وقتی در مورد پلیمرهای پرینت سه بعدی حرف می زنیم انتخاب سخت می شود. این مساله تقریبا در مورد تمام تکنولوژی های پرینتر سه بعدی صدق می کند. تشخیص فیلامنت مناسب مخصوصا برای مبتدیان و علاقه مندانی که از FDM/FFF استفاده می کنند تقریبا غیرممکن به نظر می رسد. اکنون می خواهیم این دو فیلامنت بسیار رایج و کاربردی را با هم مقایسه کنیم. ما به تفاوت ها و شباهت های این دو فیلامنت از خصوصیات گرفته تا ملزومات چاپ و چیزهای دیگر دقیق تر می پردازیم تا به شما در انتخاب فیلامنت مناسب بسته به نوع کارتان در استفاده از پرینتر سه بعدی کمک کنیم.
خصوصیات و ویژگی های فیلامنت PLA و ABS
البته، وقتی می خواهیم از خصوصیات PLA در مقایسه ABS بگوییم، اولین نکته ای که باید مد نظر قرار دهیم این است که آن ها از چه چیزی ساخته شده اند. هر دو فیلامنت، پلیمرهای ترموپلاستیک هستند که اگر در معرض حرارت قرار بگیرند نرم و شل می شوند و وقتی سرد شوند سخت می شوند. این تنها شباهت این دو فیلامنت است. فیلامنت PLA از یک منبع ارگانیک مثل ذرت یا چغندر قند ساخته می شود. در حالی که ABS مثل اغلب پلاستیک های استاندارد از مواد نفتی ساخته می شود. از نظر تخصصی، PLA از نشاسته گیاهی تخمیر شده منابعی مثل ذرت، کاساوا، نیشکر یا خمیر چقندر قند ساخته شده است. قند حاصل از این منابع به اسید لاکتیک تبدیل شده و سپس به پلی لاکتیک، پلیمریزه می شود. در مقابل، فیلامنت ABS از سه مونومر پروپیلین، آمونیا و بوتادین که هیدروکربن نفتی است و استیرن که از دهیدروژناسیون (حذف هیدروژن از راه واکنش شیمیایی) اتیل بنزن بدست می آید، تشکیل می شود. بدیهی است که آرایش این مواد بر میزان “پایداری” فیلامنت تاثیر دارد.
++ مطالعه مقاله چگونگی تولید فیلامنت PLA و برترین تولید کنندگان آن ++
PLA چون زیست تجزیه پذیر است، غالبا به عنوان ماده ی سازگار با محیط زیست شناخته می شود. البته شایان ذکر است که این ماده زمانی واقعا زیست تجزیه پذیر است که در شرایط درست و خاص قرار بگیرد که اغلب شهرها ابزار و شرایط مناسب برای تجزیه کامل آن را ندارند. یعنی اینکه تنها در شرایط کمپوست صنعتی می توان آن را تجزیه کرد. بنابراین، PLA سازگاری نسبتا خوبی با محیط زیست نسبت به دیگر مواد دارد.
از طرف دیگر، ABS ماده ی پایدار و سازگار با محیط زیست محسوب نمی شود. چون همانطور که ذکر شد، ABS مثل سایر پلاستیک ها از نفت درست شده است یعنی خیلی تجزیه پذیر نیست. ولی یک مزیت دارد و آن اینکه قابل بازیافت است با این حال از طرف بیشتر مراکز بازیافت پذیرفته نمی شود. با توجه به اینکه بسیاری نمی دانند که شرایط تجزیه پذیری PLA بسیار محدود است، از نظر مبتدیان، عدم تولید ضایعات برای یک فیلامنت امتیاز خوبی محسوب می شود.
