هل ABS أو PLA أفضل للطباعة ثلاثية الأبعاد؟

لقد أثارت مسألة ABS مقابل PLA نقاشًا ساخنًا في دوائر الطباعة ثلاثية الأبعاد لسنوات مع انتشار نمذجة الترسيب المندمج. يتمتع هذان النوعان الشائعان من اللدائن الحرارية بمزايا عديدة، سواءً من حيث المتانة أو المظهر أو الخواص الحرارية أو إمكانية الطباعة أو السلامة. ومع توسع نطاق الاستخدام في مختلف الصناعات، يصبح فهم الفروقات الرئيسية أمرًا بالغ الأهمية للتوافق خصائص الخيوط مع أهداف التطبيق. من خلال تقييم احتياجات الدقة، وبيئات الإنتاج، والانبعاثات، والمتطلبات الوظيفية، بدءًا من النماذج الأولية ووصولًا إلى قطع الاستخدام النهائي، يمكن للمصممين الاستفادة من المزايا التكاملية لكلا المادتين أو تركيز الجهود على الجوانب التي تتفوق فيها إحداهما بوضوح على الأخرى. يُلقي هذا الدليل الضوء على تفاصيل اختيار البلاستيك بذكاء.

مقارنة سريعة بين ABS وPLA في الطباعة ثلاثية الأبعاد:

وجه	نظام ABS	جيش التحرير الشعبى الصينى
القوة والمتانة	صلابة عالية للتأثير، قوة شد جيدة، مقاومة كيميائية معتدلة	مقاومة أقل للتأثير، ولكن يمكن تحسينها باستخدام المواد المركبة
إمكانية الطباعة والدقة	جيد في درجات حرارة الفوهة المنخفضة، ودقة أفضل قليلاً	أسهل في الطباعة، وأكثر تسامحًا، وأقل عرضة للتشوه
سهولة الاستخدام	يتطلب سريرًا مُدفأً وغطاءً بسبب الانحناء، وينبعث منه أبخرة	تطبع بشكل جيد على مختلف الأسطح، ورائحة ضئيلة، ومشاكل تشوه أقل
الاستدامة	يعتمد على البترول، أقل ملاءمة للبيئة، وغير قابل للتحلل	قابلة للتحلل البيولوجي، مصنوعة من موارد متجددة مثل نشا الذرة
يكلف	متوسط ​​السعر أعلى من PLA القياسي	بشكل عام، الأنواع المتخصصة أرخص، لكنها أكثر تكلفة
الخصائص الحرارية	مقاومة أفضل للحرارة تصل إلى حوالي 105 درجة مئوية	أكثر ليونة عند درجات حرارة أعلى من 60 درجة مئوية، غير مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية
أمان	يطلق غاز الستايرين عند تسخينه، ويتطلب تهوية	انبعاثات ضارة أقل، وأكثر أمانًا للاستخدام الداخلي
التطبيقات	مناسب للأجزاء الوظيفية التي تحتاج إلى المتانة ومقاومة الحرارة	الأفضل للنماذج الأولية والنماذج غير الوظيفية والتطبيقات منخفضة الضغط
الجماليات	يمكن تحقيق لمسة نهائية ناعمة باستخدام تقنيات التنعيم بالبخار	يتقبل الطلاء بسهولة ويمكن أن يبدو رائعًا مع الحد الأدنى من المعالجة اللاحقة

الخصائص الرئيسية لـ ABS و PLA

1. ما هو نظام ABS؟ في الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) يمثل الكلاسيكية طباعة FDM مادة تُستخدم منذ ظهور هذه التقنية قبل أكثر من 30 عامًا. يوفر هذا البلاستيك المُستخلص من البترول ما يلي:

• القوة والمتانة: يتميز ABS بمتانة عالية في مواجهة الصدمات، وقوة شد، ومرونة، بالإضافة إلى مقاومة معتدلة للحرارة والمواد الكيميائية. كما أن مرونته مناسبة للتطبيقات العملية.
• طباعة عالية التفاصيل:تتيح القدرة على الطباعة عند درجات حرارة منخفضة للفوهة الحصول على دقة أفضل وميزات معقدة مقارنة بالمواد الأخرى.
• شعبية الصناعة: اكتسبت مادة ABS انتشارًا واسعًا في تطبيقات تصميم السيارات والأجهزة الاستهلاكية والمنتجات على مدى عقود من الزمن.

