PLA與ABS：主要區(qū)別

魔猴君  知識堂   49天前

3D打印包含多種技術，但在消費者層面最流行的是熔融沉積成型(FDM)。細絲可以由不同的材料制成，但通常是熱塑性塑料，因為它們很容易熔化和重新凝固。

在眾多不同類型的長絲中，最受歡迎的是聚乳酸(PLA)，它以易于使用和價格低廉而聞名。但還有其他常見材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，這是一種廣泛用于注塑消費品的材料。

PLA和ABS是用于FDM 3D打印的兩種最流行的線材。雖然它們都是熱塑性塑料并且看起來相似，但它們有很多不同之處。在本文中，我們將從幾個不同點比較這兩種材料，包括材料特性、打印和價格。

一、材料特性

Polymaker的鉤子比賽測試極限抗拉強度（來源：Polymaker via YouTube）

首先我們來看看PLA和ABS的材料特性。我們將研究它們的強度、耐用性、耐高溫性、后加工性、透水性和可回收性。

極限拉伸強度

極限抗拉強度(UTS)是材料在斷裂前被拉伸或拉動時可以承受的最大應力。它是使用拉力試驗機測量的，該試驗機對測試樣本施加拉力，直到其斷裂。

根據(jù)現(xiàn)成的材料數(shù)據(jù)表和其他測試，對于使用相同設置打印的相同負載樣本，PLA的極限拉伸強度高于ABS。也就是說，還應該考慮到PLA的密度(~1.25 g/cm 3)比ABS(~1.04 g/cm 3)高約20%。這使得它們的UTS與重量比非常相似，盡管PLA仍然略有優(yōu)勢。

各層之間的粘合程度會影響材料的最終拉伸強度。兩者之間，ABS對層粘合問題的敏感度高于PLA。如果打印不正確（即流量不足且環(huán)境溫度低），ABS的層粘合性會降低，從而降低部件的強度，尤其是在跨層加載時。但是，在環(huán)境溫度較高的封閉式打印機上打印ABS時，這不會成為問題，因為這會產生出色的層粘合性。

沖擊強度

DIY沖擊試驗臺（來源：YouTube上的My Tech Fun）

沖擊強度，也稱為抗沖擊性，是材料承受沖擊載荷的能力-即材料吸收突然或強烈的力或沖擊而不破裂的能力。常見的測試方法包括Izod沖擊試驗和Charpy缺口沖擊試驗，后者使用擺錘撞擊缺口樣品并測量斷裂過程中吸收的能量。您甚至可以制作DIY沖擊測試裝置，例如My Tech Fun使用的裝置。

在抗沖擊強度方面，ABS比PLA具有很大的優(yōu)勢。這并不奇怪，因為ABS以其極高的抗沖擊強度而聞名，尤其是在低成本聚合物中。PLA更硬，更脆。

耐用性

描述一種材料時，耐久性是指在設計的操作條件下能夠持續(xù)很長時間而不會出現(xiàn)明顯劣化的能力。這里我們只討論抗紫外線和耐化學性。

抗紫外線

雖然ABS比PLA更耐紫外線，但這兩種材料在紫外線照射下都會降解。您可以選擇丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA)，它是ABS的衍生物，具有更好的抗紫外線和耐候性。它還保持了ABS的優(yōu)異機械性能和耐高溫性，但比這兩種長絲都貴。

耐化學性

在耐化學性方面，PLA比ABS更容易受到各種酸和醇（以及不同濃度）的化學降解。Prusa Research開發(fā)了一個匯總表，其中在實驗室條件下測試了不同的細絲。您會發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下，ABS的評級高于PLA。

耐溫性

PLA在低溫下會劇烈蠕變?。▉碓矗簉ob64 via Reddit）

耐高溫性是許多應用需要考慮的一個重要方面，包括機器零件以及主要在戶外使用的零件。當零件長時間暴露在高應力水平下時，可以觀察到逐漸的機械變形。這種現(xiàn)象被稱為“蠕變”，溫度是材料蠕變的主要驅動因素。

