FDM耗材PLA與ABS對比，你應(yīng)該選擇哪種？

導(dǎo)讀：談起聚合物3D打印，如何選擇合適的耗材一直是一個令人頭疼的問題。幾乎任何3D打印技術(shù)都是如此，但對于使用FDM/FFF 3D打印的初學(xué)者或業(yè)余愛好者來說，這個問題尤為明顯。對他們來說，似乎不知道哪種絲材最合適。

在本期文章中，南極熊對比了市面上兩種最流行和使用最廣泛的耗材——PLA與ABS之間的差異。從特性到打印要求等等，我們仔細(xì)研究了PLA和ABS的異同，以幫助你更好地了解根據(jù)你的需要使用哪一種。

PLA與ABS的特點和性能

當(dāng)然，在談?wù)揚LA與ABS的特性時，首先要考慮的是它們是由什么制成的。雖然兩者都被認(rèn)為是熱塑性塑料，都是可以通過加熱軟化后再冷卻和硬化的聚合物，但兩者的相似之處也就到此為止。眾所周知，PLA是由玉米或甘蔗等有機材料制成的，而ABS，像大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)塑料一樣，是由石油制成的。更具體地說，聚乳酸是由來自玉米、木薯、玉米、甘蔗或甜菜漿等來源的植物淀粉發(fā)酵而成。這些來源的糖被轉(zhuǎn)化為乳酸，然后被聚合成聚乳酸。相比之下，ABS是由三種單體組成的：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。丙烯腈是一種合成（人造）單體，來自丙烯和氨，丁二烯是一種石油碳?xì)浠�合物，苯乙烯是由乙苯的脫氫（通過化學(xué)反應(yīng)去除氫）制成�？梢岳斫獾氖�，這些材料的構(gòu)成對材料的可持續(xù)性有影響。

△如上圖所示，用PLA和ABS3D打印的零件在外觀和性能上都有差異（圖片來源：Fictiv）。

PLA經(jīng)常被譽為更環(huán)保的材料，因為它實際上是可生物降解的。然而，重要的是要注意，它只有在適當(dāng)?shù)臈l件下才能真正生物降解，許多城鎮(zhèn)沒有合適的設(shè)施來降解這種材料。這意味著，雖然這是可能的，但實際上只有通過工業(yè)堆肥才能真正做到。因此，盡管聚乳酸當(dāng)然比許多材料更 "綠色"，特別是因為它是由可再生資源制成的，但當(dāng)涉及到處理時，它也許并不像人們經(jīng)常聲稱的那樣環(huán)保。

另一方面，ABS也不被認(rèn)為是一種可持續(xù)或環(huán)保的材料。如前所述，它和大多數(shù)塑料一樣，都是由石油制成的，這意味著它的加工過程不具有可持續(xù)性。然而，有利的是，ABS是可回收的，盡管它不被回收中心廣泛接受�？紤]到許多人沒有意識到聚乳酸的生物降解性是多么有限，這對于初學(xué)者來說甚至可以被認(rèn)為是一個加分項，因為他們可能會更加確定塑料會得到適當(dāng)處理而不會產(chǎn)生更多廢物。

除了材料的根源之外，ABS和PLA也有獨特的屬性，導(dǎo)致它們彼此不同。其中，在討論打印的便利性時，這也是一個因素，即每一種材料的耐熱性。也就是說，ABS耐高溫，有較高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，而PLA在較低的溫度下熔化，因此不被認(rèn)為是耐熱的。這當(dāng)然會影響到材料的應(yīng)用，這將在后面介紹。

一般來說，如果你正在尋找一種具有更好機械性能的堅韌材料，你會想選擇ABS。除了耐熱和具有更高的熱變形外，它還具有抗沖擊性，比PLA更耐用和更輕。也就是說，這兩種材料具有相似的抗拉強度（但ABS略低），但由于ABS具有更好的延展性或塑性，以及更高的抗彎強度和更高的斷裂前伸長率，因此在更多的工業(yè)應(yīng)用中通常更傾向于使用ABS。從本質(zhì)上講，這些意味著與更脆的聚乳酸相比，ABS更靈活。這些因素使ABS甚至可以用于終端應(yīng)用，這也是它在注射成型等行業(yè)中如此受歡迎的原因之一。

△聚乳酸與ABS的特點

然而，PLA在其他一些方面勝出。值得注意的是，它比ABS的強度和硬度都要高。不過，由于它的熔點低，它在50攝氏度以上就失去了這些特性，使它在任何涉及熱應(yīng)用中不那么有用。然而，即使ABS的耐熱性明顯高于PLA，由于兩者都是熱塑性塑料，它們在紫外線和高溫下都會隨著時間的推移而降解。因此，對于要在室外使用的部件，最好采用不同的材料。

