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3D打印PLA和ABS如何選擇？

魔猴君知識堂 794天前

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ABS和PLA是目前常用的3D打印塑料材質，不過對于剛接觸3D打印的客戶來說，不知道如何挑選適合自己的材質。本文將從性能到打印要求等方面分析PLA和ABS的異同，希望能幫助大家更好的了解使用。

一、PLA 與 ABS 的特性和性能

在談到 PLA 與 ABS 的特性時，首先要考慮的是它們是由什么制成的。雖然兩者都是熱塑性塑料，但它們還是有區別的。眾所周知，PLA 是由玉米或甘蔗等有機來源制成的，而 ABS 與大多數標準塑料一樣，是由石油制成的。更具體地說，PLA 是由來自玉米、木薯、玉米、甘蔗或甜菜漿等來源的發酵植物淀粉制成的，其中的糖被轉化為乳酸，然后再聚合成聚乳酸。相比之下，ABS 由三種單體組成：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。丙烯腈是一種來自丙烯和氨的合成（人造）單體，丁二烯是一種石油烴，而苯乙烯是由乙苯脫氫（通過化學反應除去氫）制成的。這些材料對環境的“可持續性”有影響。

△如上圖所示（圖片來源：Fictiv），使用 PLA 與 ABS 3D 打印的零件在外觀和性能上都存在差異。

PLA 通常被譽為更環保的材料，因為它是可生物降解的。然而，重要的是要注意，它只有在合適的條件下才能真正生物降解，而且許多城市沒有合適的工具來正確降解材料。這意味著雖然有可能，但實際上只有通過工業堆肥才能真正做到真正的“環保”。另一方面，ABS 被認為是一種不可持續或非環保的材料。如前所述，它和大多數塑料一樣，都是由石油制成的，這意味著它的加工過程不具有可持續性。然而，一個優點是 ABS 是可回收的，而且許多人沒有意識到 PLA 的生物降解性有多么有限，所以有些初學者可能會更加確定PLA會得到適當處理而不會產生更多廢物。

差異一：ABS具有更好的耐熱性、更好的機械性能

超越材料的根源，ABS 和 PLA 還具有另一個不同的特性——耐熱性。ABS具有一定的耐熱性并具有較高的玻璃化轉變溫度，而 PLA 能在低得多的溫度下熔化，因此被認為是不具有耐熱性的。這當然會影響材料的應用，后文會詳細進行介紹。

如果您正在尋找一種更堅韌且具有更好機械性能的材料，筆者推薦您使用ABS。除了耐熱和具有更高的熱變形外，它還比 PLA 更耐沖擊、更耐用、更輕。但這兩種材料具有相似的拉伸強度（ ABS 略低），ABS通常更適合更多的工業應用，這主要是因為其改善的延展性和不斷裂的能力，以及具有更高的抗彎強度和更高的斷裂前伸長率。正因為有上述多種特性，ABS甚至可以用于最終用途，這也是它在注塑成型等行業如此受歡迎的原因之一。

△PLA與ABS的特點

值得注意的是，PLA比ABS更堅固、更硬。但由于它的熔點很低，會在50攝氏度以上失去這些特性，所以在涉及較高溫的環境下無法使用。然而，即使 ABS 的耐熱性明顯高于 PLA，但因為兩者都是熱塑性塑料，在紫外線和高溫下都會隨著時間的推移而降解。

差異二：PLA更易于打印

既然我們已經介紹了 PLA 與 ABS 的特性，下一步就是討論 3D 打印過程本身。首先，由于兩種熱塑性塑料的玻璃化轉變溫度不同，因此打印的準備工作會有所不同。這是因為需要考慮物質發生熱力學轉變的溫度范圍。就 PLA 而言，玻璃化轉變溫度范圍在 60 – 100oC 之間，而 ABS 則在 105 – 200oC 之間。這決定了切片機中設置的參數以及加熱3D打印機并達到所需溫度需要的時間。

同時，必須正確設置制造過程的變量，包括打印平臺和打印頭。ABS需要較高的打印床溫度，約為 80-110oC，而 PLA 通常為 60oC。就擠出機而言，PLA 還需要較低的溫度，特別是 180-230°C 左右，而 ABS 需要 210-250°C。

就易用性而言，眾所周知，ABS 的打印比 PLA 更復雜。遇到的打印問題還與每種材料的溫度和性能有關。PLA 的熔化溫度低于 ABS，因此，當零件的 3D 打印過程完成時，各層固化的熱變化較低。但是，由于 ABS 需要更高的溫度才能熔化，因此在冷卻零件時會出現更突然的變化。這種熱收縮會導致零件變形。最常見的問題之一是翹曲，其中零件的末端會收縮、從托盤上脫離并變形。為避免這種現象，使用 ABS 打印時，控制溫度和打印環境至關重要，必要時使用粘合劑。

△ABS 容易發生翹曲，這是與材料在溫度突然變化下收縮有關的問題

兩種材料的打印速度大致相同，無需針對不同材料重新調整切片機中的速度參數。PLA 通常以 60 毫米/秒的速度打印，有些用戶甚至使用了更高的速度。另一方面，ABS通常在40-60 mm/s的范圍內，很難達到更高的速度。

在制造過程中要記住的另一點是制造過程中產生的廢物排放，因為幾乎所有熱塑性長絲在打印過程中都會產生有害氣味和氣體。當材料被加熱時，它會釋放出含有對健康有害的顆粒的物質。就 PLA 而言，由于它來自天然植物來源，因此不會散發出強烈的氣味，因此無需擔心。然而，ABS 會散發出有毒氣體和難聞的氣味，筆者強烈建議在使用 ABS 時使用封閉式打印外殼和空氣過濾器以防止煙霧釋放到工作空間中。即便如此，建議在打印過程中持續通風，以確保煙霧不會到達我們的肺部。這與 ABS 中存在苯乙烯有關，這是一種吸入后對人體有毒的材料。

Polymaker 的營銷經理 Luke Taylor 解釋說：“ PLA 是一種較弱的材料，但優點是它很容易使用，而且很容易打印。用戶不需要加熱床，不需要高溫，它的收縮率非常低，而 ABS 的收縮率非常高。一般來說，我們看到機械性能越好，就越難使用。雖然我們也可以在 PLA 中添加一些東西以使其更堅固而不改變打印適應性。“

△使用 Polymaker 的 PLA 長絲 3D 打印的數字（照片來源：Polymaker）

差異三：后期處理

大部分后處理技術都可用于這兩種熱塑性塑料。盡管有一些明顯的差異，比如打印后零件的光潔度。PLA 部件往往具有更亮的表面，而 ABS 往往具有更啞光的表面。這兩種材料也可以在打印后上漆裝飾。ABS 通常比 PLA更容易后處理。首先，雖然兩者都可以打磨，但由于 ABS 的耐用性，該過程更容易。PLA 也更難打磨，因為它的耐熱性低，更容易熔化。

與此同時，ABS 不僅更容易使用這些基本方法進行后處理，而且如果您想要真正閃亮的表面，用 ABS 制成的零件可以用丙酮蒸氣進行平滑處理。丙酮是一種無色液體，常用作塑料的溶劑。雖然它不能與 PLA 一起使用，但那些有 ABS 零件的人可以使用丙酮來進行更快的后處理和光澤飾面。還是可以用 PLA 進行類似的過程。如果您希望對由 PLA 燈絲制成的部件進行蒸汽平滑處理，THF 或四氫呋喃可用于手工拋光。