PLA vs. ABS vlákna pro 3D tisk: Jaký je rozdíl?

FDM neboli Fused Deposition Modeling je technika 3D tisku, která úspěšně přešla z komerčního na spotřebitelský 3D tiskový prostor. Většina domácích FDM 3D tiskáren dokáže roztavit a vytlačit širokou škálu termoplastických polymerů do funkčních a kosmetických částí. Naprostá většina nadšenců 3D tisku však přísahá na polymery PLA a ABS, které se prodávají v pohodlných cívkách s filamentem.

Ale proč jsou tato vlákna pro 3D tisk oblíbená a které z nich je pro vás tou správnou volbou?

Odpověď na tuto nuancovanou otázku zahrnuje pochopení fyzikálních vlastností těchto materiálů a toho, jak tyto materiály souvisí s 3D tištěnými díly. Pojďme demystifikovat tato populární vlákna, abychom zjistili, která nejlépe vyhovuje vašim potřebám 3D tisku.

Co je ABS a proč je obtížné tisknout?

ABS neboli akrylonitrilbutadienstyren je jedním z prvních materiálů používaných jako vlákna pro 3D tisk. Název pochází ze tří primárních chemikálií používaných při výrobě termoplastického polymeru. Složení těchto základních chemikálií se může měnit za účelem výroby různých směsí ABS, které vyhovují různým technickým potřebám.

ABS se široce používá v průmyslu vstřikování plastů k výrobě běžných spotřebních produktů, od krytek na klíče a kostek LEGO až po automobilové součástky a potrubní armatury. Nízká cena a snadná dostupnost surových ABS pelet v kombinaci se znalostí tohoto materiálu ze strany zpracovatelského průmyslu zajistily jeho přijetí v komerčním 3D tiskovém průmyslu.

Komerční část je důležitá, protože ABS má tendenci se smršťovat, když se materiál ochlazuje. Díky tomu jsou komerční 3D tiskárny vybavené vyhřívanými tiskovými komorami pro tisk ABS povinné. Udržování zvýšených teplot v komoře zabraňuje vychladnutí dílů ABS uprostřed tisku a jejich deformaci v důsledku následného smrštění. Jinak je obtížné spolehlivě tisknout ABS bez uzavření 3D tiskárny do vyhřívané stavební komory.

Průkopník 3D tisku Stratasys držel dlouhou dobu patent na vyhřívané a uzavřené tiskové komory. To způsobilo, že spotřebitelské 3D tiskárny nebyly schopny tisknout ABS. Nadšenci pro 3D tisk vlastními rukama však mohli volně stavět tiskárny s vyhřívanými stavebními komorami, aniž by je přepadla armáda právníků Stratasys. To ponechalo spotřebitelský průmysl 3D tisku bez životaschopných prostředků, jak oslovit masy.

Není divu, že průmysl nakonec přišel s novým filamentem, který by si dobře pohrál s levnými, neuzavřenými tiskárnami.

PLA: 3D tisk s tréninkovými koly

PLA neboli kyselina polymléčná je „biologicky odbouratelný“ termoplast vyrobený zpracováním přírodních materiálů, jako je cukrová třtina a kukuřičný škrob. Ačkoli to může zaostávat za svými tvrzeními o biologické rozložitelnosti, PLA to přesto vynahrazuje svým snadným tiskem. Zatímco ABS potřebuje 3D tiskárnu vybavenou vyhřívaným ložem schopným dosáhnout alespoň 200 °F, PLA je perfektně potisknutelný i na nevyhřívané stavební povrchy.

Většina vláken PLA vyžaduje teplotu trysky až 350 °F, ale ABS potřebuje alespoň 450 °F pro konzistentní tok vlákna a silnou přilnavost mezi vrstvami. Nižší teploty tisku pouze posilují přirozenou povahu PLA bez deformace, což usnadňuje tisk velkých dílů PLA bez deformace a delaminace. To umožňuje tisk materiálu bez obalu, díky jeho přirozené odolnosti vůči průvanu a teplotním výkyvům. Při tisku velkých dílů ABS však existuje riziko deformace a delaminace i v uzavřených tiskárnách, pokud teploty v komoře nezůstanou nad 140 °F.

Snadné použití PLA dále rozšiřuje jeho schopnost zvládnout mnohem strmější převisy než jakékoli jiné vlákno pro 3D tisk. To umožňuje i těm nejlevnějším 3D tiskárnám tisknout náročné 3D modely bez rizika deformace. Nižší teploty trysek také umožňují snadné přemostění PLA, což snižuje závislost na podpěrách – a umožňuje tak i úplným začátečníkům tisknout složité 3D modely relativně snadno.

Extrémně shovívavá povaha vláken PLA je činí nepostradatelnými jako tréninková kola pro začátečníky. Tisk s materiálem výrazně snižuje frustraci spojenou s 3D tiskem, což povzbuzuje začátečníky, aby vytrvali a naučili se pokročilé techniky 3D tisku svým vlastním tempem. Mezitím tyto 3D tisk hacky může to pomoci ještě trochu urychlit.