ISO75測試標準列出了熱變形溫度，即材料在0.45MPa和1.8MPa的小負載下瞬間變形0.25mm的溫度。在這些溫度下，零件的機械性能會急劇下降，不適合機械使用。

在這方面，ABS比PLA有很大優(yōu)勢。PLA的熱變形溫度約為60°C，而ABS可達到約100°C。但請注意，在這些溫度下您無法安全地以任何功能方式使用零件，尤其是在負載下。

安全工作溫度（材料蠕變?yōu)榱慊驑O?。┻h低于熱變形溫度。例如，當封閉的Vorons中的ABS部件長時間暴露在70°C以上的溫度下時，可以觀察到明顯的蠕變。

對于PLA部件，長時間暴露在35°C以上的溫度下會產生問題。PLA非常不耐熱。由于其高蠕變性和極低的耐低溫性，該材料不適合用于任何功能部件。

吸濕性

PLA和ABS都具有較強的吸濕性，容易吸收空氣中的水分。這些水分會使材料本身變質，導致打印過程中出現(xiàn)過多的拉絲、氣泡和層粘合不良。這會導致打印質量和強度較差。ABS的吸濕性通常比PLA更強。

無論如何，建議您將兩種材料存放在非潮濕的環(huán)境中，并在打印之前將其干燥（PLA約55°C，ABS約75°C）。

食品安全

雖然你可以3D打印巧克力，但這并不意味著FDM打印模型是食品安全的！（來源：Cocoa Press）

純PLA和純ABS均無毒且食品安全。它們在涉及食品加工和應用的應用中得到廣泛使用和認可。例如，PLA通常用于環(huán)保餐具，而ABS則用于食品容器和餅干切具等工具。然而，這些應用的產品通常使用純原生顆粒注塑而成。

3D打印線材含有添加劑，可大幅改善材料性能和打印體驗，例如，在不使腔體溫度過高的情況下減少翹曲。大多數(shù)情況下，這些添加劑會使線材不適合用于食品。盡管如此，一些制造商確實提供符合食品級標準的線材。

除了耗材，還有與食品安全相關的重要硬件考慮因素。打印機與耗材接觸的部件可能不安全。例如，擠出機齒輪、熱端路徑和噴嘴可能不是由食品級鋼制成的。它們可能接觸過非食品安全耗材或潤滑劑。黃銅噴嘴也會磨損，在打印部件中留下一些黃銅殘留物。

FDM部件的各層之間也可能存在小空隙，細菌可以在其中生長和生存。如果沒有適當?shù)暮筇幚?，這些部件就不安全。

因此，不建議將FDM打印的PLA或ABS零件用于食品應用，除非您已考慮并采取措施防止任何形式的污染。

可回收性

PLA在工業(yè)堆肥條件下確實能有效生物降解（來源：G.Kale等人通過ResearchGate提供）

從回收角度來看，PETG和ABS都是可回收的。但是，它們都屬于樹脂識別碼#7（“其他”），這意味著它們都不能通過常規(guī)收集進行回收。易于回收的材料從#1到#6，它們是街頭收集回收計劃中通常包含的塑料類型。

大多數(shù)情況下，第7類聚合物回收無利可圖或不切實際，因此它們會被丟棄。不過，也有回收3D打印件的服務，包括PLA和ABS材料。

我們還可以考慮生物降解性。PLA可生物降解且可堆肥，因為它是由玉米等材料制成的。但是，它需要非常特殊的條件才能完全生物降解，在非工業(yè)堆肥條件下需要數(shù)年或數(shù)十年才能基本分解。ABS源自石油，不可生物降解。

二、3D打印

強烈建議為ABS使用密封良好的外殼（來源：Rotorhead8 via Reddit）

PLA和ABS是非常不同的材料，它們的打印特性也有很大不同。讓我們看看如何打印這兩種材料！

溫度

溫度是打印這兩種材料時需要考慮的重要參數(shù)。

熱端

ABS的打印溫度約為230-270°C，比PLA高得多，而PLA的打印溫度僅為190-230°C。與大多數(shù)絲材類似，最好傾向于此范圍的較高端，以獲得更好的最大體積流速和層粘附性。但是，請注意不要大大超過此范圍，因為過高的溫度可能會導致過度拉絲、熱蠕變或懸垂性差。一如既往，請記住參考制造商的建議！

