3D プリントには ABS と PLA のどちらが適していますか?
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溶融堆積モデリングが主流になるにつれて、ABS と PLA の問題は、3D プリンティング業界で長年にわたって激しい議論を引き起こしてきました。これら 2 つの一般的な熱可塑性プラスチックは、それぞれ、強度、外観、熱特性、印刷適性、安全性のいずれにおいても利点を備えています。業界全体で採用が拡大するにつれ、 フィラメントの特性をアプリケーションの目標と一致させるには、主な違いを理解することが重要になります。プロトタイプから最終使用部品に至るまでの精度のニーズ、生産環境、排出量、機能的要求を評価することで、設計者は両方の材料の補完的なメリットを活用したり、一方が他方より明らかに優れている点に重点を置いたりすることができます。このガイドでは、より賢いプラスチックの選択の背後にある詳細を明らかにします。
3D プリントにおける ABS と PLA の簡単な比較:
| 側面 | ABS | 人民解放軍 |
|---|---|---|
| 強度と耐久性 | 高い衝撃靭性、優れた引張強度、適度な耐薬品性 | 耐衝撃性は低いが、複合材料で改善可能 |
| 印刷適性と精度 | ノズル温度が低い場合に適しており、精度がわずかに優れています | 印刷が容易になり、寛容性が向上し、反りにくくなります。 |
| 使いやすさ | 反りがあるため加熱されたベッドと筐体が必要、煙が発生する | さまざまな表面に良好に印刷でき、臭いが少なく、反りの問題も少ない |
| 持続可能性 | 石油ベース、環境に優しくなく、堆肥化できない | 生分解性、コーンスターチなどの再生可能資源から作られています |
| 料金 | 標準的な PLA よりも平均価格が高い | 一般的には安価ですが、特殊タイプは高価になります |
| 熱特性 | 105℃程度までの耐熱性が向上 | 60℃を超えると柔らかくなり、高温での用途には適さない |
| 安全性 | 加熱するとスチレンガスが発生するため換気が必要 | 有害な排出物が少なく、屋内での使用がより安全です |
| アプリケーション | 耐久性、耐熱性が要求される機能部品に最適 | プロトタイプ、非機能モデル、低ストレスのアプリケーションに最適 |
| 美学 | 蒸気平滑化技術により滑らかな仕上がりを実現 | ペイントを簡単に受け入れ、最小限の後処理で見栄えを良くすることができます。 |
ABS と PLA の主な特徴
1. 3D プリントにおける ABS とは何ですか?
アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS) は、 30 年以上前に技術が開始されて以来、古典的なFDM 印刷材料として使用されています。この石油ベースのプラスチックには次のような利点があります。
- 強度と耐久性: ABS は、適度な耐熱性と耐薬品性とともに、高い衝撃靭性、引張強度、柔軟性を示します。その弾力性は機能的な用途に適しています。
- 高精細な印刷:より低いノズル温度で印刷できるため、他の素材と比べて精度が向上し、複雑な形状を実現できます。
- 業界での人気: ABS は、数十年にわたって、特に自動車、家庭用電化製品、製品設計アプリケーション全体で広く普及しています。
2. 3D プリントにおける PLA とは何ですか?