PLA vs. ABS: Porovnání fyzikálních vlastností

Nic takového jako oběd zdarma neexistuje. Toto pořekadlo platí i ve světě 3D tisku. Přes veškerou svou snadnou potiskovatelnost PLA bledne ve srovnání s ABS, pokud jde o praktické inženýrské aplikace. Pro začátek je výrazně tvrdší než ABS, ale také je mnohem křehčí. Pusťte část vytištěnou v PLA a je velmi pravděpodobné, že se rozbije na kusy.

Mezitím ABS vykazuje vyšší pevnost v ohybu a kluzu, díky čemuž je mnohem tužší. To mu umožňuje absorbovat vibrace a nárazy, stejně jako smykové a tahové síly, lépe než PLA. Zajímavé je, že ABS toho všeho dosahuje a přitom je lehčí než PLA pro stejné díly vytištěné při podobné objemové hustotě. Díky tomu je ABS vlákno volbou pro strojírenské aplikace, kde je pevnost a odolnost prvořadá.

Zatímco vyšší teploty tisku vyžadované ABS ztěžují tisk, poskytuje také vynikající teplotní odolnost. Díly vytištěné ve vláknu PLA se deformují, když jsou vystaveny teplu přesahujícímu 120 °F, zatímco díly ABS vydrží teplotu 200 °F, než ztratí svou strukturální integritu. Díky tomu je ABS nepostradatelné pro funkční díly používané v interiérech automobilů a motorových prostorech. Většina dílů 3D tiskáren je také vytištěna pomocí ABS, zejména pokud jsou umístěny v blízkosti zdrojů tepla.

Největší nevýhodou použití PLA pro jakýkoli funkční účel je však jeho neobvyklá tendence k plížení. To se týká plastické deformace PLA při konstantním tlakovém a tahovém zatížení. Utáhněte šroub do části PLA a tlaková síla způsobí, že se materiál časem rozdrtí. V důsledku toho budete muset šroub pravidelně utahovat, dokud díl nakonec selže. Stejný jev také způsobuje, že nosné díly PLA časem postupně klesají. To omezuje materiál na kosmetické komponenty a dělá z něj špatnou volbu pro funkční a technické aplikace.

Proč je ABS stále relevantní pro 3D tisk?

Ačkoli tradiční ABS může být náročné na tisk, mnoho snadno tisknutelných variací ABS směsí (jako je ABS+ od eSun) se úspěšně tiskne i v levných tiskárnách uzavřených v jednoduchých kartonových krabicích. Potřebujete větší tuhost ve vašich částech? ABS vlákna vyztužená uhlíkovými vlákny nejenže nabízejí lepší tuhost a pevnost v tahu, ale také výrazně snižují deformaci a zlepšují potiskovatelnost. Mezitím ABS vlákna vyztužená skelnými vlákny zlepšují tuhost a potiskovatelnost bez obětování houževnatosti.

Zatímco PLA i ABS zvládnou lak snadno, druhý je lepší pro pokročilé následné zpracování. ABS lze brousit snadněji než PLA pro začátečníky, což usnadňuje přípravu povrchu pro základní nátěr a lakování. Avšak sklon ABS rozpouštět se v acetonu přidává zcela nový rozměr technikám následného zpracování. Spojování ABS dílů je hračka s acetonovým svařováním, které jednoduše zahrnuje vystavení spojovacích povrchů acetonu. Technika vyhlazování par acetonem je poměrně jednoduchá a dostupná metoda k úplnému odstranění vrstev vrstev z dílů ABS, aby se dosáhlo hladkého povrchu.

ABS je také poměrně odolný vůči absorpci vlhkosti, je obvykle nejlevnější variantou filamentu a to vše při zachování schopnosti tisku extrémně rychle. Ve skutečnosti řada tiskáren Voron CoreXY (více se můžete dozvědět v našem Voronský průvodce pro začátečníky) jsou relativně levné uzavřené stroje, které jsou speciálně navrženy pro tisk ABS při extrémně vysokých rychlostech. Abychom to uvedli do perspektivy, tiskárna Voron 0.1, kterou jsme nedávno postavili, dokáže tisknout ABS rychlostí 200 mm/s při zachování vynikající kvality tisku.

PLA vs. ABS: Který z nich byste si měli vybrat?

Přestože PLA vykazuje srovnatelné úrovně odolnosti proti vlhkosti, nákladovou efektivitu a rychlost tisku, stále není vhodný pro technické aplikace. Stále je však výrazně bezpečnější než ABS, které má při tisku tendenci uvolňovat škodlivé VOC (těkavé organické sloučeniny).

Jako takový je PLA pro začátečníky nepostradatelný, aby se rychle naučili lana 3D tisku bez velké frustrace. Je to také schůdná volba pro neuzavřené tiskárny a pro ty, kteří tisknou pouze kosmetické části. Jakmile se však prokousáte PLA, stojí za to prozkoumat střední vlákna, jako je PETG které snadno tisknou na neuzavřených tiskárnách a zároveň nabízejí lepší pevnost a tepelnou odolnost ve srovnání s CHKO.

Jak výrazně snížit účet za energii za 3D tisk

Přečtěte si další

O autorovi