FDM耗材PLA與ABS對(duì)比，你應(yīng)該選擇哪種？

導(dǎo)讀：談起聚合物3D打印，如何選擇合適的耗材一直是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題。幾乎任何3D打印技術(shù)都是如此，但對(duì)于使用FDM/FFF 3D打印的初學(xué)者或業(yè)余愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題尤為明顯。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，似乎不知道哪種絲材最合適。

在本期文章中，南極熊對(duì)比了市面上兩種最流行和使用最廣泛的耗材——PLA與ABS之間的差異。從特性到打印要求等等，我們仔細(xì)研究了PLA和ABS的異同，以幫助你更好地了解根據(jù)你的需要使用哪一種。

PLA與ABS的特點(diǎn)和性能

當(dāng)然，在談?wù)揚(yáng)LA與ABS的特性時(shí)，首先要考慮的是它們是由什么制成的。雖然兩者都被認(rèn)為是熱塑性塑料，都是可以通過(guò)加熱軟化后再冷卻和硬化的聚合物，但兩者的相似之處也就到此為止。眾所周知，PLA是由玉米或甘蔗等有機(jī)材料制成的，而ABS，像大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)塑料一樣，是由石油制成的。更具體地說(shuō)，聚乳酸是由來(lái)自玉米、木薯、玉米、甘蔗或甜菜漿等來(lái)源的植物淀粉發(fā)酵而成。這些來(lái)源的糖被轉(zhuǎn)化為乳酸，然后被聚合成聚乳酸。相比之下，ABS是由三種單體組成的：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。丙烯腈是一種合成（人造）單體，來(lái)自丙烯和氨，丁二烯是一種石油碳?xì)浠�合物，苯乙烯是由乙苯的脫氫（通過(guò)化學(xué)反應(yīng)去除氫）制成�？梢岳斫獾氖牵�這些材料的構(gòu)成對(duì)材料的可持續(xù)性有影響。

△如上圖所示，用PLA和ABS3D打印的零件在外觀和性能上都有差異（圖片來(lái)源：Fictiv）。

PLA經(jīng)常被譽(yù)為更環(huán)保的材料，因?yàn)樗鼘?shí)際上是可生物降解的。然而，重要的是要注意，它只有在適當(dāng)?shù)臈l件下才能真正生物降解，許多城鎮(zhèn)沒(méi)有合適的設(shè)施來(lái)降解這種材料。這意味著，雖然這是可能的，但實(shí)際上只有通過(guò)工業(yè)堆肥才能真正做到。因此，盡管聚乳酸當(dāng)然比許多材料更 "綠色"，特別是因?yàn)樗�是由可再生資源制成的，但當(dāng)涉及到處理時(shí)，它也許并不像人們經(jīng)常聲稱的那樣環(huán)保。

另一方面，ABS也不被認(rèn)為是一種可持續(xù)或環(huán)保的材料。如前所述，它和大多數(shù)塑料一樣，都是由石油制成的，這意味著它的加工過(guò)程不具有可持續(xù)性。然而，有利的是，ABS是可回收的，盡管它不被回收中心廣泛接受�？紤]到許多人沒(méi)有意識(shí)到聚乳酸的生物降解性是多么有限，這對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)甚至可以被認(rèn)為是一個(gè)加分項(xiàng)，因?yàn)樗麄兛赡軙?huì)更加確定塑料會(huì)得到適當(dāng)處理而不會(huì)產(chǎn)生更多廢物。

除了材料的根源之外，ABS和PLA也有獨(dú)特的屬性，導(dǎo)致它們彼此不同。其中，在討論打印的便利性時(shí)，這也是一個(gè)因素，即每一種材料的耐熱性。也就是說(shuō)，ABS耐高溫，有較高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，而PLA在較低的溫度下熔化，因此不被認(rèn)為是耐熱的。這當(dāng)然會(huì)影響到材料的應(yīng)用，這將在后面介紹。

