انتخاب فیلامنت مناسب برای پرینت سه بعدی، فارغ از برند آن، خیلی از افراد را نگران می‌کند، به ویژه زمانی که باید نوع ماده را متناسب با کاربرد خود برگزینند.
به دنبال ماده مناسب برای فیلامنت پرینت سه بعدی، مقایسه ASA و ABS
هرآنچه که باید درباره فیلامنت‌های پرینت سه بعدی ASA و ABS بدانید؛
از شباهت و تفاوت آن‌ها گرفته، تا کاربرد هریک.
انتخاب فیلامنت مناسب برای پرینت سه بعدی، فارغ از برند آن، خیلی از افراد را نگران می‌کند، به ویژه زمانی که باید نوع ماده را متناسب با کاربرد خود برگزینند. اما واقعیت این است که در روشی مانند پرینت سه بعدی FFF (fused filament fabrication) فقط یک ماده مناسب وجود ندارد و انتخاب فیلامنت درست کاملا به کاربرد مورد نظر بستگی دارد. در ادامه این گفتار قصد داریم دو ماده پرینت سه بعدی را بررسی کنیم که یکی عبارت است ASA و دیگری ABS. مشخصه‌های این دو ماده بسیار به هم شبیه است، از این رو، می‌خواهیم از طریق این مقایسه به تفاوت‌های آن‌ها و همچنین کاربرد مناسب هر یک برسیم.
معرفی فیلامنت ASA
فیلامنت استایرن اکریلات اکریلونیتریل یا به اختصار ASA، یک ماده ترموپلاستیک است که در پرینت سه بعدی FFF استفاده می‌شود. شاید ASA به اندازه ABS شناخته نشده باشد، اما به دلیل خواص خوبی که دارد، می‌تواند در برخی کاربردهای خاص، قوی‌تر عمل کند. در حقیقت، این ماده از جنبه‌های بسیاری شبیه به ABS است، با این تفاوت که خواص بالاتری هم دارد؛ مهم‌ترین برتری آن نسبت به ABS، توانایی مقاومت به اشعه فرابنفش (UV) است.
نخستین بار در دهه ۷۰ میلادی بود که شرکت BASF ماده ASA را با نام تجاری Luran S. وارد بازار کرد. آن زمان صنعت خودرو به ماده‌ای نیاز پیدا کرد که خواص مشابهی با ABS داشته باشد اما در برابر تاثیرات اقلیمی و محیط‌های سخت، مقاومت بهتری از خود نشان بدهد. این خواسته، شرکت شیمی BASF را به خلق ASA رساند. دو ماده ASA و ABS از نظر شیمیایی به یکدیگر شبیه هستند، با این تفاوت که استایرن و اکریلونیتریل در ASA تشکیل کوپلیمر داده و الاستومر اکریلیک استر نیز پیوند خورده است. همین امر موجب شده که ASA پایداری بهتری در برابر اشعه فرابنفش پیدا کند و در مقابل تاثیرات ناشی از آب و هوا مقاوم‌تر شود.
شکل فیلامنتی ASA نیز با ویژگی‌های خوبی مانند سختی مناسب، پایداری شیمیایی و ظاهر زیبا شناخته می‌شود. ترکیب این مشخصات با مقاومت بالایی که ASA به UV دارد، این فیلامنت را مناسب کاربردهایی می‌سازد که مربوط به فضای باز بوده و ممکن است شرایط سختی برقرار باشد. از فیلامنت ASA بیشتر برای ابزارسازی، تولید نمونه‌های حرفه‌ای و قطعات کاربردی استفاده می‌شود که از جمله این قطعات می‌توان به فیکسچرهای الکتریکی، محفظه‌های الکتریکی و پوسته‌های مورد استفاده در صنعت خودرو اشاره کرد.
گرچه ASA به اندازه ABS در بازار یافت نمی‌شود، اما به هرحال تعدادی از سازندگان فیلامنت هستند که آن را به بازار عرضه می‌کنند و در برخی موارد نیز با تنوع رنگ همراه می‌شود. معروف‌ترین شرکت‌هایی که فیلامنت ASA را تولید می‌کنند عبارت هستند از Stratasys، PolyMaker، ColorFabb، Raise3D، Zortrax، Fillamentum و ۳DXTech.
ماده ASA مقاومت خوبی در برابر اشعه فرابنفش دارد، بنابراین، برای استفاده در محیط بیرون بسیار مناسب است.