2. ما هو PLA؟ في الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

حمض البوليلاكتيك (PLA) يوفر بديلاً شائعًا بشكل متزايد.باعتباره بلاستيكًا حيويًا مشتقًا من مواد خام عضوية مثل نشا الذرة أو قصب السكر، يوفر PLA ما يلي:

• سهولة الطباعة: يطبع PLA بسلاسة في درجات حرارة الفوهة، مع انبعاث رائحة خفيفة، وتجنب مشاكل التشوه الشديد التي تُصيب ABS. هذا يُسهّل عملية الطباعة.
• أمان:تنتج مادة PLA عددًا أقل بكثير من الأبخرة الضارة، مما يلغي الحاجة إلى وجود حاويات تهوية مخصصة لمادة ABS أثناء الطباعة.
• الاستدامة: تتمتع مادة PLA القابلة للتحلل الحيوي بجاذبية من وجهة نظر الاستدامة البيئية حيث تتحلل النفايات بيولوجيًا بسهولة على مدار أشهر بدلاً من قرون.

دقة الطباعة

إن أحد الإحباطات الرئيسية التي تواجه المتحمسين للطباعة ثلاثية الأبعاد الجديدة يتعلق بطباعة الاختبارات الأولية التي تفشل. الزوايا المشوهة، وبقع الخيوط، والأبعاد التي تتجاوز بكثير القيم المتوقعة، تُمثل شكاوى شائعة. عندما تُسهم التفاصيل الدقيقة في نجاح أو فشل تطبيقك، فإن الدقة والإتقان قد يُسيطران على نقاشات المواد منذ بداية المشروع.

1. معايرة الطابعة بشكل صحيح

في حين أنها قادرة على تقديم دقة مذهلة مع مراعاة الإعدادات المثلى أدناه 100 ميكرون (0.1 مم)تعتمد دقة الطباعة في العالم الحقيقي على إعداد الطابعة بعناية. بدءًا من تسوية لوحة الطباعة وتعديل فجوات الفوهة، وصولًا إلى معايرة اتساق الخيوط ومعدل التدفق، تُعدّ أجهزة الاتصال نقطة التحقق الرئيسية للدقة قبل الطباعة. مقارنة حدود المواد.

2. متطلبات الدقة

يلعب تعقيد الأجزاء أيضًا دورًا محدودًا بغض النظر عن قوة اللدائن الحرارية. على سبيل المثال، قد يسمح ABS بتدفق قنوات معقدة يبلغ قطرها 40 ميكرون مع الحد الأدنى لـ PLA البالغ 60 ميكرونلكن هذه الدقة الافتراضية تتجاوز إمكانيات العديد من فوهات الطابعات في البداية. حدّد الأبعاد والتفاوتات اللازمة باستخدام أجهزتك المتوفرة كأساس قبل تقييم الخيارات.

3. خصائص المواد

تشير بيانات الموردين إلى أن مادة ABS تتميز بدقة طباعة عالية، حيث يمكنها طباعة قطع وتجميعات للاستخدام النهائي بتفاوت أبعاد يبلغ 0.5 مم. أما مادة PLA فتميل إلى تفاوت أبعاد يبلغ 200 ميكرون في الأنظمة التجارية نظرًا لزيادة اللزوجة والانكماش الناتج عن التبريد. وهذا يُفضّل مادة ABS في تصنيع المكونات المحكمة الغلق، مثل وصلات الوصلات المفاجئة. ومع ذلك، يمكن للعديد من تقنيات ما بعد المعالجة تحسين الدقة عند الحاجة.

تحليل التكلفة والمصادر

تتراكم تكاليف الخيوط على مدار مراحل عمل النماذج الأولية والإنتاج الطويلة. مع أن فهم التسعير والتوريد ليس عائقًا ماليًا فحسب، إلا أنه يُبسط التخطيط على نطاقات أكبر.

1. مقارنة تكلفة الخيوط

يتم بيع خيوط PLA القياسية بسعر التجزئة حوالي 20 دولارًا لكل بكرة بوزن 1 كجم من المصادر الصناعية. تصل أسعار المخاليط والمركبات المتخصصة التي تحتوي على حشو أو إضافات أعلى لتحسين القوة والمرونة إلى ما يقرب من 30 دولارًا للكيلوغرام.

يبلغ متوسط ​​سعر خيوط ABS أعلى قليلاً عند 22-35 دولارًا للكيلوغرام اعتمادًا على نقائها وعمليات التصنيع. تُستخدم غالبًا كمواد إنتاج، يؤدي الشراء بالجملة إلى انخفاض أسعار ABS إلى ما دون أسعار مركبات PLA الممتازة بكميات كبيرة.

