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. تقدم كل من هاتين المادتين الحراريتين الشائعتين مزايا سواء من حيث القوة أو المظهر أو الخصائص الحرارية أو إمكانية الطباعة أو السلامة. ومع توسع التبني عبر الصناعات، يصبح فهم التمييزات الرئيسية أمرًا بالغ الأهمية للتوافق خصائص الخيوط مع أهداف التطبيق. من خلال تقييم احتياجات الدقة وبيئات الإنتاج والانبعاثات والمتطلبات الوظيفية التي تمتد من النماذج الأولية إلى أجزاء الاستخدام النهائي، يمكن للمصممين الاستفادة من المزايا التكميلية لكلا المادتين أو تركيز الجهود حيث يتفوق أحدهما بوضوح على الآخر. يسلط هذا الدليل الضوء على التفاصيل وراء اختيار البلاستيك الأكثر ذكاءً.
مقارنة سريعة بين ABS وPLA في الطباعة ثلاثية الأبعاد:
وجه | نظام ABS | جيش التحرير الشعبى الصينى |
---|---|---|
القوة والمتانة | قوة تحمل عالية، قوة شد جيدة، مقاومة كيميائية معتدلة | مقاومة أقل للتأثير، ولكن يمكن تحسينها باستخدام المركبات |
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 الأسطح المختلفة، 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، وهي 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 الستيرين 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 ABS؟ في الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) يمثل الكلاسيكية طباعة FDM مادة مستخدمة منذ بداية التكنولوجيا منذ أكثر من 30 عامًا. يوفر هذا البلاستيك القائم على البترول ما يلي:
- القوة والمتانة: يتميز ABS بمتانته العالية في مواجهة الصدمات وقوة الشد والمرونة، إلى جانب مقاومته المعتدلة للحرارة والمواد الكيميائية. كما أن مرونته تناسب التطبيقات الوظيفية.
- طباعة عالية التفاصيل:تتيح القدرة على الطباعة عند درجات حرارة منخفضة للفوهة 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 البوليكتيك (PLA) يوفر بديلاً شائعًا بشكل متزايد.باعتباره بلاستيكًا حيويًا مشتقًا من مواد أولية عضوية مثل نشا الذرة أو قصب السكر، يوفر PLA ما يلي:
- سهولة الطباعة: تطبع مادة PLA بسلاسة عبر درجات حرارة الفوهة مع إصدار رائحة ضئيلة وتجنب مشكلات التشويه الشديدة التي تصيب مادة ABS. وهذا يتيح طباعة أكثر بساطة.
- أمان:تنتج مادة PLA أبخرة ضارة أقل بكثير، مما يلغي الحاجة إلى وجود علب تهوية مخصصة لمادة ABS أثناء الطباعة.
- الاستدامة: تتمتع مادة PLA القابلة للتحلل بجاذبية من وجهة نظر الاستدامة البيئية حيث تتحلل النفايات بيولوجيًا بسهولة على مدى أشهر بدلاً من قرون.

دقة الطباعة
إن أحد الإحباطات الرئيسية التي تواجه المتحمسين للطباعة ثلاثية الأبعاد الجديدة يتعلق بطباعة الاختبارات الأولية التي فشلت في تحقيق النجاح المطلوب. تمثل الزوايا المشوهة، وبقع الخيوط، والأبعاد التي تقع خارج القيم المتوقعة بشكل كبير شكاوى شائعة. عندما تؤدي التفاصيل الدقيقة إلى نجاح أو فشل تطبيقك، فإن الدقة والإحكام يمكن أن يوجها المناقشات حول 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 الدقة في العالم الحقيقي على التحضير الدقيق للطابعة. من تسوية لوحة البناء وتعديلات فجوة الفوهة إلى معايرة اتساق الخيوط ومعدل التدفق، تعمل أجهزة الاتصال كنقطة تفتيش للدقة قبل مقارنة حدود المواد.