打印的便利性

現(xiàn)在我們已經(jīng)介紹了PLA與ABS的特點和性能，下一步是討論3D打印過程本身。首先，由于這兩種熱塑性塑料的玻璃化溫度不同，打印的準(zhǔn)備工作也會不同。這是因為需要考慮到物質(zhì)中發(fā)生熱力學(xué)轉(zhuǎn)變的溫度范圍。就PLA而言，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度范圍在60-100oC之間，而ABS在105-200oC之間。這隨后決定了材料的熔點，或者說它何時會處于液體狀態(tài)，從而可以進行打印。根據(jù)切片機中設(shè)置的參數(shù)，加熱3D打印機并達(dá)到所需溫度需要更多或更少的時間。

與此相關(guān)的是，正確設(shè)置制造過程中的變量，包括打印床和打印頭，是至關(guān)重要的。ABS需要較高的打印床溫度，約為80-110oC，而PLA通常設(shè)定為60oC。就擠出機而言，聚乳酸也需要較低的溫度，具體為180-230℃左右，而ABS則需要210-250℃。

就使用的方便性而言，眾所周知，ABS的打印比PLA更復(fù)雜。遇到的打印困難也與每種材料的溫度和特性有關(guān)。PLA的熔化溫度比ABS低，因此，當(dāng)零件的3D打印過程完成后，各層固化的熱變化較小。然而，由于ABS需要更高的溫度來熔化，在冷卻零件時將會有更突然的變化。這種熱收縮會導(dǎo)致零件的形狀不對。事實上，最常見的問題之一是翹曲，即零件的兩端收縮，從托盤上脫落并變形。為了避免這種現(xiàn)象，在用ABS打印時，控制溫度和打印環(huán)境是至關(guān)重要的，必要時使用粘合劑。這也是為什么通常強烈建議在用ABS打印時使用具有封閉腔的3D打印機的原因之一。

△ABS往往會受到翹曲的影響，這個問題與材料在溫度突然變化下的收縮有關(guān)。

這兩種材料的打印速度大致相同，這是一個優(yōu)勢，因為不需要為不同的材料重新調(diào)整切片機中的參數(shù)。PLA的打印速度一般為60毫米/秒，盡管有些用戶甚至使用過更高的速度。另一方面，ABS的速度通常在40-60毫米/秒之間，要達(dá)到更高的速度是很困難的。

在制造過程中需要注意的另一點是制造過程中產(chǎn)生的排放物。幾乎所有的熱塑性塑料長絲在打印過程中都會產(chǎn)生有害的氣味和氣體，當(dāng)材料被加熱時，它就會釋放出含有顆粒的物質(zhì)，危害到人體健康。就聚乳酸而言，由于它來自天然的植物來源，它不會釋放出強烈的氣味，因此不值得關(guān)注。然而，眾所周知，ABS會釋放出有毒氣體和令人不舒服的氣味。事實上，這也是為什么強烈建議在使用ABS時要有一個封閉的打印外殼以及一個空氣過濾器，以防止煙霧被釋放到工作區(qū)的另一個原因。即使這樣，也建議不斷地對房間進行通風(fēng)，以確保煙氣不進入我們的肺部。這與ABS中存在的苯乙烯有關(guān)，這種材料吸入后對人體是有毒的。

Polymaker的市場經(jīng)理LukeTaylor解釋說："聚乳酸是一種較弱的材料，但它的優(yōu)點是非常容易操作，非常容易打印。你不需要加熱床，你不需要高溫，它的收縮率很低，而ABS的收縮率很高。這是有道理的，一般來說機械性能越好，它就越難加工。盡管我們也可以在PLA中添加一些東西，使其更加堅固，而不改變其可打印性。"

△用Polymaker的PLA長絲3D打印的人物（圖片來源：Polymaker）

后期處理

在考慮PLA與ABS的問題時，可以說這兩種熱塑性塑料都可以使用類似的后期處理技術(shù)。雖然有一些明顯的差異，其中之一是在打印后零件的表面。PLA部件在移除后立即更有光澤，而ABS則傾向于有更多的啞光表面。這兩種材料在打印后也都可以上色進行裝飾。

然而，ABS通常比PLA更容易進行后期處理。這有幾個原因：首先，盡管兩者都可以打磨，但由于ABS的耐久性，這一過程更容易。PLA也更難打磨，因為它的耐熱性低，更容易融化。兩者都可以進行加工，但用戶對PLA必須更加謹(jǐn)慎。