一般來(lái)說(shuō)，如果你正在尋找一種具有更好機(jī)械性能的堅(jiān)韌材料，你會(huì)想選擇ABS。除了耐熱和具有更高的熱變形外，它還具有抗沖擊性，比PLA更耐用和更輕。也就是說(shuō)，這兩種材料具有相似的抗拉強(qiáng)度（但ABS略低），但由于ABS具有更好的延展性或塑性，以及更高的抗彎強(qiáng)度和更高的斷裂前伸長(zhǎng)率，因此在更多的工業(yè)應(yīng)用中通常更傾向于使用ABS。從本質(zhì)上講，這些意味著與更脆的聚乳酸相比，ABS更靈活。這些因素使ABS甚至可以用于終端應(yīng)用，這也是它在注射成型等行業(yè)中如此受歡迎的原因之一。

△聚乳酸與ABS的特點(diǎn)

然而，PLA在其他一些方面勝出。值得注意的是，它比ABS的強(qiáng)度和硬度都要高。不過(guò)，由于它的熔點(diǎn)低，它在50攝氏度以上就失去了這些特性，使它在任何涉及熱應(yīng)用中不那么有用。然而，即使ABS的耐熱性明顯高于PLA，由于兩者都是熱塑性塑料，它們?cè)谧贤饩�和高溫下都會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解。因此，對(duì)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

現(xiàn)在我們已經(jīng)介紹了PLA與ABS的特點(diǎn)和性能，下一步是討論3D打印過(guò)程本身。首先，由于這兩種熱塑性塑料的玻璃化溫度不同，打印的準(zhǔn)備工作也會(huì)不同。這是因?yàn)樾枰�考慮到物質(zhì)中發(fā)生熱力學(xué)轉(zhuǎn)變的溫度范圍。就PLA而言，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度范圍在60-100oC之間，而ABS在105-200oC之間。這隨后決定了材料的熔點(diǎn)，或者說(shuō)它何時(shí)會(huì)處于液體狀態(tài)，從而可以進(jìn)行打印。根據(jù)切片機(jī)中設(shè)置的參數(shù)，加熱3D打印機(jī)并達(dá)到所需溫度需要更多或更少的時(shí)間。

與此相關(guān)的是，正確設(shè)置制造過(guò)程中的變量，包括打印床和打印頭，是至關(guān)重要的。ABS需要較高的打印床溫度，約為80-110oC，而PLA通常設(shè)定為60oC。就擠出機(jī)而言，聚乳酸也需要較低的溫度，具體為180-230℃左右，而ABS則需要210-250℃。

就使用的方便性而言，眾所周知，ABS的打印比PLA更復(fù)雜。遇到的打印困難也與每種材料的溫度和特性有關(guān)。PLA的熔化溫度比ABS低，因此，當(dāng)零件的3D打印過(guò)程完成后，各層固化的熱變化較小。然而，由于ABS需要更高的溫度來(lái)熔化，在冷卻零件時(shí)將會(huì)有更突然的變化。這種熱收縮會(huì)導(dǎo)致零件的形狀不對(duì)。事實(shí)上，最常見(jiàn)的問(wèn)題之一是翹曲，即零件的兩端收縮，從托盤(pán)上脫落并變形。為了避免這種現(xiàn)象，在用ABS打印時(shí)，控制溫度和打印環(huán)境是至關(guān)重要的，必要時(shí)使用粘合劑。這也是為什么通常強(qiáng)烈建議在用ABS打印時(shí)使用具有封閉腔的3D打印機(jī)的原因之一。

△ABS往往會(huì)受到翹曲的影響，這個(gè)問(wèn)題與材料在溫度突然變化下的收縮有關(guān)。

這兩種材料的打印速度大致相同，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴恍枰獮椴煌�的材料重新調(diào)整切片機(jī)中的參數(shù)。PLA的打印速度一般為60毫米/秒，盡管有些用戶甚至使用過(guò)更高的速度。另一方面，ABS的速度通常在40-60毫米/秒之間，要達(dá)到更高的速度是很困難的。