2. متطلبات القرار
تلعب تعقيدات الأجزاء أيضًا دورًا مقيدًا بغض النظر عن قوى المواد البلاستيكية الحرارية. على سبيل المثال، قد يسمح ABS بتدفق قنوات معقدة يبلغ قطرها 40 ميكرون، بينما يبلغ قطر PLA الأدنى 60 ميكرونولكن مثل هذا القرار الافتراضي يتجاوز قدرات العديد من فوهات الطابعة في البداية. حدد الأبعاد والتسامحات الضرورية باستخدام الأجهزة المتوفرة لديك كأساس قبل تقييم الخيارات.
3. خصائص المواد
تشير بيانات البائعين إلى أن مادة ABS تتمتع بميزة دقة طفيفة، حيث يمكنها طباعة قطع وتجميعات للاستخدام النهائي ضمن تفاوت أبعاد يبلغ 0.5 مم. تميل مطبوعات PLA إلى تفاوتات تبلغ 200 ميكرون في الأنظمة التجارية بسبب زيادة اللزوجة والانكماش المرتبط بالتبريد. وهذا يفضل مادة ABS للمكونات المحكمة مثل الوصلات المفاجئة. ومع ذلك، يمكن للعديد من تقنيات ما بعد المعالجة تعزيز الدقة عندما تتطلب المتطلبات ذلك.
تحليل التكلفة والمصادر
تتراكم تكاليف الخيوط على مدار مراحل العمل الطويلة في النماذج الأولية وسير الإنتاج. ورغم أن فهم التسعير والتوريد وحده لا يشكل عائقًا ماليًا، فإنه يمكن تبسيط التخطيط على نطاقات أكبر.
1. مقارنة تكلفة الخيوط
يتم بيع خيوط PLA القياسية بسعر التجزئة حوالي 20 دولارًا لكل بكرة 1 كجم من المصادر الصناعية. تصل أسعار المزائج والمركبات المتخصصة التي تحتوي على حشو أعلى أو إضافات لتحسين القوة والمرونة إلى ما يقرب من 30 دولارًا للكيلوغرام.
يبلغ متوسط سعر خيوط ABS أعلى قليلاً عند 22-35 دولارًا للكيلوغرام اعتمادًا على النقاء وعمليات التصنيع. يتم استهلاك معظمها كمواد إنتاج، يؤدي الشراء بالجملة إلى انخفاض أسعار ABS إلى ما دون أسعار مركبات PLA المتميزة بكميات كبيرة.
2. خيارات التوريد والتوافر
بفضل التبني الواسع النطاق لمبادرات التصنيع الإضافي والبلاستيك الحيوي، توفر معظم الموردين عبر الإنترنت أنواعًا متعددة من مواد PLA حسب الطلب مع شحن عالمي فعال من حيث التكلفة من جميع منتجي الخيوط الرئيسيين. وفي حين أن عددًا أقل من المتاجر التقليدية تخزن PLAs المتخصصة محليًا، فإن الوصول الواسع النطاق للتجارة الإلكترونية يجعل الخلطات المختارة تصل إلى باب منزلك بسرعة.
يتطلب الوصول إلى ABS اختيار الموردين بعناية، حيث يقوم عدد أقل من الشركات المصنعة بتلبية عمليات الإنتاج نظرًا لهيمنة PLA على السوق.غالبًا ما تستغرق أوقات التسليم لمزائج ABS المتخصصة من أسبوع إلى ثلاثة أسابيع لإنتاجها حسب الطلب. تحقق من الشركات المصنعة لمعرفة خيوط ABS المتوفرة قبل الحصول على المادة المتخصصة.
سهولة الاستخدام عند الطباعة
اسأل أي خبير في الطباعة ثلاثية الأبعاد لسرد تجربة المستخدم الأكثر إحباطًا بالنسبة لهم - من المحتمل أن يصفوا طباعات فاشلة مع طبقات مشوهة ومقشرة بين شظايا ABS المتناثرة. الحساسية المتقلبة تصيب ABS، مما يتطلب ضوابط بيئية محددة. تعرف على العمليات التي تعزز نجاح الطباعة لأول مرة.
