بررسی کامل تفاوت پلاستیک PLA و ABS در پرینت سه بعدی

انتخاب فیلامنت مناسب، مرز باریک بین موفقیت و شکست در پروژه های پرینت سه بعدی است و در این میان، PLA و ABS دو ماده پرکاربرد با ویژگی های متمایز هستند.

در دنیای پرشتاب و خلاقانه پرینت سه بعدی، انتخاب مواد اولیه نقش حیاتی در کیفیت و عملکرد محصول نهایی ایفا می کند. PLA و ABS، دو فیلامنت پرچمدار در فناوری FDM (مدل سازی با رسوب ذوب شده)، هر یک با مزایا و محدودیت های خاص خود، گزینه های اصلی برای طیف وسیعی از کاربران، از مبتدیان تا متخصصان، به شمار می آیند. این مقاله با هدف ارائه یک تحلیل عمیق و مقایسه ای نگاشته شده تا به شما در روشن شدن مسیر انتخاب و تصمیم گیری آگاهانه برای پروژه هایتان یاری رساند و شما را با خدمات پرینت سه بعدی پیشرفته آشنا کند.

۱. فیلامنت PLA: سادگی، زیبایی و دوستی با طبیعت

فیلامنت PLA که مخفف پلی لاکتیک اسید است، یک پلیمر ترموپلاستیک زیستی محسوب می شود که از منابع طبیعی و تجدیدپذیری مانند نشاسته ذرت، ریشه کاساوا یا نیشکر به دست می آید. این ویژگی، PLA را به یکی از محبوب ترین پلاستیک های زیست تخریب پذیر در صنعت پرینت سه بعدی تبدیل کرده است، چرا که تحت شرایط خاصی قابلیت تجزیه کامل دارد.

مزایای کلیدی PLA

یکی از مهم ترین برتری های PLA، سهولت پرینت آن است. این ماده در دمای ذوب نسبتاً پایین تری پرینت می شود (حدود ۱۸۰ تا ۲۳۰ درجه سانتی گراد) و در بسیاری از موارد نیازی به بستر گرم (Heated Bed) ندارد، یا با دمای پایین تری (۴۰ تا ۶۰ درجه سانتی گراد) عملکرد مطلوبی ارائه می دهد. این ویژگی به معنای کاهش چشمگیر مشکلاتی مانند تاب خوردگی (Warping) و جدایش لایه هاست.

PLA در حین پرینت، بوی بسیار کم و غیرمضری تولید می کند که استفاده از آن را در محیط های بسته و بدون تهویه قوی، راحت تر می سازد. قطعات پرینت شده با PLA معمولاً دارای دقت بالا در جزئیات و لبه های تیز هستند که برای مدل های نمایشی، ماکت ها و پروتوتایپ های اولیه که زیبایی و جزئیات بصری اهمیت دارند، ایده آل است. همچنین، این فیلامنت در تنوع رنگ و بافت فوق العاده ای عرضه می شود و می توان انواع خاصی مانند PLA چوب، ابریشم، متالیک و حتی تغییردهنده رنگ را در بازار یافت. سطح نهایی قطعات PLA اغلب صاف و براق است که به جذابیت بصری آن ها می افزاید.

معایب PLA

با وجود مزایای فراوان، PLA نیز محدودیت هایی دارد. مقاومت حرارتی پایین یکی از اصلی ترین معایب آن است. دمای انتقال شیشه (Tg) PLA حدود ۶۰ درجه سانتی گراد است، به این معنی که قطعات ساخته شده با این ماده در دماهای نسبتاً پایین نیز شروع به نرم شدن و تغییر شکل می کنند. این ویژگی، PLA را برای کاربردهایی که قطعه در معرض حرارت قرار می گیرد، نامناسب می سازد.

از دیگر معایب PLA، شکنندگی نسبی آن است. در مقایسه با ABS، قطعات PLA در برابر ضربه و خمش ضعیف تر عمل می کنند. همچنین، مقاومت پایین در برابر اشعه فرابنفش (UV) و رطوبت باعث می شود که PLA گزینه مناسبی برای کاربردهای خارجی و طولانی مدت در فضای باز نباشد، چرا که به مرور زمان دچار تخریب و تغییر رنگ می شود.