به غیر از منبع تولید، این دو ماده تفاوت های دیگری هم دارند. از نظر سهولت پرینت مساله به این مربوط می شود که هر کدام چقدر در برابر حرارت مقاومت می کنند. مثلا، ABS در برابر حرارت مقاوم است و و دمای انتقال شیشه ای (glass transition temperature) بالاتری دارد، در حالی که PLA در دمای خیلی پایین تری ذوب می شود و بنابراین مقاوم در برابر حرارت محسوب نمی شود.
در کل، اگر به دنبال ماده ای هستید که بادوام تر و دارای خصوصیات مکانیکی بهتری باشد ABS را انتخاب کنید. به غیر از مقاومت در برابر حرارت و انحراف حرارتی (heat deflection) بالاتر، این ماده در برابر ضربه هم مقاوم است و از PLA سبک تر و مقاوم تر است. گفته می شود که این دو ماده دارای استحکام کشش مشابه هستند (استحکام کششی ABS اندکی کمتر است)، بنابراین از ABS بخاطر خصوصیاتی مثل شکل پذیری بهبود یافته و قابلیت تغییر شکل بدون ایجاد شکستگی و استحکام خمشی بالاتر و قابلیت کشیدگی بالاتر قبل از شکست، غالبا برای کاربردهای صنعتی استفاده می شود. در اصل ABS در مقایسه با PLA، انعطاف پذیرتر است و PLA شکننده تر. این خصوصیات ABS موجب شده است که از آن در کاربردهای نهایی استفاده شود و در صنایعی همچون ذوب تزریقی بسیار مورد توجه باشد.
ولی PLA از جهات دیگری برتری دارد. مثلا قوی تر و سخت تر از ABS است. بدلیل نقطه ی ذوب پایینش این خصوصیات را در دمای بالای 50 درجه از دست می دهد، و به همین دلیل در کارهایی که نیاز به حرارت دارد مورد استفاده قرار نمی گیرد. با این حال حتی اگر ABS نسبت به PLA به طور قابل ملاحظه ای در برابر حرارت مقاوم تر باشد هر دو چون ترموپلاستیک هستند به مرور زمان اگر در معرض اشعه یUV و گرما قرار بگیرند تخریب می شوند. پس برای پرینت قطعاتی که قرار است بیرون و در معرض هوای آزاد قرار بگیرند از مواد دیگری باید استفاده شود.
++ مطالعه مقاله انتخاب فیلامنت با کیفیت و مناسب پرینتر سه بعدی ++
سهولت در چاپ سه بعدی فیلامنت های PLA و ABS
حالا که خصوصیات و ویژگی های PLA در مقایسه با ABS را مطرح کردیم، در این مرحله در مورد خود جریان پرینت صحبت می کنیم. برای شروع، چون دمای انتقال در این دو ترموپلاستیک متفاوت است، روند آماده سازی آنها هم برای چاپ متفاوت می شود. به این دلیل است که باید دامنه ی دمای انتقال مورد توجه قرار گیرد. در مورد PLA، دامنه ی دمای انتقال 60 تا 100 درجه است در حالیکه ABS، بین 105 تا 200 درجه می باشد. درنتیجه نقطه ی ذوب ماده یا زمانی که از حالت جامد به مایع تبدیل می شود و آماده ی پرینت است، مشخص می شود. بسته به پارامترهایی که در نرم افزار اسلایسر تنظیم شده، برای اینکه پرینتر به دمای مناسب و مطلوب چاپ برسد زمان بیشتر یا کمتری می برد.
در این رابطه، تنظیم درست مقادیر مندرج در هد و بستر برای پروسه ی ساخت بسیار مهم است. دمای بستر برای ABS باید بالا یعنی مابین 80 تا 110درجه باشد ولی برای PLA دمای 60 درجه معمولا در نظر گرفته می شود. تا جایی که به اکسترودر مربوط می شود، PLA به دمای پایین تر حدود 180 تا 230 درجه و ABS به دمای 210 تا 250 درجه نیاز دارد.
