تفاوت‌های دو فیلامنت PLA و ABS در پرینت سه بعدی

دو ماده PLA و ABS کاربرد فراوانی در فناوری FDM دارند. به طوری که در رده مواد پرطرفدار پرینت سه بعدی قرار می‌گیرند. در ادامه، PLA و ABS را از جنبه‌های مختلفی مورد بررسی قرار خواهیم داد و به مقایسه آن‌ها می‌پردازیم.

در پرینت سه بعدی FDM از نوع رومیزی، بیشترین موادی که استفاده می‌شوند فیلامنت های پرینت سه بعدی PLA و ABS هستند و در کنار آن‌ها، فیلامنت پرینت سه بعدی PETG نیز به چشم می‌خورد. هردوی آن‌ها ترموپلاستیک هستند، بنابراین تحت تاثیر حرارت به شکل مایعی روان درمی‌آیند و می‌توانند شکل قالب را به خود بگیرند. از این گذشته، زمانی که سرد شوند بار دیگر شکل و خواص جامد خود را بازیابی می‌کنند. در پرینترهای سه بعدی FDM فیلامنت‌هایی همچون PLA و ABS از طریق یک نازل اکسترود شده و قطعه مورد نظر به صورت لایه به لایه ساخته می‌شود.

با وجود آنکه هردوی ترموپلاستیک‌های گفته شده به طور گسترده در پرینت سه بعدی FDM به کار می‌روند، اما تفاوت‌های اساسی میان آن‌ها، کاربرد هر یک را تا حدودی متمایز می‌سازد. پس در این گفتار به نقد و بررسی تفاوت‌های مهم فیلامنت پرینت سه بعدی PLA و فیلامنت چاپ سه بعدی ABS پرداخته می‌شود.

در این ویدیو به خوبی گفته می‌شود که چه تفاوتی میان فیلامنت‌های پرینت سه بعدی PLA و ABS وجود دارد.

پرینت سه بعدی با فیلامنت پرینت سه بعدی PLA، معرفی پلی‌لاکتیک اسید

پلی‌لاکتیک اسید، یا به اختصار PLA، یک پلیمر ترموپلاستیک است که از منابع تجدیدپذیری چون نیشکر یا نشاسته ذرت به دست می‌آید. اگر شرایط مهیا باشد، PLA به طور کامل تجزیه خواهد شد که در اصطلاح به آن زیست‌تخریب‌پذیر گفته می‌شود. به همین خاطر، یکی از پلاستیک زیستی محبوب به شمار می‌رود که در زمینه‌های مختلف، از ساخت لیوان‌های پلاستیکی گرفته تا ایمپلنت‌های پزشکی، به کار می‌رود. 

چرخه پلی لاکتیک اسید یا PLA

به طور کلی، فیلامنت پرینت سه بعدی PLA نسبت به بسیاری از مواد پرینت سه بعدی مقرون‌به‌صرفه است. زیرا قطعاتی که با این ماده ساخته می‌شوند از کیفیت خیلی خوبی برخوردار بوده، افزون بر آنکه سطح قطعات تا حد خوبی صاف و هموار است. فیلامنت PLA به راحتی پرینت می‌شود و میزان سفتی آن از فیلامنت ABS و موادی مانند نایلون هم بیشتر است. با این حال، این ماده نمی‌تواند از پس دماهای بالا یا تحمل تنش‌های زیاد بربیاید و علیرغم آنکه از ABS و نایلون محکم‌تر است، به اندازه کافی در برابر حرارت یا مواد شیمیایی مقاومت ندارد.

پرینت سه بعدی با فیلامنت چاپ سه بعدی ABS، معرفی آکریلونیتریل بوتادین استایرن

آکریلونیتریل بوتادین استایرن نیز یک نوع ترموپلاستیک است که اغلب با نام اختصاری ABS شناخته می‌شود. علاوه بر پرینت سه بعدی، در روش تزریق پلاستیک نیز ABS ماده پرکاربردی به شمار می‌آید. این ماده حتی در زندگی روزمره زیاد به چشم می‌خورد؛ لگوهای اسباب‌بازی، محفظه‌های قطعات الکترونیکی، لوازم خانگی و قطعات خودرو تنها بخشی از کاربردهای ABS هستند.