1. الحصول على التصاق السرير بشكل صحيح
تتيح مرونة PLA التسامحية التصاقًا قويًا للسرير عبر الأسطح مثل الشريط أو صفائح PEI أو الغراء في درجات حرارة الفوهة بين 185° - 220° مئوية. تحتاج مادة ABS إلى أسرّة طباعة ساخنة تصل إلى 110 درجة مئوية، مما يزيد من مخاطر هدر الطاقة والحرائق في حالة عدم وجود ضوابط آلية.
2. منع مشاكل الانحناء
يحدث تشوه ABS أيضًا بشكل متكرر كما يلي حرارة فوهة أعلى (230 درجة مئوية +) تلتقي مادة PLA بالهواء المحيط البارد، في حين تقاوم درجات الحرارة المنخفضة للطباعة هذا التشوه. تتضمن خيارات منع الانحناء لتحسين التصاق مادة ABS أغطية حجرة أو تدفق هواء متحكم فيه حول منطقة الطباعة.
لمكافحة التشوهات في مطبوعات ABS، عدة ماركات لطابعات FDM ثلاثية الأبعاد عالية الجودة، مثل تقنية كي دي اي، تم دمج ميزات متقدمة مثل "تسخين الغرفة النشط للتحكم في درجة الحرارة"ينظم هذا النظام درجة الحرارة داخل حجرة الطباعة بدقة، مما يحافظ على بيئة ثابتة تعمل على التخفيف بشكل كبير من مشاكل التشوه.
3. مراعاة عامل الدخان
وفي الوقت نفسه، يؤدي تسخين البلاستيك المصنوع من مادة ABS إلى درجات حرارة التسييل إلى إطلاق أبخرة نفاذة أكثر بكثير من الرائحة الخفيفة التي تنبعث من مادة PLA أثناء الطباعة. كما أن الحاجة إلى أغطية تهوية مخصصة أو إضافات ترشيح ومعدات أمان غير متصلة بالإنترنت ونفقات التشغيل ومتاعب التنظيف تمنع الاستخدام العرضي لمادة ABS في عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد على سطح المكتب دون وجود مثل هذه البنية الأساسية.
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 أضعاف مقارنة بطباعة PLA، تتحمل حتى 15-20 كيلوجول/م² قبل الكسر. وهذا يمنع التحطم تحت السقوط والاصطدامات المعتدلة. تعمل مركبات PLA المقواة على سد فجوات المتانة في نطاقات ABS القريبة، ولكن متوسطات PLA القياسية 4-6 كيلوجول/م² عتبات التأثير عن طريق المقارنة قبل الالتقاط.
2. الصفات الحرارية تحت الحمل
كما تكشف بيئات الأجهزة المغلقة أن مادة ABS تحتفظ بقوة أعلى من مادة PLA في درجات حرارة تتراوح بين -20 درجة مئوية و80 درجة مئوية. مع تقلب درجات حرارة التشغيل، يصبح ABS أكثر صلابة بينما يلين PLA ويتشوه تدريجيًا عند درجات حرارة تزيد عن 60 درجة مئوية. ضع في اعتبارك ظروف مناخ التشغيل في توقعات أداء المواد.
الصفات الجمالية المطلوبة
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 لتجميل المباني؟
1. تنعيم الطبقات: تقليل الطبقات المرئية
في شكلها الخام غير الملوث، توفر مادة ABS طبقات طباعة مرئية أكثر سلاسة مباشرة من الفوهة بفضل معدلات التبريد السريعة التي تمنع خطوط الطبقة الواضحة التي تؤثر على أسطح PLA الرأسية.لكن، تسمح تقنيات التنعيم بالبخار المختلفة لكلا المادتين في النهاية بتحقيق جماليات الحقن اللامعة 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 أولاً. لا يوجد أي مهيمن هنا. كل مادة تلبي الاحتياجات الإبداعية مع سير العمل المناسب.
الحدود الحرارية الوظيفية
سواء كنت تقوم بإنشاء نماذج أولية لمجموعات صغيرة من العبوات المخصصة أو مجموعات خطوط الإنتاج الكبيرة، فإن فهم السلوكيات الحرارية يحدد التطبيقات المناسبة لكل من المواد البلاستيكية الحرارية في البيئات الحقيقية الساخنة.