2. خيارات التوريد والتوافر

بفضل الانتشار الواسع لمبادرات التصنيع الإضافي والبلاستيك الحيوي، يوفر معظم الموردين عبر الإنترنت أنواعًا متعددة من مواد PLA عند الطلب، مع شحن عالمي فعال من حيث التكلفة من جميع منتجي الخيوط الرئيسيين. وبينما يتوافر عدد أقل من المتاجر التقليدية محليًا لمواد PLA المتخصصة، فإن انتشار التجارة الإلكترونية يضمن وصول الخلطات المختارة بسرعة إلى باب منزلك.

يتطلب الحصول على ABS اختيارًا دقيقًا للموردين، إذ يلبي عدد أقل من المصنّعين دورات الإنتاج نظرًا لهيمنة PLA على السوق. غالبًا ما تستغرق مهلة إنتاج خلائط ABS المتخصصة من أسبوع إلى ثلاثة أسابيع عند الطلب.تحقق من الشركات المصنعة لمعرفة خيوط ABS المتوفرة قبل الحصول على المواد المتخصصة.

سهولة الاستخدام عند الطباعة

اسأل أي خبير في الطباعة ثلاثية الأبعاد لسرد تجربة المستخدم الأكثر إحباطًا - من المحتمل أن يصفوها مطبوعات فاشلة مع طبقات مشوهة ومتقشرة بين شظايا ABS المتناثرة. حساسية ABS المتقلبة تُصيبها، مما يتطلب ضبطًا بيئيًا دقيقًا. تعرّف على العمليات التي تُعزز نجاح الطباعة من المرة الأولى.

1. الحصول على التصاق السرير بشكل صحيح

تتيح مرونة PLA المتسامحة التصاقًا قويًا للسرير عبر الأسطح مثل الشريط أو صفائح PEI أو الغراء في درجات حرارة الفوهة بين 185 درجة مئوية - 220 درجة مئوية. تحتاج مادة ABS إلى أسرّة طباعة ساخنة تصل إلى 110 درجة مئوية، مما يؤدي إلى هدر الطاقة ومخاطر الحرائق في حالة عدم وجود ضوابط آلية.

2. منع مشاكل الاعوجاج

يحدث تشوه ABS أيضًا بشكل متكرر حرارة فوهة أعلى (230 درجة مئوية+) يقاوم الهواء المحيط البارد، بينما تقاوم درجات حرارة الطباعة المنخفضة لـ PLA هذا التشوه. تشمل خيارات منع الاعوجاج لتحسين التصاق ABS أغطية حجرة الطباعة أو التحكم في تدفق الهواء حول منطقة الطباعة.

لمكافحة التشوهات في مطبوعات ABS، العديد من العلامات التجارية لطابعات FDM ثلاثية الأبعاد عالية الجودة، مثل تقنية QIDI، تم دمج ميزات متقدمة مثل "تسخين الغرفة النشط للتحكم في درجة الحرارة"يعمل هذا النظام على تنظيم درجة الحرارة داخل حجرة الطباعة بدقة، مما يحافظ على بيئة ثابتة تعمل على التخفيف بشكل كبير من مشاكل التشوه.

3. مراعاة عامل الدخان

في الوقت نفسه، يُطلق تسخين بلاستيك ABS إلى درجات حرارة التسييل أبخرةً نفاذة أكثر بكثير من الرائحة الخافتة لـ PLA أثناء الطباعة. إن الحاجة إلى أغطية تهوية مخصصة أو إضافات ترشيح، ومعدات سلامة غير متصلة بالإنترنت، وتكاليف التشغيل، ومتاعب التنظيف، تُثني عن استخدام ABS بشكل عرضي في عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المكتبية دون وجود هذه البنية التحتية.

قوة الأجزاء المطبوعة

يجب أن تتحمل الأشياء النهائية الضغوط المعقولة المتوقعة في بيئات التطبيق - ولكن هل تختلف المواد في الخصائص الميكانيكية الوظيفية؟

1. أداء التأثير والشد

تحدد اختبارات الصدمات والتوتر القياسية في الصناعة يوفر ABS مقاومة للصدمات بمقدار 2-3 مرات مقارنة بمطبوعات PLA، تتحمل حتى 15-20 كيلوجول/م² قبل الكسر. هذا يمنع التحطم عند السقوط والاصطدامات المتوسطة. تُقلل مركبات PLA المُعززة من فجوات المتانة في نطاقات قريبة من ABS، لكن متوسطات PLA القياسية 4-6 كيلوجول/م² عتبات التأثير عن طريق المقارنة قبل الالتقاط.