خواص مکانیکی ماده ABS بهتر از فیلامنت PLA بوده، به طوری که این ماده تا حد مطلوبی به ضربه مقاوم است و از نظر سبکی و دوام نیز برتری دارد. در ماده ABS، حرارت بیشتر و بهتر از PLA منحرف می‌شود، اما شاخص درستی برای مقایسه مقاومت حرارتی آن‌ها نخواهد بود. 

با این همه، پرینت کردن فیلامنت ABS دشوارتر است و برای آنکه به درستی پرینت شود باید از دماهای بالاتری استفاده کرد. اینجاست که دو کفه ترازوی مزایا و معایب برای فیلامنت پرینت سه بعدی ABS پایاپای می‌شوند. به هنگام پرینت کردن، این ماده از خود بوهای نامطبوعی منتشر می‌کند و اپراتور پرینتر باید نسبت به این موضوع آگاهی کافی را داشته باشد.

تفاوت‌های میان فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

دو ماده ABS و PLA از جنبه‌های مختلفی باهم تفاوت دارند. فرق بین آن‌ها می‌تواند شامل موارد استحکام کششی، چگالی یا حتی کاربرد باشد. جدول زیر، خواص و ویژگی‌های مهم این دو فیلامنت را با یکدیگر مقایسه می‌کند.

خواص

ABS

PLA

استحکام کششی

۲۷MPa

۳۷MPa

ازدیاد طول

۳.۵-۵۰%

۶%

مدول خمشی

۲.۱-۷.۶GPa

۴GPa

چگالی

۱.۰-۱.۴g/cm³

۱.۳g/cm³

نقطه ذوب

℃۲۰۰

℃۱۷۳

زیست‌تجزیه‌پذیری

خیر

بله، در شرایط مناسب

دمای انتقال شیشه‌ای

℃۱۰۵

℃۶۰

قیمت قرقره (۱کیلوگرم، ۱.۷۵میلی‌متر، مشکی)

۲۱.۹۹ دلار آمریکا

۲۲.۹۹ دلار آمریکا

محصولات متداول

لگوی اسباب بازی، محفظه وسایل الکترونیکی

لیوان، کیسه پلاستیکی، کارد و چنگال

مقایسه دقت قطعات پرینت شده با استفاده از فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

به طور کلی، تولرانس و دقت قطعه‌ای که با یک پرینتر سه بعدی FDM پرینت می‌شود، بیش از هر عاملی به کالیبراسیون پرینتر و میزان پیچیدگی خود قطعه بستگی دارد. با این همه، قطعاتی که با فیلامنت های پرینت سه بعدی PLA و یا ABS پرینت می‌شوند به دلیل خواص خود ماده از دقت ابعادی خوبی برخوردار خواهند بود. به طوری که می‌توان بخش‌هایی به کوچکی ۲/۱ میلی‌متر پرینت کرد. چه‌بسا که اندازه برخی جزئیات ممکن است به ۸/۰ میلی‌متر هم برسد.

اگر قطعه اصلی شامل چندین قطعه کوچک‌تر است که به یکدیگر متصل خواهند شد، بهتر است تولرانس، ۵/۰ میلی‌متر و کم‌ترین مقدار ضخامت دیواره ۱ تا ۲ میلی‌متر در نظر گرفته شود تا همه اجزای قطعه استحکام کافی پیدا کنند. 

همانطور که پیش از این اشاره شد، فیلامنت پرینت سه بعدی PLA در دمای پایین‌تری پرینت می‌شود. این موضوع، علاوه بر آنکه کار کردن با آن را راحت‌تر می‌سازد، احتمال تاب‌خوردگی قطعه را هم کاهش می‌دهد. بنابراین برای ساخت گوشه‌های تیز و جزئیات دقیق، فیلامنت PLA بهتر از فیلامنت پرینت سه بعدی ABS خواهد بود.