在制造過(guò)程中需要注意的另一點(diǎn)是制造過(guò)程中產(chǎn)生的排放物。幾乎所有的熱塑性塑料長(zhǎng)絲在打印過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生有害的氣味和氣體，當(dāng)材料被加熱時(shí)，它就會(huì)釋放出含有顆粒的物質(zhì)，危害到人體健康。就聚乳酸而言，由于它來(lái)自天然的植物來(lái)源，它不會(huì)釋放出強(qiáng)烈的氣味，因此不值得關(guān)注。然而，眾所周知，ABS會(huì)釋放出有毒氣體和令人不舒服的氣味。事實(shí)上，這也是為什么強(qiáng)烈建議在使用ABS時(shí)要有一個(gè)封閉的打印外殼以及一個(gè)空氣過(guò)濾器，以防止煙霧被釋放到工作區(qū)的另一個(gè)原因。即使這樣，也建議不斷地對(duì)房間進(jìn)行通風(fēng)，以確保煙氣不進(jìn)入我們的肺部。這與ABS中存在的苯乙烯有關(guān)，這種材料吸入后對(duì)人體是有毒的。

Polymaker的市場(chǎng)經(jīng)理LukeTaylor解釋說(shuō)："聚乳酸是一種較弱的材料，但它的優(yōu)點(diǎn)是非常容易操作，非常容易打印。你不需要加熱床，你不需要高溫，它的收縮率很低，而ABS的收縮率很高。這是有道理的，一般來(lái)說(shuō)機(jī)械性能越好，它就越難加工。盡管我們也可以在PLA中添加一些東西，使其更加堅(jiān)固，而不改變其可打印性。"

△用Polymaker的PLA長(zhǎng)絲3D打印的人物（圖片來(lái)源：Polymaker）

后期處理

在考慮PLA與ABS的問(wèn)題時(shí)，可以說(shuō)這兩種熱塑性塑料都可以使用類似的后期處理技術(shù)。雖然有一些明顯的差異，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澤，而ABS則傾向于有更多的啞光表面。這兩種材料在打印后也都可以上色進(jìn)行裝飾。

然而，ABS通常比PLA更容易進(jìn)行后期處理。這有幾個(gè)原因：首先，盡管兩者都可以打磨，但由于ABS的耐久性，這一過(guò)程更容易。PLA也更難打磨，因?yàn)樗�的耐熱性低，更容易融化。兩者都可以進(jìn)行加工，但用戶對(duì)PLA必須更加謹(jǐn)慎。

同時(shí)，ABS不僅更容易用這些基本方法進(jìn)行后處理，而且如果你想獲得真正的光澤，用ABS制作的零件可以用丙酮蒸汽進(jìn)行平滑處理。丙酮是一種無(wú)色液體，通常用作塑料的溶劑。雖然它不能用于PLA，但使用ABS部件的人可以使用丙酮，以更快地進(jìn)行后期處理，并獲得光亮的表面。不過(guò)，用PLA做類似的處理也是可能的。如果你想對(duì)PLA長(zhǎng)絲制成的部件進(jìn)行蒸汽平滑處理，可以使用THF（或四氫呋喃）進(jìn)行手工拋光。

△這些打印部件在丙酮平滑處理后具有光澤度（圖片來(lái)源：Zortrax）

PLA與ABS的應(yīng)用

在討論P(yáng)LA與ABS時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)另一個(gè)主要區(qū)別是每種材料的應(yīng)用。根據(jù)建議的零件的用途，我們可以選擇其中一種。PLA是FDM 3D打印中使用最多的材料，而且它大多用于創(chuàng)客環(huán)境。這主要是由于它易于打印，以及它的機(jī)械性能使零件易碎、脆弱并對(duì)陽(yáng)光和高溫敏感。由于這個(gè)原因，它通常被新手廣泛使用，或用于創(chuàng)造裝飾性元素和玩具。