از نظر سهولت چاپ، ABS در پرینت پیچیده تر از PLA است. مشکلات چاپ به دما و ویژگی های هر ماده مربوط می شود. PLA در دمای پایین تر نسبت به ABS ذوب می شود. بنابراین وقتی پروسه ی چاپ هر قطعه به پایان برسد تغییرات دمایی لایه ها تا زمان سخت شدن پایین تر است. با این حال، چون ABS در دمای بالاتری ذوب می شود، احتمال تغییر ناگهانی حین سرد شدن قطعات بیشتر است. این انقباض حرارتی، می تواند منجر به تغییر شکل قطعات شود. در واقع یکی از مهمترین مشکلات رایج در پرینت، تاب برداشتن است که انتهای قطعه از سینی جدا شده و تغییر شکل می دهد. برای اجتناب از این پدیده، کنترل دما و محیط چاپ در زمانی که با ABS کار می کنید و استفاده از چسب در صورت لزوم، مهم است. این یکی از دلایلی است که شدیدا توصیه می کنیم هنگام پرینت با فیلامنت ABS از پرینتر سه بعدی دارای محفظه ی بسته استفاده کنید.
سرعت پرینت تقریبا در هر دو ماده یکسان است. این یک امتیاز محسوب می شود چراکه دیگر لازم نیست برای تغییر ماده، پارامترهای اسلایسر را مجدد تنظیم کنید. در کل PLA با سرعت 60mm/s پرینت می شود اگرچه بعضی کاربران با سرعت های بالاتر هم با این ماده کار کرده اند. ABS از طرف دیگر با سرعت 40mm/s تا 60mm/s چاپ می شود و سریعتر نمی شود.
نکته ی دیگری که باید حین فرایند ساخت، مد نظر داشت انتشار گازهای گلخانه ای است. در چاپ با این دو ماده هم مثل سایر فیلامنت های ترموپلاستیک، رایحه ها و گازهای سمی و مضر حین فرایندچاپ تولید می شود. که بعضی از بقیه سمی تر هستند. زمانی که ماده داغ می شود، مواد حاوی ذرات مضر برای سلامت انسان، رها می شود. PLA چون دارای منشا طبیعی است رایحه ی تندی ایجاد نمی کند و کار با آن از این نظر نگران کننده نیست. ولی ABS وقتی داغ شود گازهای سمی و بوی نامطبوع از خود رها می کند. به همین دلیل شدیدا توصیه می شود هنگام کار با این ماده از محفظه ی چاپ بسته و فیلتر هوا برای جلوگیری از انتشار دود در محیط کار استفاده کنید. و باز توصیه می کنیم که دائما اتاق را تهویه کنید تا از عدم ورود این گازها به ریه هایتان مطمئن شوید. این گازها ناشی از ماده ی استیرن موجود در ABS است که ماده ای سمی و مضر برای سلامت انسان است.
پس پردازش و پرداخت فیلامنت های ABS و PLA
می توان با اطمینان گفت که تکنیک های پس پردازش در مورد هر دو ترموپلاستیک مشابه است. با این حال چند تفاوت فاحش وجود دارد. یکی این که قطعه ی چاپ با PLA بلافاصله پس از جداسازی از دستگاه بسیار براق تر از قطعه ی ABS است و قطعه ی ABS مات است. هر دو قطعه را می توان پس از چاپ رنگ آمیزی کرد.
در کل پس پردازش قطعه ی ABS راحت تر از PLA است. چون اولا هر دو را می توان سمباده زد، ABS چون استحکام بیشتری دارد راحت تر سمباده زده می شود. PLA چون مقاومت حرارتی پایین تری دارد سخت تر سمباده زده می شود. هر دو قابل ماشین کاری هستند ولی باز در مورد PLA این کار می بایست با دقت بیشتری انجام شود.