ポリ乳酸 (PLA)は、ますます人気が高まっている代替品です。コーンスターチやサトウキビなどの有機原料から得られるバイオベースのプラスチックとして、PLA は以下を提供します。
- 印刷の容易さ: PLA は、ノズル温度全体にわたってスムーズに印刷すると同時に、臭気の発生を最小限に抑え、ABS を悩ませる極端な反りの問題を回避します。これにより、より簡単な印刷が可能になります。
- 安全性: PLA は有害なガスの発生を大幅に減らし、印刷中に ABS のような専用の換気された筐体を必要としません。
- 持続可能性:堆肥化可能な PLA は、廃棄物が数世紀ではなく数か月かけて容易に生分解されるため、環境の持続可能性の観点から魅力的です。
印刷精度
新しい 3D プリント愛好家が直面する主なフラストレーションには、最初のテスト プリントの失敗が含まれます。歪んだ角、フィラメントの塊、期待値を大幅に逸脱する寸法は、一般的な不満の表れです。細部がアプリケーションの成否を左右する場合、精度と正確さによって、プロジェクトの開始時から重要な議論が左右されることがあります。
1. 適切なプリンターのキャリブレーション
100 ミクロン (0.1 mm)未満の最適な設定を使用すると優れた解像度が得られますが、実際の精度はプリンターの慎重な準備に依存します。ビルド プレートのレベリングやノズル ギャップの調整から、フィラメントの一貫性や流量の校正に至るまで、ダイヤル ハードウェアは、 材料の制限を比較する前の最重要の精度チェックポイントとして機能します。
2. 解像度要件
部品の複雑さも、熱可塑性プラスチックの強度とは関係なく、制限的な役割を果たします。たとえば、 ABS では、複雑な 40 ミクロンのチャネルで PLA の 60 ミクロンの下限を流れることができますが、そのような仮説上の解像度は、そもそも多くのプリンタ ノズルの能力を超えています。オプションを評価する前に、使用可能なハードウェアをベースラインとして使用して、必須の寸法と公差を定義します。
3. 材料特性
ベンダーのデータによると、ABS にはわずかな精度の利点があり、最終用途の部品やアセンブリを 0.5 mm の寸法公差内で印刷できることが示されています。 PLA プリントは、粘度の増加と冷却に関連した収縮により、商用システムでは公差が 200 ミクロンになる傾向があります。これにより、スナップ ジョイントなどの密着性の高いコンポーネントには ABS が有利になります。ただし、要件に応じて、いくつかの後処理手法を使用して精度を高めることができます。
コストと調達の分析
フィラメントの費用は、プロトタイピングや生産のワークフローが長くなると、かさみます。財務上の取引を単独で解決するわけではありませんが、価格設定と調達を理解することで、より大規模な計画を合理化できます。
1. フィラメントのコスト比較
標準的な PLA フィラメントは、工業供給源から 1kg スプールあたり約 20 ドルで販売されています。強度と柔軟性を向上させるために高充填または添加剤を特徴とする特殊ブレンドおよび複合材料は、1 kg あたり 30 ドル近くに押し上げられます。
ABS フィラメントの平均価格は、純度や製造プロセスに応じて、1 kg あたり 22 ～ 35 ドルと若干高くなります。ほとんどが生産材料として消費されるため、大量購入すると ABS の価格が大量のプレミアム PLA 複合材を下回ります。
2. 調達オプションと入手可能性
積層造形やバイオプラスチックへの取り組みが広く採用されているおかげで、ほとんどのオンライン サプライヤーは、すべての主要なフィラメント メーカーからコスト効率の高い世界規模の配送で、複数の PLA 材料をオンデマンドで提供しています。専門の PLA を地元で在庫している実店舗はほとんどありませんが、電子商取引へのアクセスが広範に行われているため、選択されたブレンドがすぐにあなたの玄関先に届きます。
PLA の市場優位性を考慮すると、生産に対応するメーカーが少ないため、ABS へのアクセスには慎重なサプライヤーの選択が必要です。特殊 ABS ブレンドの納期は、多くの場合、受注生産に 1 ～ 3 週間かかります。ニッチな材料を調達する前に、利用可能な ABS フィラメントについてメーカーに確認してください。
印刷時の使いやすさ