同時，ABS不僅更容易用這些基本方法進行后處理，而且如果你想獲得真正的光澤，用ABS制作的零件可以用丙酮蒸汽進行平滑處理。丙酮是一種無色液體，通常用作塑料的溶劑。雖然它不能用于PLA，但使用ABS部件的人可以使用丙酮，以更快地進行后期處理，并獲得光亮的表面。不過，用PLA做類似的處理也是可能的。如果你想對PLA長絲制成的部件進行蒸汽平滑處理，可以使用THF（或四氫呋喃）進行手工拋光。

△這些打印部件在丙酮平滑處理后具有光澤度（圖片來源：Zortrax）

PLA與ABS的應(yīng)用

在討論PLA與ABS時，我們可以發(fā)現(xiàn)另一個主要區(qū)別是每種材料的應(yīng)用。根據(jù)建議的零件的用途，我們可以選擇其中一種。PLA是FDM 3D打印中使用最多的材料，而且它大多用于創(chuàng)客環(huán)境。這主要是由于它易于打印，以及它的機械性能使零件易碎、脆弱并對陽光和高溫敏感。由于這個原因，它通常被新手廣泛使用，或用于創(chuàng)造裝飾性元素和玩具。

另一方面，ABS是一種更加工業(yè)化的材料，具有先進的特性，盡管它更難打印，但部件的質(zhì)量更好。因此，它經(jīng)常被用于開發(fā)原型、齒輪或工具。簡而言之，它通常是在零件可以承受物理壓力和需要高機械和熱阻的情況下實施。因此，在開始增材制造過程之前，要評估兩種材料之間的差異，以便根據(jù)其用途創(chuàng)建零件。

△PLA通常用于更多的制造者應(yīng)用、裝飾性元素和玩具。另一方面，ABS可用于需要較高機械和耐熱性的應(yīng)用。

價格

就價格而言，PLA和ABS在功能上沒有區(qū)別。相反，價格因制造商等因素而不同。當(dāng)涉及到具有封閉系統(tǒng)的3D打印機時，制造商就體現(xiàn)出更大的作用了。這意味著可以用于上述打印機的唯一絲材只能由相關(guān)制造商制造或批準(zhǔn)，這一決定通常是作為一種確保質(zhì)量控制的方式作出的，但它可能影響價格。盡管在一個封閉的系統(tǒng)中，ABS和PLA燈絲的價格即使不一樣，也會差不多。

一般來說，我們發(fā)現(xiàn)1公斤PLA和ABS長絲的起價在120元左右，不過平均來說，一卷基本長絲的價格似乎在135元左右。當(dāng)然，如果你想要更高質(zhì)量的燈絲或特殊功能，如多色或?qū)�業(yè)級，價格會高得多。盡管如此，應(yīng)該指出的是，由于PLA可能是最受歡迎的3D打印長絲，如前所述，PLA長絲往往有更多的顏色和選擇，你會發(fā)現(xiàn)它被大多數(shù)材料或3D打印機制造商所銷售。

△圖片來源：ColorFabb

雖然偶爾ABS絲比PLA絲貴，但由于供應(yīng)量較少，這實際上是以原材料的形式反過來的。作為最受歡迎的工業(yè)塑料之一，例如樂高等制造商所使用的，ABS作為原材料，也就是說在加工成燈絲等形狀之前，實際上是比較便宜的。雖然這對FDM打印機影響不大，但對那些使用顆粒的打印機來說，這也可能是一個因素，因為在這種情況下，ABS可能比PLA更便宜。

材料的制造商

在增材制造市場，致力于材料開發(fā)的公司數(shù)量確實很多。由于FDM 3D打印是最廣泛使用的技術(shù)，無論是初學(xué)者還是工業(yè)公司，大多數(shù)制造商都會開發(fā)熱塑性聚合物長絲。因為PLA比ABS更受歡迎，而且更民主化，所以提供的產(chǎn)品更多。現(xiàn)在有數(shù)百種不同的品牌、顏色和混合物，雖然ABS燈絲也有幾種品牌和顏色，但供應(yīng)量比PLA小。至于PLA材料的制造商，我們可以找到專門致力于開發(fā)長絲的公司，如Polymaker、ColorFabb、Filamentum、MatterHackers等。

事實上，我們可以看到，那些開發(fā)ABS類型耗材的公司可能也生產(chǎn)PLA。為尋求合適的耗材，我們可以咨詢像Polymaker、Hatchbox或Filamentum這樣的常見廠家，以及其他許多公司。同時，我們也可以選擇那些設(shè)備制造商，盡管原材料不是他們的主要業(yè)務(wù)，但他們也將部分時間用于開發(fā)3D打印材料，例如：Ultimaker、Zortrax或Flashforge等公司。

△PLA和ABS的比較（圖片來源：3Dnatives）