另一方面，ABS是一種更加工業(yè)化的材料，具有先進(jìn)的特性，盡管它更難打印，但部件的質(zhì)量更好。因此，它經(jīng)常被用于開(kāi)發(fā)原型、齒輪或工具。簡(jiǎn)而言之，它通常是在零件可以承受物理壓力和需要高機(jī)械和熱阻的情況下實(shí)施。因此，在開(kāi)始增材制造過(guò)程之前，要評(píng)估兩種材料之間的差異，以便根據(jù)其用途創(chuàng)建零件。

△PLA通常用于更多的制造者應(yīng)用、裝飾性元素和玩具。另一方面，ABS可用于需要較高機(jī)械和耐熱性的應(yīng)用。

價(jià)格

就價(jià)格而言，PLA和ABS在功能上沒(méi)有區(qū)別。相反，價(jià)格因制造商等因素而不同。當(dāng)涉及到具有封閉系統(tǒng)的3D打印機(jī)時(shí)，制造商就體現(xiàn)出更大的作用了。這意味著可以用于上述打印機(jī)的唯一絲材只能由相關(guān)制造商制造或批準(zhǔn)，這一決定通常是作為一種確保質(zhì)量控制的方式作出的，但它可能影響價(jià)格。盡管在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，ABS和PLA燈絲的價(jià)格即使不一樣，也會(huì)差不多。

一般來(lái)說(shuō)，我們發(fā)現(xiàn)1公斤PLA和ABS長(zhǎng)絲的起價(jià)在120元左右，不過(guò)平均來(lái)說(shuō)，一卷基本長(zhǎng)絲的價(jià)格似乎在135元左右。當(dāng)然，如果你想要更高質(zhì)量的燈絲或特殊功能，如多色或?qū)�業(yè)級(jí)，價(jià)格會(huì)高得多。盡管如此，應(yīng)該指出的是，由于PLA可能是最受歡迎的3D打印長(zhǎng)絲，如前所述，PLA長(zhǎng)絲往往有更多的顏色和選擇，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它被大多數(shù)材料或3D打印機(jī)制造商所銷售。

△圖片來(lái)源：ColorFabb

雖然偶爾ABS絲比PLA絲貴，但由于供應(yīng)量較少，這實(shí)際上是以原材料的形式反過(guò)來(lái)的。作為最受歡迎的工業(yè)塑料之一，例如樂(lè)高等制造商所使用的，ABS作為原材料，也就是說(shuō)在加工成燈絲等形狀之前，實(shí)際上是比較便宜的。雖然這對(duì)FDM打印機(jī)影響不大，但對(duì)那些使用顆粒的打印機(jī)來(lái)說(shuō)，這也可能是一個(gè)因素，因?yàn)樵谶@種情況下，ABS可能比PLA更便宜。

材料的制造商

在增材制造市場(chǎng)，致力于材料開(kāi)發(fā)的公司數(shù)量確實(shí)很多。由于FDM 3D打印是最廣泛使用的技術(shù)，無(wú)論是初學(xué)者還是工業(yè)公司，大多數(shù)制造商都會(huì)開(kāi)發(fā)熱塑性聚合物長(zhǎng)絲。因?yàn)镻LA比ABS更受歡迎，而且更民主化，所以提供的產(chǎn)品更多�，F(xiàn)在有數(shù)百種不同的品牌、顏色和混合物，雖然ABS燈絲也有幾種品牌和顏色，但供應(yīng)量比PLA小。至于PLA材料的制造商，我們可以找到專門致力于開(kāi)發(fā)長(zhǎng)絲的公司，如Polymaker、ColorFabb、Filamentum、MatterHackers等。

事實(shí)上，我們可以看到，那些開(kāi)發(fā)ABS類型耗材的公司可能也生產(chǎn)PLA。為尋求合適的耗材，我們可以咨詢像Polymaker、Hatchbox或Filamentum這樣的常見(jiàn)廠家，以及其他許多公司。同時(shí)，我們也可以選擇那些設(shè)備制造商，盡管原材料不是他們的主要業(yè)務(wù)，但他們也將部分時(shí)間用于開(kāi)發(fā)3D打印材料，例如：Ultimaker、Zortrax或Flashforge等公司。

△PLA和ABS的比較（圖片來(lái)源：3Dnatives）