معرفی فیلامنت ABS
ماده اکریلونیتریل بوتادین استایرن با نام اختصاری ABS یکی از ترموپلاستیک‌هایی است که از فیلامنت آن به صورت گسترده در پرینت سه بعدی مبتنی بر اکستروژن استفاده می‌شود. دلیل پیچیده‌ای هم ندارد! ABS به راحتی پردازش می‌شود و خواص خوبی به قطعه پرینتی می‌بخشد. علاوه بر این‌ها، کار با ABS و دسترسی به آن چه برای کاربران حرفه‌ای و چه افرادی که هدف سرگرمی دارند، فوق‌العاده راحت است.
پلاستیک ABS اولین بار در دهه ۵۰ میلادی توسط شرکت بورگ وارنر معرفی شد. خیلی قبل‌تر از آنکه ABS به شکل فیلامنت در پرینت سه بعدی استفاده شود، به روش تزریق پلاستیک فرآوری می‌شد و برای تولید قطعات سبک فضای داخلی خودرو، لوازم خانگی، لوله و اتصالات، اسباب بازی‌هایی مانند لوگو و غیره به کار می‌رفت. ABS هنوز هم در روش تزریق پلاستیک استفاده می‌شود، اما گستره کاربرد آن در زمینه پرینت سه بعدی روز به روز بیشتر می‌شود.
فیلامنت ABS با خواص مکانیکی خوبی که دارد شناخته می‌شود، مانند استحکام ضربه‌ای بالا، مقاومت به سایش و و مقاومت به خوردگی. ABS با دمای ذوب ۲۰۰ درجه سلسیوس، در مقایسه با ترموپلاستیک‌های دیگر دمای ذوب پایین‌تری دارد. این ویژگی شاید مانعی برای استفاده از آن در دماهای بالا باشد، اما باعث می‌شود پردازش ABS در بیشتر پرینترهای سه بعدی FDM یا FFF راحت شود. چگالی کم، دیگر ویژگی مهم این ماده است؛ علت سبک بودن قطعات هم به همین خاطر است. مقاومت ضربه‌ای خوب و سبکی، دو مولفه مطلوب در صنعت خودروسازی است. زیرا یکی از مهم‌ترین نتایجی که به دنبال خواهند داشت، مصرف بهینه سوخت است. وجود این دو ویژگی در یک ماده آن هم ABS، سبب شده که در این صنعت طرفداران زیادی پیدا کند. اما کاربردهای فیلامنت ABS به همینجا ختم نمی‌شود و موارد دیگری را همچون تولید نمونه‌های حرفه‌ای، ابزارسازی و ساخت قطعات کاربردی، چه در بخش صنعتی و چه در حوزه مصرف‌کنندگان خاص، در بر می‌گیرد.
مقایسه ASA و ABS
فیلامنت‌های ASA و ABS ویژگی‌های مشترک زیادی دارند، اما از آن طرف در موارد برجسته‌ای باهم متفاوت هستند. چنین تفاوت‌هایی می‌توانند بر انتخاب شما از میان این دو فیلامنت تاثیر پررنگی داشته باشند. حال بیایید با اشتراکات آن‌ها شروع کنیم.
نقاط مشترک ASA و ABS
از آنجایی که ASA و ABS هر دو ترموپلاستیک هستند، بسیاری از خواص اصلی آن‌ها یکسان است. از نگاه کلی، همه ترموپلاستیک‌ها می‌توانند ذوب شوند، به شکل مایع دربیایند و پس از سرد شدن دوباره سخت شوند. روش کار پرینت سه بعدی FFF به گونه‌ای است که ماده باید چنین قابلیتی را دارا باشد. زیرا در این فناوری، فیلامنت پلاستیکی که جامد است از یک نازل گرم می‌گذرد؛ به این نازل «هات اند» هم گفته می‌شود. در ادامه ماده ذوب شده و از طریق هات اند روی بستر ساخت اکسترود می‌شود. سپس، بعد از آنکه همه لایه‌ها اکسترود شدند، دمای پلاستیک شروع به پایین آمدن می‌کند و لایه‌ها سفت می‌شوند.
گذشته از ویژگی‌هایی که به ماهیت ترموپلاستیک ASA و ABS برمی‌گردد، آن‌ها در برخی خواص مکانیکی نیز به هم شبیه هستند؛ مانند مقاومت ضربه‌ای بالا و چقرمگی. بنابراین، فیلامنت پرینت سه بعدی هر دوی آن‌ها می‌تواند برای نمونه‌سازی حرفه‌ای، ساخت جیگ‌ها و فیکسچرها، و حتی تولید انبوه قطعات مناسب باشد. به علاوه، دمای انتقال به شیشه آن‌ها نسبت به فیلامنت‌های دیگر مانند PLA، PETG و نایلون، خیلی بیشتر است (در ABS برابر با ۱۰۵°C و در ASA برابر با ۱۰۰°C). دمای انتقال به شیشه، نقطه‌ای است که در آن فیلامنت از حالت جامد سخت درآمده و به یک جامد آمورف لاستیکی تبدیل می‌شود. همچنین، قطعاتی که با ASA و ABS پرینت می‌شوند، در مراحل پساپردازش به راحتی صیقل داده می‌شوند و حتی در برخی موارد برای صاف کردن آن‌ها از استون استفاده می‌شود.
