3D打印包含多種技術(shù)，但在消費(fèi)者層面最流行的是熔融沉積成型(FDM)。細(xì)絲可以由不同的材料制成，但通常是熱塑性塑料，因?yàn)樗鼈兒苋菀兹刍椭匦履獭?

在眾多不同類型的長(zhǎng)絲中，最受歡迎的是聚乳酸(PLA)，它以易于使用和價(jià)格低廉而聞名。但還有其他常見(jiàn)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(fèi)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(lái)相似，但它們有很多不同之處。在本文中，我們將從幾個(gè)不同點(diǎn)比較這兩種材料，包括材料特性、打印和價(jià)格。

一、材料特性

首先我們來(lái)看看PLA和ABS的材料特性。我們將研究它們的強(qiáng)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(qiáng)度

極限抗拉強(qiáng)度(UTS)是材料在斷裂前被拉伸或拉動(dòng)時(shí)可以承受的最大應(yīng)力。它是使用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)量的，該試驗(yàn)機(jī)對(duì)測(cè)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(cè)試，對(duì)于使用相同設(shè)置打印的相同負(fù)載樣本，PLA的極限拉伸強(qiáng)度高于ABS。也就是說(shuō)，還應(yīng)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(shì)。

各層之間的粘合程度會(huì)影響材料的最終拉伸強(qiáng)度。兩者之間，ABS對(duì)層粘合問(wèn)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(huì)降低，從而降低部件的強(qiáng)度，尤其是在跨層加載時(shí)。但是，在環(huán)境溫度較高的封閉式打印機(jī)上打印ABS時(shí)，這不會(huì)成為問(wèn)題，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生出色的層粘合性。

沖擊強(qiáng)度

沖擊強(qiáng)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(qiáng)烈的力或沖擊而不破裂的能力。常見(jiàn)的測(cè)試方法包括Izod沖擊試驗(yàn)和Charpy缺口沖擊試驗(yàn)，后者使用擺錘撞擊缺口樣品并測(cè)量斷裂過(guò)程中吸收的能量。您甚至可以制作DIY沖擊測(cè)試裝置，例如My Tech Fun使用的裝置。

在抗沖擊強(qiáng)度方面，ABS比PLA具有很大的優(yōu)勢(shì)。這并不奇怪，因?yàn)锳BS以其極高的抗沖擊強(qiáng)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(shí)，耐久性是指在設(shè)計(jì)的操作條件下能夠持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間而不會(huì)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(xué)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(huì)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(jī)械性能和耐高溫性，但比這兩種長(zhǎng)絲都貴。

耐化學(xué)性

在耐化學(xué)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(xué)降解。Prusa Research開(kāi)發(fā)了一個(gè)匯總表，其中在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試了不同的細(xì)絲。您會(huì)發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下，ABS的評(píng)級(jí)高于PLA。

耐溫性

耐高溫性是許多應(yīng)用需要考慮的一個(gè)重要方面，包括機(jī)器零件以及主要在戶外使用的零件。當(dāng)零件長(zhǎng)時(shí)間暴露在高應(yīng)力水平下時(shí)，可以觀察到逐漸的機(jī)械變形。這種現(xiàn)象被稱為“蠕變”，溫度是材料蠕變的主要驅(qū)動(dòng)因素。

ISO75測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)列出了熱變形溫度，即材料在0.45MPa和1.8MPa的小負(fù)載下瞬間變形0.25mm的溫度。在這些溫度下，零件的機(jī)械性能會(huì)急劇下降，不適合機(jī)械使用。

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

安全工作溫度（材料蠕變?yōu)榱慊驑O小）遠(yuǎn)低于熱變形溫度。例如，當(dāng)封閉的Vorons中的ABS部件長(zhǎng)時(shí)間暴露在70°C以上的溫度下時(shí)，可以觀察到明顯的蠕變。

對(duì)于PLA部件，長(zhǎng)時(shí)間暴露在35°C以上的溫度下會(huì)產(chǎn)生問(wèn)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(qiáng)的吸濕性，容易吸收空氣中的水分。這些水分會(huì)使材料本身變質(zhì)，導(dǎo)致打印過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)多的拉絲、氣泡和層粘合不良。這會(huì)導(dǎo)致打印質(zhì)量和強(qiáng)度較差。ABS的吸濕性通常比PLA更強(qiáng)。

