần ít nhất 450 ° F để có dòng chảy sợi ổn định và độ bám dính giữa các lớp mạnh mẽ. Nhiệt độ in thấp hơn chỉ củng cố bản chất không bị cong vênh vốn có của PLA, giúp dễ dàng in các bộ phận PLA lớn mà không bị cong vênh và tách lớp. Điều này cho phép vật liệu được in mà không cần bao bọc, nhờ khả năng chống gió lùa và sự thay đổi nhiệt độ bẩm sinh của nó. Tuy nhiên, việc in các bộ phận ABS lớn có nguy cơ bị cong vênh và tách lớp ngay cả trong các máy in kèm theo trừ khi nhiệt độ buồng in vẫn trên 140 ° F.

Tính dễ sử dụng của PLA còn mở rộng đến khả năng xử lý phần nhô ra dốc hơn nhiều so với bất kỳ dây tóc in 3D nào khác. Điều này cho phép ngay cả những máy in 3D rẻ nhất cũng có thể in các mô hình 3D đầy thách thức mà không có nguy cơ biến dạng. Nhiệt độ vòi phun thấp hơn cũng cho phép PLA kết cầu dễ dàng, giúp giảm sự phụ thuộc vào giá đỡ — do đó cho phép ngay cả những người mới bắt đầu hoàn toàn có thể in các mô hình 3D phức tạp một cách tương đối dễ dàng.

Bản chất cực kỳ dễ tha thứ của dây tóc PLA khiến chúng không thể thiếu như bánh xe tập luyện cho người mới bắt đầu. Việc in bằng vật liệu này giúp giảm đáng kể sự thất vọng liên quan đến in 3D, điều này khuyến khích người mới bắt đầu kiên trì và học các kỹ thuật in 3D nâng cao theo tốc độ của riêng họ. Trong khi đó, những bản hack in 3D này có thể giúp đẩy nhanh tiến độ hơn một chút.

PLA và ABS: So sánh các đặc tính vật lý

Không có cái gọi là bữa trưa miễn phí. Câu ngạn ngữ cũng đúng trong thế giới in 3D. Đối với tất cả khả năng in dễ dàng của nó, PLA nhạt nhòa so với ABS khi nói đến các ứng dụng kỹ thuật thực tế. Đối với những người mới bắt đầu, nó cứng hơn đáng kể so với ABS, nhưng điều đó cũng làm cho nó giòn hơn rất nhiều. Làm rơi một bộ phận được in trong PLA, và nó có khả năng bị vỡ thành nhiều mảnh.

Trong khi đó, ABS thể hiện độ bền uốn và năng suất cao hơn, điều này làm cho nó cứng hơn rất nhiều. Điều này cho phép nó hấp thụ các rung động và tác động, cũng như lực cắt và lực kéo, tốt hơn PLA. Điều thú vị là ABS đạt được tất cả những điều này trong khi nhẹ hơn PLA cho các bộ phận giống nhau được in ở mật độ thể tích tương tự. Điều này làm cho ABS trở thành dây tóc được lựa chọn cho các ứng dụng kỹ thuật nơi sức mạnh và độ bền là tối quan trọng.

Trong khi nhiệt độ in cao hơn yêu cầu của ABS làm cho khó in hơn, nó cũng có khả năng chịu nhiệt độ cao. Các bộ phận được in trong dây tóc PLA biến dạng khi tiếp xúc với nhiệt vượt quá 120 ° F, trong khi các bộ phận ABS có thể chịu được 200 ° F trước khi mất tính toàn vẹn cấu trúc của chúng. Điều này làm cho ABS không thể thiếu cho các bộ phận chức năng được sử dụng trong nội thất ô tô và khoang động cơ. Hầu hết các bộ phận của máy in 3D cũng được in bằng ABS, đặc biệt là khi chúng được triển khai gần các nguồn nhiệt.

Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của việc sử dụng PLA cho bất kỳ mục đích chức năng nào là xu hướng leo thang kỳ lạ của nó. Điều đó đề cập đến sự biến dạng dẻo của PLA dưới tải trọng nén và kéo không đổi. Vặn vít vào bộ phận PLA và lực nén sẽ làm cho vật liệu chảy ra theo thời gian. Do đó, bạn sẽ phải thường xuyên vặn chặt lại con vít cho đến khi bộ phận này cuối cùng bị hỏng. Hiện tượng tương tự cũng khiến các bộ phận PLA chịu lực bị xệ dần theo thời gian. Điều này hạn chế vật liệu đối với các thành phần mỹ phẩm và khiến nó trở thành một lựa chọn tồi cho các ứng dụng chức năng và kỹ thuật.

Tại sao ABS vẫn có liên quan trong in 3D?

Mặc dù ABS truyền thống có thể khó in, nhưng nhiều biến thể dễ in của hỗn hợp ABS (chẳng hạn như ABS + của eSun) có thể in thành công ngay cả trong các máy in giá rẻ đựng trong hộp các tông đơn giản. Cần thêm độ cứng trong các bộ phận của bạn? Sợi carbon ABS được gia cố bằng sợi carbon không chỉ mang lại độ cứng và độ bền kéo tốt hơn mà còn giảm đáng kể độ cong vênh và cải thiện khả năng in. Trong khi đó, các sợi thủy tinh ABS được gia cố bằng sợi thủy tinh cải thiện độ cứng và khả năng in mà không làm giảm độ bền.

Mặc dù cả PLA và ABS đều có thể sơn dễ dàng, nhưng loại sau sẽ tốt hơn cho quá trình xử lý hậu kỳ nâng cao. ABS có thể được chà nhám dễ dàng hơn PLA cho những người mới bắt đầu, điều này giúp bề mặt dễ dàng hơn trong việc chuẩn bị sơn lót và sơn. Tuy nhiên, xu hướng hòa tan của ABS trong axeton bổ sung thêm một khía cạnh hoàn toàn mới cho các kỹ thuật xử lý sau. Kết nối các bộ phận ABS thật dễ dàng với hàn axeton, chỉ đơn giản là để bề mặt giao phối tiếp xúc với axeton. Kỹ thuật làm mịn hơi axeton là một phương pháp khá đơn giản và dễ tiếp cận để loại bỏ hoàn toàn các đường lớp khỏi các bộ phận ABS để đạt được bề mặt nhẵn mịn.

ABS cũng có khả năng chống hút ẩm khá tốt, thường là lựa chọn dây tóc rẻ nhất và nó làm được tất cả những điều đó mà vẫn giữ được khả năng in cực nhanh. Trên thực tế, dòng máy in CoreXY của Voron (bạn có thể tìm hiểu thêm trong hướng dẫn dành cho người mới bắt đầu sử dụng Voron của chúng tôi) là những máy kèm theo tương đối rẻ được thiết kế đặc biệt để in ABS với tốc độ cực nhanh. Để thực hiện điều này, máy in Voron 0.1 mà chúng tôi chế tạo gần đây có thể in ABS với tốc độ 200mm / s trong khi vẫn duy trì chất lượng in tuyệt vời.

PLA và ABS: Bạn nên chọn cái nào?

Mặc dù PLA cho thấy mức độ chống ẩm, hiệu quả chi phí và tốc độ in có thể so sánh được, nhưng nó vẫn không phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật. Tuy nhiên, nó vẫn an toàn hơn đáng kể so với ABS, có xu hướng loại bỏ khí VOC có hại (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) trong khi in.

Vì vậy, PLA là không thể thiếu cho những người mới bắt đầu để nhanh chóng tìm hiểu các quy trình của in 3D mà không gặp nhiều khó khăn. Nó cũng là một lựa chọn khả thi cho các máy in không có nắp đậy và cho những người chỉ in các bộ phận mỹ phẩm. Tuy nhiên, khi bạn đã sử dụng PLA, bạn nên khám phá các loại sợi trung gian như PETG có thể in dễ dàng trên các máy in không có vỏ ngoài đồng thời cung cấp độ bền và khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với PLA.

Đọc tiếp

Thông tin về các Tác giả