3D プリンティングのベテランに、最もイライラしたユーザー エクスペリエンスについて語ってもらいます。おそらく、散らばった ABS の破片の間に層が歪んだり剥がれたりして失敗したプリントについて説明するでしょう。 ABS は気質の影響を受けやすいため、ダイヤルによる環境制御が必要です。初めての印刷を成功させるプロセスを学びます。
1. ベッドの接着を正しく行う
PLA の寛容な柔軟性により、185° ～ 220°Cのノズル温度でテープ、PEI シート、接着剤などの表面全体に強力なベッド接着が可能になります。 ABS には最大 110°C の加熱プリント ベッドが必要で、自動制御がなければエネルギーの無駄や火災の危険があります。
2. 反り問題の防止
ABS の歪みは、ノズルの高温 (230°C 以上) と冷たい周囲の空気が接触することによって頻繁に発生しますが、PLA の印刷温度は低いため、この歪みに耐えられます。 ABS 接着力を向上させるための反り防止オプションには、チャンバーエンクロージャや印刷領域周囲の空気の流れの制御などがあります。
ABS プリントの反りに対処するために、 QIDI Techなどのいくつかの高品質 FDM 3D プリンタ ブランドは、「温度制御用のチャンバー アクティブ ヒーティング」などの高度な機能を統合しています。このシステムは、プリント チャンバー内の温度を細心の注意を払って制御し、反りの問題を大幅に軽減する一貫した環境を維持します。
3. ヒュームファクターの考慮
一方、ABS プラスチックを液化温度まで加熱すると、印刷中に PLA のかすかな臭気よりもはるかに多くの刺激的な煙が放出されます。専用の通気エンクロージャや濾過アドオン、オフライン安全装置、運用コスト、清掃の手間が必要なため、そのようなインフラストラクチャが整備されていないデスクトップ 3D 運用での気軽な ABS の使用は妨げられます。
印刷部品の強度
完成した物体は、用途環境内で予想される適度な応力に耐える必要がありますが、材料の機能的機械的特性は異なりますか?
1. 衝撃および引張性能
業界標準の衝撃および引張試験により、ABS は PLA プリントよりも 2 ～ 3 倍の耐衝撃性を備え、破断する前に最大 15 ～ 20kJ/m²まで耐えられることが確認されています。これにより、中程度の落下や衝突による飛散を防ぎます。強化 PLA 複合材料は、ABS 付近の範囲での耐久性のギャップを埋めますが、標準的な PLA の衝撃閾値は、スナップ前の比較で平均4 ～ 6kJ/m²です。
2. 負荷時の熱特性
密閉されたデバイス環境では、-20 °C ～ 80 °C の範囲で ABS が PLA よりも高い強度を維持することもわかります。動作温度が変動すると、ABS は硬くなるだけですが、PLA は 60°C 以上を超えると徐々に柔らかくなり、変形します。動作環境条件を材料性能予測に織り込みます。
求められる美的資質
機能は別として、表面仕上げの不良や不要な透明度は、外観が最も重要なアート、建築、工業デザインの分野での 3D プリントの美的用途を損なう可能性があります。主力はどのようにして美しいビルドを積み上げているのでしょうか?
1. 層の平滑化: 可視レイヤーを最小限に抑える
加工されていない生の状態では、 ABS はより速い冷却速度のおかげで、ノズルから直接目に見える印刷層がわずかに滑らかで、垂直 PLA 表面を悩ませる顕著な層のラインを防ぎます。ただし、さまざまな蒸気平滑化技術により、ポストプロダクションで必要な場合には、両方の材料で最終的に光沢のある射出成形の美しさを実現することができます。
2. ペイントのプライミング: クリエイティブ オプションを有効にする
生のプラスチックでは、 PLA は塗装やアセトン蒸気を滑らかにするなどの独創的な後処理を ABS よりも受け入れます。ABS は最初に厳密なサンディング準備を行わないとスプレー ペイントの接着を拒否する傾向があります。ここではドミネーターは登場しません。どちらの素材も、適切なワークフローを使用してクリエイティブなニーズを満たします。
機能的な熱制限
小規模バッチのカスタム エンクロージャのプロトタイプを作成する場合でも、大規模な生産ライン アセンブリを作成する場合でも、熱挙動を理解することで、加熱された現実世界の環境における両方の熱可塑性プラスチックの適切な用途が決まります。