2. الصفات الحرارية تحت الحمل

وتكشف بيئات الأجهزة المغلقة أيضًا أن مادة ABS تحتفظ بقوة أعلى من مادة PLA في درجة حرارة تتراوح بين -20 درجة مئوية و80 درجة مئوية. مع تقلب درجات حرارة التشغيل، تزداد صلابة ABS، بينما يلين PLA ويتشوه تدريجيًا عند درجة حرارة تزيد عن 60 درجة مئوية. ضع في اعتبارك ظروف مناخ التشغيل عند تقييم أداء المواد.

الصفات الجمالية المرغوبة

بصرف النظر عن الوظيفة، فإن التشطيب السطحي السيئ أو الشفافية غير المرغوب فيها يمكن أن تقوض التطبيقات الجمالية الطباعة ثلاثية الأبعاد في الفنوالهندسة المعمارية، ومجالات التصميم الصناعي حيث يكون المظهر هو الأهم. كيف يتم تجميع العناصر الأساسية في المباني الجميلة؟

1. تنعيم الطبقات: تقليل الطبقات المرئية

في شكلها الخام غير المعدلة، توفر مادة ABS طبقات طباعة مرئية أكثر سلاسة مباشرة من الفوهة بفضل معدلات التبريد السريعة التي تمنع خطوط الطبقة الواضحة من إفساد أسطح PLA الرأسية.لكن، تسمح تقنيات تنعيم البخار المتنوعة لكلا المادتين في النهاية بتحقيق جماليات مصبوبة بالحقن لامعة حيث تكون هناك حاجة لذلك بعد الإنتاج.

2. التحضير للطلاء: تمكين الخيارات الإبداعية

على البلاستيك الخام، يتقبل PLA الطلاء والمعالجة اللاحقة الإبداعية مثل تنعيم أبخرة الأسيتون بشكل أفضل من ABS، والتي تميل إلى رفض التصاق طلاء الرش دون تحضير صنفرة دقيق أولًا. لا يوجد عامل مهيمن هنا. تُلبي كلتا المادتين الاحتياجات الإبداعية بسير عمل مناسب.

الحدود الحرارية الوظيفية

سواء كان الأمر يتعلق بإنشاء نماذج أولية لصناديق مخصصة بكميات صغيرة أو تجميعات خطوط إنتاج كبيرة، فإن فهم السلوكيات الحرارية يحدد التطبيقات المناسبة لكل من المواد البلاستيكية الحرارية في البيئات الحقيقية الساخنة.

1. تعريف مقاومة الحرارة

بافتراض ظروف جوية محيطة متوسطة كخلفية تشغيلية، يبلغ متوسط ​​انتقال زجاج PLA حوالي 60 درجة مئوية قبل التشوه. يحد هذا السقف الحراري من تطبيقات مثل أوعية السوائل الساخنة أو أجزاء المحركات الصغيرة التي تواجه درجات حرارة معتدلة تحت غطاء المحرك.

في أثناء، توفر مادة ABS درجة حرارة انتقال زجاجية تبلغ 105 درجة مئوية في المتوسط، وتوسيع نطاق الجدوى لأنظمة المياه الساخنة ومعدات معالجة الأغذية وبعض محيطات السيارات قبل الوصول إلى عتبة مقاومة الحرارة.

2. توضيح التطبيقات المثالية

مع وضع نقاط الزجاج هذه في الاعتبار كقطع وظيفية، يعمل PLA بشكل موثوق في مناخات التشغيل التي تقل عن 60 درجة مئوية مثل الأدوات المنزلية اليومية، أدوات تخمير البيرة أو التصاميم المفاهيمية التي لا تواجه درجات حرارة قصوى في الاستخدام النهائي. يتحمل ABS بثقة درجات حرارة تتراوح بين 80 و100 درجة مئوية فأكثر، بدءًا من مكونات المركبات وصولًا إلى الأدوات المنزلية التي تحتاج إلى عازل حراري كمنتجات أو قطع غيار.

عوامل السلامة: انبعاث الغازات والتخلص منها

من ورش العمل المحلية إلى المرافق الصناعية، تظل السلامة قضية ذات أولوية فيما يتعلق بتبني الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق أوسع مع تزايد التنظيم العام للانبعاثات ومعالجة النفايات في العقود الأخيرة.