盡管您可以使用PTFE襯里的熱端輕松打印PLA，但為了多功能性和可靠性，我們仍建議使用全金屬熱端打印這兩種材料。使用全金屬熱端，您可以在同一臺打印機上打印多種材料，而且不需要定期更換PTFE管。

加熱床

較高的加熱床溫度對于打印ABS部件至關重要。它不僅可以實現(xiàn)良好的第一層粘合（以減少翹曲），還有助于預熱被動加熱外殼（我們將在下文討論）。溫度應在90到120°C之間，但經(jīng)驗豐富的用戶傾向于將溫度設置為110°C，以延長常用磁性構建板磁鐵的使用壽命。

PLA的床溫范圍在50到60°C之間。甚至可以在不使用加熱床的情況下或在低于50°C的溫度下打印PLA，但這取決于更多因素，例如床面類型以及是否使用粘合劑。然而，這可能會導致翹曲和其他問題，因此仍然建議將床溫保持在50到60°C之間。

外殼

腔體或床層溫度不足可能會導致ABS變形（來源：bountybobstrikesback via Reddit）

PLA部件不需要也不建議使用外殼。對于初學者來說，這種首選材料比ABS更容易打印。它能很好地粘在干凈的構建板上，床溫在建議的50-60°C范圍內時很少會翹曲。PLA還具有很好的層粘合性，并且即使沒有外殼，收縮率也可以忽略不計。因此，不需要外殼。

但是，如果您選擇使用封閉式打印機進行打印，請確保腔內溫度不超過40°C。鑒于PLA的軟化溫度非常低，較高的封閉溫度可能會導致熱蠕變和打印失敗。

對于ABS來說，外殼對于堅固無瑕疵的ABS部件至關重要。這種材料因熱收縮而容易彎曲和分層，這一點臭名昭著。

外殼將打印件保持在溫暖的溫度下，從而減小熱梯度。這樣可以防止部件冷卻過快，從而緩解翹曲和分層問題。它還可以減少溫度波動和氣流，這些都會損害材料的打印性能和打印部件的強度。

高溫外殼或主動加熱室最適合用于高強度ABS部件。高環(huán)境溫度可使各層更好地粘合并釋放內部應力，從而顯著提高部件的強度。因此，建議將室溫度設置為超過65°C以打印高強度ABS部件。更高的溫度（80-90°C）有利于提高強度，但也需要更多的冷卻。

冷卻

你會希望PLA具有更好的冷卻效果（來源：Gedeon Ang via All3DP）

對于PLA部件，高冷卻對于防止缺陷、過熱以及良好的橋接和懸垂非常重要。即使在相對較高的冷卻設置下，PLA也能實現(xiàn)堅固的部件和良好的層粘合性。因此，您應該將PLA打印的冷卻設置為較高的水平。

ABS的冷卻更為復雜；它取決于打印時的腔體溫度。雖然冷卻可以改善懸垂和橋接性能，但過度冷卻或過快冷卻ABS會導致層粘合不良以及翹曲和分層增加。不過，對于高腔體溫度來說，這不是問題。

請記住，室內溫度越高，冷卻效果就越好。如果您的封閉空間溫度相對較低，采用被動加熱，冷卻設置也應處于低端。

三、后期處理

PLA仍可打磨出完美效果?。▉碓矗篟eddit上的AxeCatAwesome）

一般而言，ABS比PLA具有更多的后加工選項。用戶尤其喜歡其可用丙酮進行蒸汽平滑處理的能力，這樣可以制造出表面非常光滑、有光澤的部件，類似于注塑件或機加工件。

此外，你可以使用有效的溶劑（如丙酮或ABS膠水衍生物）相對輕松地修改或粘合ABS部件。對于大型部件或建模，這尤其有用。

PLA更難用溶劑溶解，只能使用特殊化學品來使其光滑。不過，ABS和PLA都可以通過打磨、鉆孔、攻絲等方式輕松進行后處理，并且易于上漆。

來源：ALL3DP