1. 耐熱性の定義
動作の背景として平均的な周囲大気条件を想定すると、PLA は変形する前の平均ガラス転移温度が約 60 °C になります。この熱天井により、ボンネット内の適度な温度にさらされる高温液体容器や小型エンジン部品などの用途が制限されます。
一方、 ABS のガラス転移温度は平均 105 °C であり、耐熱性の閾値に達する前に温水システム、食品加工装置、および特定の自動車周辺環境での実現可能性が広がります。
2. 理想のアプリケーションの明確化
これらのガラス点を機能のカットオフとして念頭に置き、 PLA は、日常の家庭用品、醸造器具、または最終用途で極端な温度に直面しない概念的なレンダリングなど、60 °C 未満の動作環境で確実に動作します。 ABS は、製品または部品として熱緩衝材を必要とする車載コンポーネントから家庭用品まで、80 ～ 100 °C+ の環境に確実に耐えます。
安全要素: ガスの発生と廃棄
ここ数十年で排出ガスや廃棄物の処理に関する公的規制が強化される中、近隣の作業場から産業施設に至るまで、安全性は依然として広範な 3D プリンティングの導入をめぐる優先課題となっています。
1. VOC と粒子の問題
加熱された ABS フィラメントは、特定の閾値で有毒なスチレンガスと超微粒子 (UFP) を放出し、特に炎症や肺機能の低下につながります。 ABS 排出に関する研究が限られているため、これを確信するのは困難ですが、これまでに入手可能な排出データに基づくと、PLA が排出する VOC は大幅に少なくなります。常にエンクロージャを使用し、注意深く呼吸してください。
2. リサイクルと生分解
ほとんどのリサイクル業者が 3D プリント プラスチックを処理できないことを考慮すると、 PLA フィラメントが工業用堆肥化を通じて自然に分解できるバイオプラスチックの特性により、ABS 廃棄物の蓄積に比べて明確な持続可能性の利点がもたらされます。奪還者の支持はゆっくりと拡大しているが、今のところ人民解放軍の権利を処分する方がずっと環境に優しいままである。
推奨用途: ABS と PLA
技術仕様とテストデータは機能を提供しますが、実際の成功には、材料の挙動を適切なアプリケーションと一致させてその可能性を最大化する必要があります。
1. 次の場合に ABS ではなく PLA を選択する
スムーズなビジュアル プロトタイプ、カスタマイズ可能なツーリング ジグ、素早いコンセプト、熱的要求に直面しないプレゼンテーション モデルには、PLA をお勧めします。より丈夫でありながら生分解性の特性を活用した設計は、ここでも強力な機能的使用例になります。
2. PLA ではなく ABS を選択する...
より高い耐久性、耐熱性、精度が必要な堅牢な機能コンポーネントやカスタム エンクロージャを設計する場合は、ABS を選択してください。顕著なひずみや気候ストレスに直面するほとんどの設備やエンドユーザー製品は、実際に長期にわたって確実に機能するために ABS 特性を必要とします。
3. ハイブリッドアプローチの検討
非常に要求の厳しいアプリケーションの場合、ハイブリッド アプローチは補完的な利点を活用します。軽量 PLA モックアップは、堅牢な ABS 実行で洗練されたフォーム ファクターをガイドします。クリエイティブな PLA 看板は、後から最適化された頑丈な ABS ハウジング構造を飾ります。戦略的に強みを組み合わせます。
ニーズに合わせて資料をコンテキスト化する
一般的な ABS フィラメントと PLA フィラメントの間には、普遍的に「より優れた」素材は存在しません。部品の精度、必要な強度、動作条件、排出物、廃棄計画、および用途の目標を総合して、ケースバイケースでの理想的な材料の選択を決定します。持続可能性への懸念により、機能性への依存度が低い短期製造用として、PLA などの再生可能なバイオプラスチックの優先順位がますます高まっています。エンジニアにとって、ABS は数十年にわたる実証済みの産業用パフォーマンスにわたって貴重な回復力を維持します。さらに、これらの熱可塑性プラスチック間の適切なバランスをとることで、状況に応じて補完的な強みを活用することで両方を向上させます。目的を特定し、トレードオフを評価し、意図された用途とこれらの古典的な材料がそれぞれ提供する理想的な特性を一致させることで意思決定を簡素化します。