کاربردهای رایج PLA

با توجه به ویژگی های PLA، این فیلامنت بیشتر برای موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

• مدل های نمایشی و ماکت های معماری
• اسباب بازی ها و قطعات تزئینی
• پروتوتایپ های اولیه غیرعملکردی و مدل های مفهومی
• وسایل آموزشی و هنری

۲. فیلامنت ABS: استحکام، دوام و مقاومت برای دنیای صنعتی

فیلامنت ABS که مخفف آکریلونیتریل بوتادین استایرن است، یک ترموپلاستیک مهندسی مشتق شده از نفت است. این ماده به دلیل ترکیب منحصر به فرد سه مونومر اصلی خود، یعنی آکریلونیتریل، بوتادین و استایرن، خواص مکانیکی و حرارتی بسیار مطلوبی دارد. ABS نه تنها در پرینت سه بعدی، بلکه در صنایع وسیعی مانند خودروسازی، لوازم خانگی و تولید اسباب بازی (مانند آجرهای لگو) کاربرد گسترده ای دارد.

مزایای کلیدی ABS

برتری اصلی ABS در استحکام مکانیکی و دوام بالای آن است. این ماده مقاومت بسیار خوبی در برابر ضربه، کشش و خمش از خود نشان می دهد و برای ساخت قطعاتی که تحت تنش مکانیکی بالا قرار می گیرند، ایده آل است. مقاومت حرارتی بالای ABS نیز از ویژگی های برجسته آن محسوب می شود؛ دمای انتقال شیشه (Tg) آن حدود ۱۰۵ درجه سانتی گراد است که امکان استفاده از قطعات ABS را در محیط های با دمای بالاتر فراهم می کند.

ABS نسبت به PLA انعطاف پذیری و چقرمگی بیشتری دارد، به این معنی که کمتر شکننده است و می تواند تغییر شکل بیشتری را قبل از شکست تحمل کند. یکی از مزایای منحصربه فرد ABS، قابلیت پس پردازش عالی با حلال است. با استفاده از بخار استون، می توان سطح قطعات ABS را به طور کامل صاف و براق کرد که ظاهری حرفه ای و مشابه قطعات قالب گیری تزریقی ایجاد می کند. این ماده همچنین از مقاومت شیمیایی نسبی در برابر برخی حلال ها و مواد شیمیایی برخوردار است.

معایب ABS

با وجود تمام مزایا، پرینت با ABS چالش برانگیزتر از PLA است. دشواری در پرینت از معایب اصلی آن است. ABS به دمای ذوب و بستر گرم بالاتری نیاز دارد (دمای نازل ۲۱۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد و بستر ۸۰ تا ۱۱۰ درجه سانتی گراد) و بسیار مستعد تاب خوردگی شدید (Warping) است، به خصوص اگر محفظه بسته برای پرینتر وجود نداشته باشد. این تاب خوردگی ناشی از تفاوت دمایی بین لایه های تازه پرینت شده و محیط اطراف است که باعث انقباض ناهمگون ماده می شود.

ABS در حین پرینت، بوهای نامطبوع و بخارات سمی تولید می کند که می تواند برای سلامتی مضر باشد و نیاز به تهویه قوی و مناسب در محیط پرینت دارد. این ماده زیست تخریب ناپذیر است، اگرچه قابلیت بازیافت دارد. همچنین، در درازمدت و در معرض نور خورشید، ممکن است دچار تخریب ناشی از اشعه UV شود.

کاربردهای رایج ABS

با توجه به خواص مکانیکی و حرارتی برتر، ABS برای کاربردهای زیر ترجیح داده می شود:

• قطعات خودرو و محفظه های الکترونیکی
• ابزارآلات و دسته های ابزار
• پروتوتایپ های عملکردی و قطعات مکانیکی با تنش بالا
• تولید قطعات مصرفی با دوام مانند آجرهای لگو

انتخاب بین PLA و ABS صرفاً یک ترجیح شخصی نیست، بلکه تصمیمی فنی است که باید بر اساس نیازهای عملکردی، شرایط محیطی و الزامات زیبایی شناختی پروژه شما در نظر گرفته شود.

۳. مقایسه جامع و عمیق PLA و ABS: تفاوت های کلیدی در یک نگاه

برای درک عمیق تر تفاوت های این دو فیلامنت پرکاربرد، لازم است جنبه های مختلف آن ها را به صورت جزئی بررسی کنیم.

۳.۱. سهولت پرینت و تنظیمات دستگاه

همانطور که ذکر شد، PLA به طور قابل توجهی آسان تر از ABS پرینت می شود. دمای ذوب پایین تر و عدم نیاز مبرم به بستر گرم در PLA، آن را برای مبتدیان و پرینترهای ساده تر ایده آل می کند. در مقابل، ABS به دمای بستر بالا و اغلب به محفظه بسته (Enclosure) برای حفظ دمای یکنواخت و جلوگیری از تاب خوردگی نیاز دارد. تاب خوردگی در ABS به دلیل انقباض زیاد ماده در هنگام خنک شدن رخ می دهد و برای کاهش آن می توان از راهکارهایی مانند چسب های مخصوص بستر، لبه های محافظ (Brim) یا ریم (Raft) استفاده کرد. سرعت پرینت برای هر دو ماده تقریباً یکسان است و معمولاً در حدود ۴۰ تا ۶۰ میلی متر بر ثانیه توصیه می شود، اما PLA گاهی اوقات می تواند با سرعت های بالاتر نیز پرینت شود.