1. المركبات العضوية المتطايرة والمخاوف المتعلقة بالجسيمات

يُنتج خيوط ABS المُسخّنة غاز ستايرين وانبعاثات جسيمات دقيقة للغاية (UFP) سامة عند مستويات مُحددة، وترتبط بشكل خاص بالتهيج وانخفاض وظائف الرئة. تُصعّب الأبحاث المحدودة حول انبعاثات ABS من الثقة في هذا الأمر، ولكن يُصدر PLA مركبات عضوية متطايرة أقل بكثير بناءً على بيانات الانبعاثات المُتاحة حتى الآن. استخدم دائمًا حاويات مغلقة وتنفس بحذر.

2. إعادة التدوير والتحلل البيولوجي

خصائص البلاستيك الحيوي التي تسمح خيوط PLA إن التحلل الطبيعي من خلال التسميد الصناعي يوفر ميزة استدامة مميزة مقارنة بتراكم نفايات ABS نظرًا لا يمكن لمعظم شركات إعادة التدوير معالجة البلاستيك الناتج عن الطباعة ثلاثية الأبعاديتزايد دعم المطالبين بالاسترداد ببطء، ولكن التخلص من حقوق جيش التحرير الشعبي يظل أكثر خضرة في الوقت الراهن.

التطبيقات الموصى بها: ABS مقابل PLA

في حين أن المواصفات الفنية وبيانات الاختبار تساعد في تحديد القدرات، فإن النجاح في العالم الحقيقي يتطلب مطابقة سلوكيات المواد مع التطبيقات المناسبة التي تعمل على تعظيم إمكاناتها.

1. اختيار PLA بدلاً من ABS عندما...

تفضيل PLA للحصول على نماذج أولية مرئية سلسةأدوات قابلة للتخصيص، ومفاهيم سريعة، ونماذج عرض لا تتطلب متطلبات حرارية. أي تصميم يستفيد من خصائص أكثر متانة وقابلية للتحلل الحيوي يُمثل أيضًا حالات استخدام وظيفية قوية هنا.

2. اختيار ABS بدلاً من PLA لـ...

اختر ABS عند هندسة المكونات الوظيفية القوية والهياكل المخصصة تحتاج إلى مزيد من المتانة ومقاومة الحرارة والدقة.تتطلب معظم التركيبات ومنتجات المستخدم النهائي التي تواجه ضغطًا كبيرًا وضغوطًا مناخية خصائص ABS عمليًا لتحقيق أداء موثوق به على المدى الطويل.

3. النظر في نهج هجين

بالنسبة للتطبيقات شديدة المتطلبات، فإن النهج الهجين يستفيد من المزايا التكميلية. نماذج PLA خفيفة الوزن تُرشد عوامل الشكل المُحسّنة في تصميم ABS المتين. تُزيّن لافتات PLA الإبداعية هياكل ABS المتينة المُحسّنة لاحقًا.. دمج نقاط القوة بشكل استراتيجي.

وضع المواد في سياقها المناسب للاحتياجات

لا توجد مادة "أفضل" عالميًا بين خيوط ABS وPLA الشائعةتُسهم دقة الأجزاء، ومتطلبات المتانة، وظروف التشغيل، والانبعاثات، وخطط التخلص، وأهداف التطبيق، في اختيار المادة المثالية لكل حالة على حدة. تُعطي اهتمامات الاستدامة أولوية متزايدة للبلاستيك الحيوي المتجدد، مثل PLA، للتصنيع قصير الأجل الأقل اعتمادًا على الوظائف. بالنسبة للمهندسين، يحتفظ ABS بمرونة قيّمة على مدار عقود من الأداء الصناعي المُثبت. ومع ذلك، فإن تحقيق التوازن الصحيح بين هذه اللدائن الحرارية يُعزز كليهما من خلال الاستفادة من نقاط القوة التكميلية في سياقها. حدد أهدافك، وقيّم التنازلات، وبسّط القرارات من خلال مطابقة الاستخدامات المقصودة مع الخصائص المثالية التي توفرها كل من هذه المواد الكلاسيكية.

اقرأ المزيد

• دليل مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد: ابتكر في تصنيعك
• الطباعة ثلاثية الأبعاد SLA مقابل FDM: أي تقنية يجب عليك اختيارها؟
• الطابعة ثلاثية الأبعاد: عوامل التسعير واعتبارات التكلفة (2024)