FFF 3D 打印的關(guān)鍵材料之一——ABS

ABS材料，也稱(chēng)丙烯腈丁二烯苯乙烯，是一種熱塑性聚合物，在工業(yè)應(yīng)用中非常常見(jiàn)。它因其在低溫下的高抗沖擊性和制造輕質(zhì)部件而聞名。除此之外，ABS 塑料在3D 打印市場(chǎng)也很受歡迎，它與 PLA 一樣是該領(lǐng)域使用最廣泛的材料之一。它最常出現(xiàn)在 FFF 3D 打印中，此外它也可以以樹(shù)脂原料的形式在在大桶光聚合方法中使用。

本期文章主要以常用的 ABS 長(zhǎng)絲為例，對(duì) ABS材料的生產(chǎn)流程、特性、3D 打印工藝、應(yīng)用、主要制造商和價(jià)格分別進(jìn)行了介紹，具體內(nèi)容如下：

ABS的生產(chǎn)及特性

ABS 是最早用于工業(yè)3D 打印機(jī)的塑料之一，開(kāi)發(fā)于 1990 年左右。這種熱塑性聚合物被稱(chēng)為“三元共聚物”，定義為由三種不同單體合成的聚合物。在這種情況下，它通常是通過(guò)丙烯腈、苯乙烯和聚丁二烯三者聚合而成的，其中包括 20% 的丙烯腈、25% 的丁二烯和55% 的苯乙烯，因此得名 ABS。此外，操縱這些比例可以改變ABS 的特性。例如，苯乙烯是賦予 ABS 剛性和亮度的成分，而丁二烯則賦予其抗沖擊性和低溫性能。

△ABS 由于其特性而成為工業(yè)上流行的塑料（圖片來(lái)源：Adreco Plastics）

需要記住的重要一點(diǎn)是，ABS 是由石油制成的，而 PLA 是由玉米淀粉等更環(huán)保的材料制成的，這常常使其成為行業(yè)可持續(xù)性問(wèn)題的主題。然而，關(guān)于PLA材料的可持續(xù)性還有所爭(zhēng)議，因?yàn)殡m然 PLA 在技術(shù)上是可生物降解的，但實(shí)際上其降解條件十分苛刻，從而引發(fā)了人們對(duì)它是否真正環(huán)保的質(zhì)疑。

在性能方面，ABS材料具有良好的剛性，高抗沖擊性，同時(shí)質(zhì)地輕巧，價(jià)格實(shí)惠。事實(shí)上，由于這些優(yōu)良特性，ABS和PLA多年來(lái)一直是 FDM 3D打印市場(chǎng)上的廣受歡迎的材料。此外，ABS不僅耐沖擊，而且耐化學(xué)和耐熱，這促進(jìn)它在更多工業(yè)應(yīng)用中地進(jìn)一步應(yīng)用。

3D 打印與 ABS

但究竟如何才能使用 ABS 進(jìn)行打印呢？雖然它有燈絲和樹(shù)脂兩種形式，但由于 ABS 在 FFF 3D 打印市場(chǎng)中最常用，所以他將是我們將在這里關(guān)注的重點(diǎn)。它以直徑為 1.75 毫米或 2.85 毫米的細(xì)絲形式提供，并有多種顏色可供選擇。雖然 ABS 比 PLA 更難打印，但由于其耐沖擊和耐高溫（-20°C 至 80°C），ABS 仍然是非常受 3D 打印專(zhuān)業(yè)人士青睞的材料。ABS材料是不透明的，具有光滑和啞光的表面，可以用丙酮處理使其發(fā)亮。

ABS 的熔化溫度約為 200°C，因此建議擠出溫度在 230 至 260°C 之間。此外，必須使用加熱打印床（80 到 130°C 之間）。這是因?yàn)樗�是一種與空氣接觸會(huì)收縮的塑料，因此如果它不在加熱的打印床上，它很容易收縮（或翹曲）并從印版上脫落。對(duì)于大型零件，甚至建議使用特殊的粘合劑，如 Kapton 或粘合漆。最后，建議使用具有封閉外殼的3D打印機(jī)，原因有二：其一是為了用戶(hù)的安全，因?yàn)锳BS塑料會(huì)釋放出對(duì)用戶(hù)有危險(xiǎn)的微粒，同時(shí)也因?yàn)樵谑褂肁BS時(shí)，溫度控制是至關(guān)重要的。其二是為了成功地打印，特別是避免翹曲、開(kāi)裂和分層（層的分離）的問(wèn)題，擁有該加熱室將有助于保持溫度恒定。