در زمینه نویز و بو، PLA برتری چشمگیری دارد. پرینت با PLA تقریباً بدون بو است و بخارات مضری تولید نمی کند، که آن را برای محیط های خانگی و آموزشی مناسب می سازد. در مقابل، ABS بوی قوی و تندی دارد و بخارات سمی آزاد می کند که نیاز به تهویه قوی و کارآمد دارد. این نکته برای سلامتی کاربر بسیار حائز اهمیت است و باید جدی گرفته شود.

۳.۲. خواص مکانیکی: استحکام، دوام و انعطاف پذیری

در بحث استحکام کششی و فشاری، هر دو ماده عملکرد خوبی دارند، اما ABS معمولاً در برابر نیروهای کششی و فشاری بالاتر، مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد. استحکام خمشی و مقاومت به ضربه از نقاط قوت اصلی ABS است. این ماده به دلیل دارا بودن بوتادین (یک جزء لاستیکی)، می تواند انرژی ضربه را جذب کرده و قبل از شکست، تغییر شکل دهد، که آن را برای قطعات عملکردی و مهندسی مناسب تر می کند. در مقابل، PLA در برابر ضربه شکننده تر است.

چقرمگی و انعطاف پذیری نیز از عوامل مهمی هستند. ABS چقرمه تر است و دارای ازدیاد طول در نقطه شکست بالاتری نسبت به PLA است (حدود ۲۰ درصد در مقابل ۱۵ درصد). این به این معنی است که قطعات ABS کمتر شکننده هستند و می توانند بدون شکست، کمی خم شوند یا کشیده شوند. این خاصیت، ABS را برای ساخت قطعاتی که نیاز به مقاومت در برابر سایش و خستگی دارند، ارجح می سازد. مقاومت در برابر خزش (Creep Resistance) که به توانایی ماده در حفظ شکل تحت بار ثابت در طول زمان اشاره دارد، در ABS به دلیل ساختار مولکولی پایدارتر، بهتر از PLA است. همچنین، ABS به دلیل انقباض کمتر پس از پرینت (با رعایت شرایط مناسب)، پایداری ابعادی بهتری از خود نشان می دهد.

۳.۳. مقاومت حرارتی و شیمیایی

تفاوت در دمای انتقال شیشه (Tg)، که دمایی است که پلیمر از حالت سخت و شیشه ای به حالت نرم و لاستیکی تغییر می کند، مهم ترین عامل در مقاومت حرارتی این دو ماده است. Tg برای PLA حدود ۶۰ درجه سانتی گراد و برای ABS حدود ۱۰۵ درجه سانتی گراد است. این بدان معناست که قطعات ABS می توانند در محیط های با دمای بالا به خوبی دوام بیاورند، در حالی که قطعات PLA در دماهای بالای ۶۰ درجه سانتی گراد به سرعت تغییر شکل می دهند.

در زمینه مقاومت شیمیایی، ABS مقاومت بهتری در برابر برخی حلال ها و مواد شیمیایی دارد. یکی از این حلال ها استون است که می تواند برای پس پرداخت سطح ABS استفاده شود. در مقابل، PLA مقاومت کمتری در برابر بسیاری از حلال های آلی از خود نشان می دهد.

۳.۴. زیبایی شناسی و عملیات پس پرداخت (Post-processing)

از نظر ظاهر سطح، PLA معمولاً قطعاتی با ظاهری براق و صاف تولید می کند، در حالی که ABS دارای سطح مات تری است. هر دو فیلامنت قابلیت سنباده زنی و رنگ آمیزی را دارند، اما سنباده زنی قطعات ABS کمی آسان تر است. همانطور که پیشتر گفته شد، مهم ترین تفاوت در پس پرداخت، امکان صاف کردن سطح ABS با بخار استون است. این فرآیند می تواند خطوط لایه های پرینت را به طور کامل از بین ببرد و ظاهری یکدست و بسیار حرفه ای به قطعه بدهد. این عملیات نیازمند رعایت نکات ایمنی مانند تهویه مناسب است. برای PLA، چنین روش پس پرداخت شیمیایی مؤثری وجود ندارد. در زمینه چسباندن و اتصال قطعات، هر دو ماده به خوبی با چسب های مناسب قابلیت اتصال دارند.