مقایسه استحکام قطعات پرینت شده با استفاده از فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

استحکام کششی PLA و ABS به طور تقریبی باهم برابر است و هر دو ماده کاربرد زیادی در مباحث مربوط به نمونه‌سازی دارند. با این حال بسیاری از طراحان، ABS را به PLA ترجیح می‌دهند تنها به این خاطر که شکل‌پذیری بیشتری نسبت به PLA دارد. استحکام خمشی بالاتر و ازدیاد طول بیشتر، برگ برنده ABS هستند که علاوه بر ساخت نمونه‌های اولیه، امکان ساخت قطعات اصلی را با این ماده فراهم می‌کنند. گرچه در نمونه‌سازی و به ویژه مواردی که شکل و شمایل محصول مهم‌تر از عملکرد واقع می‌شود، همچنان PLA محبوب‌تر است. 

روی هم رفته، PLA گزینه خوبی برای تولید دسته‌ای از قطعات سفارشی است که تنش زیادی به آن‌ها وارد نخواهد شد و همچنین، در معرض پرتوی فرابنفش و یا دمای بالا قرار نخواهند گرفت. در مقابل اما، ABS با نیازهای صنعت بیشتر جور درمی‌آید و می‌تواند کرنش بیشتری را تحمل کند.

تفاوت سرعت پرینت کردن برای فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

سرعت پرینت برای PLA و ABS تا حدودی نزدیک به هم است. به طوری که اگر از هر دوی آن‌ها همزمان استفاده کنید، نیازی نیست تنظیمات سرعت پرینتر FDM را هربار تغییر دهید. استاندارد سرعت پرینت برای PLA، ۶۰ میلی‌متر بر ثانیه گفته شده است اما برخی اپراتورها با سرعت‌های بیشتر از ۱۵۰ میلی‌متر بر ثانیه هم پرینت کرده‌اند، بنابراین از این نظر اجبار خاصی وجود ندارد. بهترین سرعت پرینت برای ABS  ۴۰ تا ۶۰ میلی‌متر بر ثانیه است، هرچند که همانند PLA می‌توانید با سرعت‌های بالاتر هم کار کنید.

پرداخت سطح و عملیات تکمیلی برای فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

همه قطعاتی که با فناوری پرینت سه بعدی FDM پرینت می‌شود خطوط واضحی دارند که باید برطرف شوند. فیلامنت‌های پرینت سه بعدی ABS و PLA نیز از این موضوع جدا نیستند. با این تفاوت که سطح قطعات ساخته شده با فیلامنت پرینت سه بعدی PLA اغلب براق‌تر بوده و قطعات ساخته شده با فیلامنت پرینت سه بعدی ABS سطحی مات دارند. در عملیات تکمیلی قطعات پرینتی با فیلامنت ABS، از استون برای براق کردن سطوح مات آن‌ها استفاده می‌شود. سنباده‌زنی و ماشین‌کاری تکمیلی نیز معمولا در این مرحله انجام می‌گیرد تا کیفیت سطح قطعات تولید شده با فیلامنت پرینت سه بعدی ABS بهتر شود. البته که تمامی این موارد با اندکی مراقبت و ملاحضه برای قطعات تولیدی با استفاده از فیلامنت پرینت سه بعدی PLA هم قابل اجرا خواهد بود.

به خاطر داشته باشید که اگر جنبه زیبایی بصری کار اهمیت زیادی داشته باشد، بهتر است به سراغ فناوری پرینت سه بعدی SLA بروید. 