△需要加熱構(gòu)建板以避免翹曲

此外，雖然它比 PLA（和 PETG，另一種流行的長(zhǎng)絲）等材料更難打印，但 ABS 仍然比其他技術(shù)和廉價(jià)的熱塑性塑料更容易打印。然而，如前所述，腔室、床甚至整個(gè)房間的溫度控制對(duì)于避免打印失敗至關(guān)重要。還要記住，ABS 是一種必須保持干燥的材料，因?yàn)樗鼤?huì)吸收空氣中的水分，這會(huì)使打印變得更加困難。

在打印支撐方面，ABS 很容易與HIPS 一起打印，HIPS 是一種具有相同托盤(pán)和擠出溫度的材料。這種材料很快溶解在 D-檸檬烯中，這是一種由檸檬中的化合物制成的溶劑。但是，如果它是用不可溶的支撐材料打印的，則有必要將其移除，并且可以使用切割等方法來(lái)完成，類(lèi)似于其他燈絲。

實(shí)際上，使用這種熱塑性聚合物進(jìn)行打印時(shí)，總體上只需要很少的后處理，這是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，可以在復(fù)雜零件的生產(chǎn)中節(jié)省時(shí)間。但是，對(duì)于那些對(duì) ABS 感興趣的人，我們可以使用多種后處理選項(xiàng)。除了已經(jīng)提到的支撐移除之外，由于其更啞光的飾面，它還可以上漆。與其他材料相比，它也很容易加工，例如，由于其耐用性，它可以打磨，也可以使用機(jī)械加工。最后，一種常見(jiàn)的 ABS 后處理方法是用丙酮蒸汽進(jìn)行平滑處理，以獲得光面效果。

ABS 的 3D 打印應(yīng)用

正如我們所提到的，ABS 的主要吸引力之一是它是一種更具技術(shù)性的材料。因此，它的應(yīng)用也往往更工業(yè)化。例如，它在聚合物注射成型中很受歡迎。此外，當(dāng)我們談到一般用途時(shí)，它可以在家用電器領(lǐng)域找到，也可以在船體、裝飾件、玩具和著名的樂(lè)高積木中找到。

在增材制造方面，其他一些常見(jiàn)用途是原型制作、齒輪甚至工具，因?yàn)樗�比其他一些常�?jiàn)的 3D打印聚合物絲更能抵抗物理應(yīng)力。此外，除了耐化學(xué)性和耐熱性之外，它的電絕緣性能也使它對(duì)那些希望制造電氣元件外殼以及儀表板或保險(xiǎn)杠等汽車(chē)零件的人具有吸引力。它也非常適合戶(hù)外應(yīng)用，因?yàn)樗�不�?huì)在陽(yáng)光下或隨著時(shí)間的推移而變形。

△樂(lè)高積木是使用 ABS 制作的眾多產(chǎn)品之一

主要廠(chǎng)家及價(jià)格

作為最受歡迎的3D打印線(xiàn)材之一，可以肯定地說(shuō)，目前許多主要的3D打印材料制造商都提供ABS線(xiàn)材。其中主要有知名供應(yīng)商Stratasys、中國(guó)Esun以及UltiMaker、FormFutura、Innofil3D等。此外，ABS有多種顏色可供選擇，價(jià)格從15美元到50美元不等，具體取決于品牌以及燈絲本身的特性。

要注意的是，有的復(fù)合絲在ABS中加入了添加劑：例如，基于碳纖維或芳綸纖維的ABS材料，也可以稱(chēng)之為Kevlar。這些復(fù)合纖維減少了ABS的翹曲現(xiàn)象，因此提供了更大的精度。另一方面，碳纖維則加強(qiáng)了材料的初始機(jī)械性能。這些技術(shù)含量更高的材料通常更加昂貴，而且需要匹配不同的打印參數(shù)。