۳.۵. ملاحظات زیست محیطی و سلامتی

زیست تخریب پذیری PLA یک مزیت زیست محیطی مهم است. PLA تحت شرایط خاص صنعتی (کمپوستینگ صنعتی) می تواند به طور کامل تجزیه شود، اگرچه در محیط های طبیعی این فرآیند بسیار کندتر است. این ویژگی آن را به یک پلاستیک زیستی با پتانسیل بالا تبدیل کرده است. در مقابل، ABS زیست تخریب ناپذیر است، اما قابلیت بازیافت دارد و می تواند در فرآیندهای بازیافت پلاستیک دوباره مورد استفاده قرار گیرد.

همانطور که گفته شد، بخارات و بوی پرینت ABS نگرانی های سلامتی ایجاد می کند و تهویه مناسب در محیط کار با ABS ضروری است. بخارات ABS می تواند حاوی ذرات بسیار ریز (UFPs) و ترکیبات آلی فرار (VOCs) باشد که برای سیستم تنفسی مضر هستند. PLA از این نظر ایمن تر است و بخارات خطرناکی تولید نمی کند. در مورد تماس با مواد غذایی، PLA به طور کلی ایمن تر تلقی می شود، اما برای کاربردهای مستقیم با مواد غذایی، توصیه می شود از فیلامنت هایی استفاده شود که دارای گواهینامه های مخصوص مواد غذایی باشند، زیرا سطح متخلخل قطعات پرینت سه بعدی می تواند محل تجمع باکتری ها باشد.

۳.۶. هزینه و دسترسی

از نظر هزینه، قیمت فیلامنت های PLA و ABS در بازار بسیار متغیر است و به برند، کیفیت، رنگ و ویژگی های خاص فیلامنت بستگی دارد. به طور کلی، ABS ممکن است کمی ارزان تر باشد، زیرا تولید آن در مقیاس وسیع تر برای کاربردهای صنعتی صورت می گیرد. با این حال، تنوع در PLA به دلیل محبوبیت بیشتر آن در بازار مصرف کنندگان، معمولاً بیشتر است و ترکیبات خاص تر و رنگ های متنوع تری برای آن وجود دارد.

۴. چه زمانی PLA بهترین انتخاب است؟

PLA برای طیف وسیعی از پروژه ها که در آن ها سهولت پرینت و جزئیات ظاهری اهمیت دارد، گزینه ای عالی است. این فیلامنت بهترین انتخاب برای مبتدیان در دنیای پرینت سه بعدی است که به دنبال یک تجربه کاربری آسان و بدون دردسر هستند. همچنین، برای ساخت مدل های نمایشی، اسباب بازی ها، مجسمه ها، و ماکت هایی که نیازی به تحمل دماهای بالا یا تنش های مکانیکی شدید ندارند، PLA عملکرد بی نظیری ارائه می دهد. اگر به دنبال تولید قطعات با جزئیات دقیق و سطح صاف و براق هستید و ملاحظات زیست محیطی برای شما اهمیت دارد، PLA گزینه برتر خواهد بود. به عنوان مثال، در طراحی نمونه های اولیه غیرعملکردی یا ساخت وسایل تزئینی خانگی، PLA انتخاب منطقی و کارآمدی محسوب می شود.

۵. چه زمانی ABS بهترین انتخاب است؟

ABS بهترین انتخاب برای پروژه هایی است که در آن ها استحکام مکانیکی، دوام و مقاومت حرارتی بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این فیلامنت برای ساخت قطعات عملکردی و مهندسی که در معرض ضربه، تنش مکانیکی یا دماهای بالا قرار می گیرند، بسیار مناسب است. به عنوان مثال، اگر قصد ساخت محفظه های الکترونیکی، ابزارآلات، قطعات یدکی خودرو یا پروتوتایپ های عملکردی را دارید که باید در محیط های خشن دوام بیاورند، ABS گزینه ایده آلی است. همچنین، اگر نیاز به پس پرداخت سطح با حلال (مانند استون) برای دستیابی به ظاهری بسیار صاف و حرفه ای دارید، ABS امکانات بیشتری را فراهم می کند. با وجود چالش های پرینت، توانایی های منحصربه فرد ABS آن را برای کاربردهای صنعتی و نیمه صنعتی به گزینه ای بی بدیل تبدیل کرده است. تیم ماداتکنولوژی با ارائه خدمات پرینت سه بعدی با استفاده از فیلامنت های با کیفیت، به شما کمک می کند تا بهترین ماده را برای نیازهای خاص پروژه خود انتخاب کرده و به نتیجه دلخواه دست یابید.