مقایسه مقاومت حرارتی فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

برای کاربردهای دما بالا، عملکرد فیلامنت پرینت سه بعدی ABS از فیلامنت PLA بهتر است. دلیل این امر، دمای انتقال شیشه‌ای است که در فیلامنت ABS، تقریبا برابر ۱۰۵ درجه سلسیوس بوده، در حالی که این دما برای فیلامنت چاپ سه بعدی PLA تنها ۶۰ درجه سلسیوس است. در نزدیکی دمای ۶۰ درجه سلسیوس، ماده PLA به سرعت انسجام خود را از دست می‌دهد و شروع به تغییرشکل دادن می‌کند. حال اگر به آن باری هم اعمال شود، این اتفاق با شدت بیشتری رخ می‌دهد.

مقایسه زیست‌تجزیه‌پذیری فیلامنت های پرینت سه بعدی ABS و PLA

در محیط آزاد، فیلامنت پرینت سه بعدی PLA دیر از پای درمی‌آید. اما درون آب بعد از گذشت ۴۸ ماه و در دستگاه صنعتی تولید کپوست پس از ۵۰ روز تجزیه خواهد شد. فیلامنت پرینت سه بعدی ABS به طور زیستی تجزیه نمی‌شود، با این حال امکان بازیافت آن وجود دارد. به همین خاطر است که تولیدکنندگان برای ساخت محصولاتی که به هر نحوی ممکن است با مواد غذایی در تماس باشند، ترجیح می‌دهند از فیلامنت PLA استفاده کنند. البته که ایمنی فیلامنت باید از طرف سازنده آن تایید شود.

سوالات متداول

زمانی که دنبال کیفیت و زیبایی ظاهری هستید. به ویژه اگر قطعات شما دارای جزئیات کوچک هستند. همچنین، PLA در دمای کمتری پرینت می‌شود و کار کردن با آن ساده‌تر است.

هرجا که استحکام، شکل‌پذیری، قابلیت تراش و پایداری حرارتی نیاز باشد، ABS گزینه بهتری خواهد بود. از آنجایی که دوام این ماده از همتای خود PLA بیشتر است، می‌تواند برای نمونه‌سازی، تولید قطعات مصرفی و بسیاری از موارد مهم دیگر به کار برود. هرچند باید خاطرنشان کرد که تاب‌خوردگی در قطعات ABS بیشتر اتفاق می‌افتد. 

استحکام کششی فیلامنت پرینت سه بعدی ABS و فیلامنت PLA یکسان است، با این حال دیده می‌شود که اغلب مهندسان فیلامنت ABS را انتخاب می‌کنند، زیرا هم شکل‌پذیری بهتری دارد و همینطور ازدیاد طول آن در نقطه شکست بیشتر از فیلامنت PLA است که منجر به استحکام خمشی بالاتر می‌شود.

برخلاف فیلامنتی مثل TPU، مواد PLA و ABS انعطاف‌پذیر نیستند. گرچه تقریبا در همه موارد، شکنندگی ماده ABS کمتر از ماده PLA بوده است.

قیمت آن‌ها تفاوت چندانی ندارد و به ازای هر کیلوگرم از قرقره فیلامنت، بین ۴۰ تا ۷۵ دلار متغیر است. هرچند بر اساس تجربه می‌توان گفت قیمت ABS پایین‌تر است که به دلیل ارزان بودن مواد اولیه آن است.

قطعاتی که از جنس PLA یا ABS ساخته می‌شوند دوام طولانی دارند. در واقع اگر بار زیادی به آن‌ها اعمال نشود عمر آن‌ها به دهه‌ها هم می‌رسد.

هر ترموپلاستیکی که حرارت ببیند، بخاراتی از آن بلند می‌شود که ممکن است برخی از آن‌ها حاوی ذرات مضر باشند. فیلامنت PLA منشا گیاهی دارد بنابراین هیچ بوی بد یا بخارات سمی از خود ساطع نمی‌کند. از سوی مقابل، فیلامنت ABS تا حدی سمی به حساب می‌آید و ممکن است بوی بدی هم داشته باشد. در نتیجه همیشه توصیه می‌کنیم که هنگام پرینت سه بعدی ABS از محفظه و همچنین یک سیستم تهویه مناسب استفاده کنید.