無(wú)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

純PLA和純ABS均無(wú)毒且食品安全。它們?cè)谏婕笆称芳庸ず蛻?yīng)用的應(yīng)用中得到廣泛使用和認(rèn)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(yīng)用的產(chǎn)品通常使用純?cè)w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(yàn)，例如，在不使腔體溫度過(guò)高的情況下減少翹曲。大多數(shù)情況下，這些添加劑會(huì)使線材不適合用于食品。盡管如此，一些制造商確實(shí)提供符合食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的線材。

除了耗材，還有與食品安全相關(guān)的重要硬件考慮因素。打印機(jī)與耗材接觸的部件可能不安全。例如，擠出機(jī)齒輪、熱端路徑和噴嘴可能不是由食品級(jí)鋼制成的。它們可能接觸過(guò)非食品安全耗材或潤(rùn)滑劑。黃銅噴嘴也會(huì)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(xì)菌可以在其中生長(zhǎng)和生存。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)暮筇幚恚@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(yīng)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

從回收角度來(lái)看，PETG和ABS都是可回收的。但是，它們都屬于樹(shù)脂識(shí)別碼#7（“其他”），這意味著它們都不能通過(guò)常規(guī)收集進(jìn)行回收。易于回收的材料從#1到#6，它們是街頭收集回收計(jì)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(wú)利可圖或不切實(shí)際，因此它們會(huì)被丟棄。不過(guò)，也有回收3D打印件的服務(wù)，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?yàn)樗怯捎衩椎炔牧现瞥傻?。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

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(shí)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(qǐng)注意不要大大超過(guò)此范圍，因?yàn)檫^(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)度拉絲、熱蠕變或懸垂性差。一如既往，請(qǐng)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?nèi)越ㄗh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(tái)打印機(jī)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(duì)于打印ABS部件至關(guān)重要。它不僅可以實(shí)現(xiàn)良好的第一層粘合（以減少翹曲），還有助于預(yù)熱被動(dòng)加熱外殼（我們將在下文討論）。溫度應(yīng)在90到120°C之間，但經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶傾向于將溫度設(shè)置為110°C，以延長(zhǎng)常用磁性構(gòu)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(huì)導(dǎo)致翹曲和其他問(wèn)題，因此仍然建議將床溫保持在50到60°C之間。

外殼

PLA部件不需要也不建議使用外殼。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，這種首選材料比ABS更容易打印。它能很好地粘在干凈的構(gòu)建板上，床溫在建議的50-60°C范圍內(nèi)時(shí)很少會(huì)翹曲。PLA還具有很好的層粘合性，并且即使沒(méi)有外殼，收縮率也可以忽略不計(jì)。因此，不需要外殼。

但是，如果您選擇使用封閉式打印機(jī)進(jìn)行打印，請(qǐng)確保腔內(nèi)溫度不超過(guò)40°C。鑒于PLA的軟化溫度非常低，較高的封閉溫度可能會(huì)導(dǎo)致熱蠕變和打印失敗。

對(duì)于ABS來(lái)說(shuō)，外殼對(duì)于堅(jiān)固無(wú)瑕疵的ABS部件至關(guān)重要。這種材料因熱收縮而容易彎曲和分層，這一點(diǎn)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(guò)快，從而緩解翹曲和分層問(wèn)題。它還可以減少溫度波動(dòng)和氣流，這些都會(huì)損害材料的打印性能和打印部件的強(qiáng)度。

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

冷卻

對(duì)于PLA部件，高冷卻對(duì)于防止缺陷、過(guò)熱以及良好的橋接和懸垂非常重要。即使在相對(duì)較高的冷卻設(shè)置下，PLA也能實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固的部件和良好的層粘合性。因此，您應(yīng)該將PLA打印的冷卻設(shè)置為較高的水平。

ABS的冷卻更為復(fù)雜；它取決于打印時(shí)的腔體溫度。雖然冷卻可以改善懸垂和橋接性能，但過(guò)度冷卻或過(guò)快冷卻ABS會(huì)導(dǎo)致層粘合不良以及翹曲和分層增加。不過(guò)，對(duì)于高腔體溫度來(lái)說(shuō)，這不是問(wèn)題。

請(qǐng)記住，室內(nèi)溫度越高，冷卻效果就越好。如果您的封閉空間溫度相對(duì)較低，采用被動(dòng)加熱，冷卻設(shè)置也應(yīng)處于低端。

三、后期處理

一般而言，ABS比PLA具有更多的后加工選項(xiàng)。用戶尤其喜歡其可用丙酮進(jìn)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(jī)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(duì)輕松地修改或粘合ABS部件。對(duì)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(xué)品來(lái)使其光滑。不過(guò)，ABS和PLA都可以通過(guò)打磨、鉆孔、攻絲等方式輕松進(jìn)行后處理，并且易于上漆。

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