با این حال، برخی نقاط اشتراکی که در فیلامنت‌های ASA و ABS دیده می‌شود، شاید چندان مطلوب نباشند. در هردوی آن‌ها احتمال اینکه در بستر پرینت دچار تابیدگی و چروکیدگی شوند وجود دارد. زمانی که ماده سریع‌تر از توان خود سرد شود، منقبض می‌شود؛ همین انقباض سبب تاب خوردگی و چروکیدگی قطعه می‌شود. مشکلی که در نتیجه این اتفاق به وجود می‌آید، کاهش چسبندگی میان لایه‌ها است. اما خوشبختانه اگر در هنگام کار به چند مورد توجه شود، جلوی خیلی از این اتفاقات گرفته خواهد شد. دمای پرینت و سپس روند سرد شدن قطعه باید کنترل شود؛ همچنین، چسبندگی لایه اول خیلی مهم است، برای چسبندگی بهتر می‌توان از بستر گرم یا نوار چسب kapton کمک گرفت. این باور نیز وجود دارد که برخی برندهای فیلامنت ASA نسبت به همتای خود ABS، کمتر دچار چروکیدگی می‌شود و چسبندگی لایه‌های آن بهتر است.
ASA و ABS هر دو مستعد تاب خوردن هستند، اما با کنترل دما و موارد دیگر می‌توان از شدت آن کاست.
به عنوان نکته پایانی این بخش باید به خاطر داشت که پرینت ASA و ABS باید در محیطی با تهویه مناسب صورت بگیرد. زیرا ASA به هنگام پرینت شدن یک گاز سمی و بدبو از خود ساطع می‌کند که لزوم استفاده از تهویه را واجب می‌کند. ذوب ABS نیز با انتشار یک ماده شیمیایی سمی همراه است که ممکن است منجر به سردرد و خواب‌آلودگی شود. در هر دو ماده، میزان سمی بودن این موارد به جزء استایرن موجود در ترموپلاستیک آن‌ها برمی‌گردد. بنابراین، محیطی که قرار است پرینت این نوع فیلامنت‌ها در آن انجام شود، باید به سیستم فیلتراسیون و تهویه مجهز باشد.
به طور خلاصه، نقاط مشترک اصلی بین ASA و ABS به عبارت زیر هستند:
- هر دوی آن‌ها ترموپلاستیک هستند
- مقاومت ضربه‌ای بالا و چقرمگی دو ویژگی بارز آن‌ها است
- در عملیات پسا پردازش آن‌ها می‌توان از سمباده و استون استفاده کرد
- احتمال تابیدگی روی بستر ساخت در هر دوی آن‌ها وجود دارد
- به دلیل انتشار گازهای سمی باید در یک محیط دارای تهویه قوی پرینت شوند
تفاوت‌های ASA و ABS
مهم‌ترین تفاوت این دو، همانطور که پیش‌تر هم اشاره شد، مقاومت به اشعه فرابنفش است که در ASA وجود دارد اما در ABS به چشم نمی‌آید. با وجود آنکه ABS ماده سختی است، اگر در معرض اشعه فرابنفش قرار بگیرد به سرعت تجزیه می‌شود. این موضوع تاثیر مستقیمی بر گستره کاربردهای آن دارد، زیرا استفاده از آن در محیط باز، جایی که نور آفتاب می‌تابد، با محدودیت همراه خواهد بود. اگر قطعات پرینت سه بعدی ABS در معرض آفتاب قرار بگیرند، اول از همه رنگ اصلی خود را از دست می‌دهند و اغلب شروع به زرد شدن می‌کنند، علاوه بر آن، میزان استحکام و یکپارچگی آن‌ها نسبت به مقدار اولیه کم می‌شود.
در مقابل، ماده مهندسی ASA به طور خاص برای مقاومت در برابر اشعه فرابنفش توسعه یافته است. بنابراین فیلامنت پرینت سه بعدی آن نیز برای استفاده در محیط بیرون و بسیاری از شرایط سخت مناسب خواهد بود. فیلامنت‌های ASA حتی در بحث مقاومت به رطوبت نیز از ABS بهتر هستند؛ این ویژگی به قطعات ASA کمک می‌کند در برابر تاثیر عناصر مختلف و شرایط آب و هوایی سخت دوام بیشتری داشته باشند.