1. تعريف مقاومة الحرارة
بافتراض أن الظروف الجوية المحيطة متوسطة كخلفية للتشغيل، فإن متوسط انتقال الزجاج لـ PLA يبلغ حوالي 60 درجة مئوية قبل التشوه. يحد هذا السقف الحراري من التطبيقات مثل الأوعية السائلة الساخنة أو أجزاء المحرك 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 به في درجات حرارة تقل عن 60 درجة مئوية في مناخات التشغيل مثل الأدوات المنزلية اليومية، أدوات التخمير أو العروض التوضيحية المفاهيمية التي لا تواجه درجات حرارة قصوى في الاستخدام النهائي. تتحمل مادة ABS بشكل موثوق درجات حرارة تتراوح بين 80 إلى 100 درجة مئوية في مكونات المركبات والأدوات المنزلية التي تحتاج إلى مخازن حرارية كمنتجات أو أجزاء.
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
تنتج خيوط ABS المسخنة غاز الستيرين وانبعاثات الجسيمات الدقيقة للغاية (UFP) السامة عند مستويات معينة، وترتبط بالتهيج وانخفاض وظائف الرئة بشكل خاص. إن البحث المحدود حول انبعاثات ABS يجعل الثقة هنا صعبة، ولكن PLA ينبعث منها عدد أقل بكثير من المركبات العضوية المتطايرة بناءً على بيانات الانبعاثات المتاحة حتى الآن. استخدم دائمًا الحاويات وتنفس بعناية.
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 PLA يظل أكثر خضرة في الوقت الحالي.
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...
يفضل استخدام PLA للحصول على نماذج أولية مرئية سلسة، أدوات قابلة للتخصيص، ومفاهيم سريعة، ونماذج عرض لا تواجه متطلبات حرارية. أي تصميم يستفيد من خصائص أكثر صلابة وقابلة للتحلل البيولوجي يشكل أيضًا حالات استخدام وظيفية قوية هنا.
2. اختيار ABS بدلاً من PLA لـ...
اختر ABS عند هندسة المكونات الوظيفية القوية والعلب المخصصة تتطلب هذه المنتجات متانة أعلى ومقاومة للحرارة ودقة عالية. وتتطلب معظم التركيبات والمنتجات النهائية التي تواجه ضغوطًا كبيرة وإجهادًا مناخيًا خصائص ABS عمليًا لأداء موثوق به على المدى الطويل.
3. التفكير في نهج هجين
بالنسبة للتطبيقات ذات المتطلبات العالية، فإن النهج الهجين يستفيد من المزايا التكميلية. تُرشد نماذج PLA خفيفة الوزن عوامل الشكل المحسنة في تنفيذ ABS القوي. تُزين لافتات PLA الإبداعية هياكل غلاف ABS القوية المحسنة بعد ذلك. دمج نقاط القوة بشكل استراتيجي.
وضع المواد في سياقها المناسب للاحتياجات
لا يوجد مادة "أفضل" عالميًا بين خيوط ABS وPLA الشائعةإن دقة الأجزاء، ومتطلبات القوة، وظروف التشغيل، والانبعاثات، وخطط التخلص، وأهداف التطبيق تشكل معًا الأساس لاختيار المواد المثالية على أساس كل حالة على حدة. وتعطي مخاوف الاستدامة الأولوية بشكل متزايد للمواد البلاستيكية الحيوية المتجددة مثل حمض البوليكتيك للتصنيع قصير المدى الذي يعتمد بشكل أقل على الوظائف. وبالنسبة للمهندسين، يحتفظ ABS بمرونة قيمة عبر عقود من الأداء الصناعي المثبت. ومع ذلك، فإن تحقيق التوازن الصحيح بين هذه المواد البلاستيكية الحرارية يرفع من قيمة كل منهما من خلال الاستفادة من نقاط القوة التكميلية في سياقها. حدد أهدافك، وقم بتقييم التنازلات، وبسّط القرارات من خلال مطابقة الاستخدامات المقصودة مع الخصائص المثالية التي توفرها كل من هذه المواد الكلاسيكية.