پس قطعه ی ABS را می توان به سادگی با روشهای اصلی پس پردازش کرد و اگر میخواهید قطعه ی براق از این جنس داشته باشید با استفاده از بخار استون سطح قطعه را صاف و صیقلی کنید. استون یک مایع بی رنگ است که غالبا به عنوان حلال پلاستیک بکار می رود. پس از استون برای قطعات PLA نمی توان استفاده کرد. استون کار پس پردازش را برای قطعات ABS سریعتر می کند و نتیجه ی کار درخشان تر می شود. در مورد قطعات ساخته شده با PLA همین کار را کلوروفرم انجام می دهد. از این ماده برای صاف و صیغلی کردن قطعات ساخته شده از PLA استفاده می شود.
کاربرد های فیلامنت PLA و ABS
تفاوت مهم و اساسی دیگری که این دو فیلامنت با هم دارند کاربرد های مورد نیاز هر کدام است. بسته به هدف قطعه ی پیشنهادی، می توان یکی را برگزید. PLA بدلیل سهولت کاربردیش، بیشترین ماده مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی FDM است که غالبا در فضای ساخت مورد استفاده قرار می گیرد. چون قطعه ی چاپی از این ماده بخاطر ویژگی های مکانیکی اش، شکننده، ضعیف و حساس به نور و حرارت می باشد بیشتر توسط کاربران مبتدی و برای ساخت اشیاء زینتی و اسباب بازی بکار می رود.
از آن طرف، ABS یک ماده ی صنعتی است و خصوصیات پیشرفته ای دارد و در نتیجه کار با آن مشکل است ولی قطعات با کیفیت تری می دهد. پس بیشتر برای تولید نمونه های اولیه، چرخ دنده و ابزار بکار می رود. بطور خلاصه، معمولا قطعات از جنس ABS در جاهایی بکاربرده می شوند که در معرض فشارهای فیزیکی است و به مقاومت مکانیکی و حرارتی بالا نیاز باشد. پس، قبل از آغاز یک فرایند ساخت افزایشی، تفاوت های مواد کاربردیتان را با توجه به کاربرد قطعه ی نهایی برآورد کنید تا قطعه ی ساخت شما برای کاری که می خواهد انجام دهد مناسب باشد.
قیمت فیلامنت PLA و ABS
قیمت بسته به سازنده ی فیلامنت، متفاوت می شود. نقش سازندگان زمانی مهم است که به پرینتر های سه بعدی دارای سیستم بسته مربوط شود. یعنی اینکه مثلا در مورد یک پرینتر سه بعدی فقط می توان از فیلامنتی استفاده کرد که فلان سازنده ساخته باشد. این سبک تصمیم گیری بیشتر برای بالابردن کیفیت کار می باشد ولی بر قیمت هم تاثیر می گذارد. پس در مورد یک دستگاه دارای سیستم بسته هم قیمت هر دو فیلامنت اگر یکی نباشد خیلی نزدیک به هم است.
قیمت فیلامنت های ABS از فیلامنت های PLA ارزان تر است. البته اگر محصول با کیفیت تر یا دارای ویژگی خاص مثل چند رنگ یا با درجه ی حرفه ای بخواهید، قیمت خیلی بالاتر می رود. در هر حال باید به یاد داشته باشید که چون PLA رایج ترین فیلامنت پرینتر سه بعدی است همانطور که قبلا گفته شد، در رنگ ها و آپشن های متنوع تری در بازار موجود است و توسط اغلب سازندگان پرینتر های سه بعدی و ملزومات آن به فروش می رسد.
امیدواریم با مطالعه این مقاله دیگر در نحوه انتخاب فیلامنت مورد نظر خود برای تولید قطعات با دستگاه پرینتر سه بعدی دیگر دچار تردید نشوید. شما می توانید فیلامنت های PLA و ABS با بهترین کیفیت و قیمت مناسب در فروشگاه کیتک خریداری کنید.
++ خرید فیلامنت PLA و ABS ++