فیلامنت ASA در مقایسه با فیلامنت‌های سنتی ABS می‌تواند دمای بیشتری را تحمل کند. این موضوع از یک نگاه مزیت به حساب می‌آید اما از نگاه دیگری یک سری نکات منفی به دنبال دارد. پیش از همه پر واضح است که به سبب این ویژگی می‌تواند گزینه مناسب‌تری برای کاربردهای دما بالا باشد، زمانی که قطعات باید مقاومت دمایی خوبی داشته باشند، مثال این امر قطعاتی است که از طریق حرارت به آن‌ها تنش وارد می‌شود. اما از سوی دیگر، دمای پرینت ASA باید بالاتر باشد تا به خوبی فرآوری شود که منجر به مصرف بیشتر انرژی می‌شود. مصرف بیشتر انرژی نیز به معنای بالا رفتن هزینه‌های فرآیند است. همچنین، نباید فراموش کرد که هر دو فیلامنت ABS و ASA باید در یک سیستم محصور با دمای کنترل شده پرینت شوند، بنابراین مسئله انرژی از قبل هم مهم‌تر واقع می‌شود.
تفاوت بعدی که اکنون به آن می‌پردازیم، برای بسیاری از کاربران پرینت سه بعدی از همه چیز مهم‌تر است. این اختلاف چیزی نیست جز قیمت ماده. ABS یکی از مواد ترموپلاستیک است که به صورت گسترده در پرینت سه بعدی FFF به کار می‌رود؛ این ماده در همه جا یافت می‌شود و مهم‌تر آنکه بسیار مقرون به صرفه است. اما عضو جدیدتر بازار فیلامنت‌ها که به اصطلاح هم خاص پسندتر است، با قیمت بالاتری عرضه می‌شود. در بسیاری از موارد، به ویژه برای علاقه‌مندان اهل سرگرمی، قرقره‌های ASA گران تمام می‌شود، در نتیجه ABS از این نظر گزینه بهتری خواهد بود. اما در موارد حرفه‌ای یا صنعتی، شاید مزایای مقاومت به UV ارزش هزینه بیشتر را داشته باشد.
اگر بخواهیم به طور خلاصه بگوییم، ASA و ABS در موارد زیر باهم تفاوت دارند:
- ABS در برابر اشعه UV از ABS پایدارتر است
- ASA در مقایسه با ABS مقاومت بیشتری به رطوبت دارد
- مقاومت دمایی ASA از ABS بیشتر است
- فیلامنت ABS از ASA ارزان‌تر است
جمع بندی
در پایان باید بگوییم که ASA و ABS مانند بقیه فیلامنت‌های پرینت سه بعدی هرکدام مزایای خود را دارد. ASA از مقاومت ضربه‌ای و چقرمگی خوبی برخوردار است و در شرایط آب و هوایی سخت دوام می‌آورد. ABS نیز چقرمه است و مقاومت ضربه‌ای بالایی دارد، علاوه بر این‌ها، کار با آن راحت است. با این حال، قرقره‌های ABS نسبت به قرقره‌های گران‌قیمت ASA فوق‌العاده ارزان‌تر هستند.
اما همانطور که پیش‌تر هم گفتیم، آنچه که تصمیم نهایی را رقم می‌زند، نوع کاربرد مورد نظر است. برای مثال اگر بخواهید یک نمونه اولیه یا محفظه معمولی پرینت سه بعدی کنید که در محیط بسته استفاده می‌شوند، می‌توانید روی ABS حساب کنید. اما اگر هدف شما تولید یک نمونه حرفه‌ای یا یک قطعه کاربردی برای محیط بیرون است که از تابش اشعه فرابنفش در امان نخواهد بود، قطعا ASA انتخاب بهتری است. نکته دیگری که نباید از آن غافل شد، سازگاری ماده مورد نظر با پرینتر سه بعدی است. به عنوان نمونه، ممکن است یک فیلامنت ASA از برندی باشد که باید در محفظه ساخت محصور پرینت شود، بنابراین استفاده از آن در یک سیستم اکستروژن باز نتیجه خوبی به شما نمی‌دهد. در این مقاله سعی شد که اطلاعات مفیدی در خصوص فیلامنت‌های ASA و ABS ارائه شود، با این حال، برای یافتن ماده مناسب خود بهتر است مشخصات فیلامنت‌های مختلف و برند آن‌ها را نیز مورد بررسی قرار دهید.
