PLA材料与ABS材料的主要区别

3D打印包含多种技术，但在消费者层面最流行的是熔融沉积成型(FDM)。细丝可以由不同的材料制成，但通常是热塑性塑料，因为它们很容易熔化和重新凝固。

在众多不同类型的长丝中，最受欢迎的是聚乳酸(PLA)，它以易于使用和价格低廉而闻名。但还有其他常见材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，这是一种广泛用于注塑消费品的材料。

PLA和ABS是用于FDM 3D打印的两种最流行的线材。虽然它们都是热塑性塑料并且看起来相似，但它们有很多不同之处。在本文中，我们将从几个不同点比较这两种材料，包括材料特性、打印和价格。

一、材料特性

首先我们来看看PLA和ABS的材料特性。我们将研究它们的强度、耐用性、耐高温性、后加工性、透水性和可回收性。

极限拉伸强度

极限抗拉强度(UTS)是材料在断裂前被拉伸或拉动时可以承受的最大应力。它是使用拉力试验机测量的，该试验机对测试样本施加拉力，直到其断裂。

根据现成的材料数据表和其他测试，对于使用相同设置打印的相同负载样本，PLA的极限拉伸强度高于ABS。也就是说，还应该考虑到PLA的密度(~1.25 g/cm 3)比ABS(~1.04 g/cm 3)高约20%。这使得它们的UTS与重量比非常相似，尽管PLA仍然略有优势。

各层之间的粘合程度会影响材料的最终拉伸强度。两者之间，ABS对层粘合问题的敏感度高于PLA。如果打印不正确（即流量不足且环境温度低），ABS的层粘合性会降低，从而降低部件的强度，尤其是在跨层加载时。但是，在环境温度较高的封闭式打印机上打印ABS时，这不会成为问题，因为这会产生出色的层粘合性。

冲击强度

冲击强度，也称为抗冲击性，是材料承受冲击载荷的能力-即材料吸收突然或强烈的力或冲击而不破裂的能力。常见的测试方法包括Izod冲击试验和Charpy缺口冲击试验，后者使用摆锤撞击缺口样品并测量断裂过程中吸收的能量。您甚至可以制作DIY冲击测试装置，例如My Tech Fun使用的装置。

在抗冲击强度方面，ABS比PLA具有很大的优势。这并不奇怪，因为ABS以其极高的抗冲击强度而闻名，尤其是在低成本聚合物中。PLA更硬，更脆。

耐用性

描述一种材料时，耐久性是指在设计的操作条件下能够持续很长时间而不会出现明显劣化的能力。这里我们只讨论抗紫外线和耐化学性。

抗紫外线

虽然ABS比PLA更耐紫外线，但这两种材料在紫外线照射下都会降解。您可以选择丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA)，它是ABS的衍生物，具有更好的抗紫外线和耐候性。它还保持了ABS的优异机械性能和耐高温性，但比这两种长丝都贵。

耐化学性

在耐化学性方面，PLA比ABS更容易受到各种酸和醇（以及不同浓度）的化学降解。Prusa Research开发了一个汇总表，其中在实验室条件下测试了不同的细丝。您会发现在大多数情况下，ABS的评级高于PLA。

耐温性

耐高温性是许多应用需要考虑的一个重要方面，包括机器零件以及主要在户外使用的零件。当零件长时间暴露在高应力水平下时，可以观察到逐渐的机械变形。这种现象被称为“蠕变”，温度是材料蠕变的主要驱动因素。

ISO75测试标准列出了热变形温度，即材料在0.45MPa和1.8MPa的小负载下瞬间变形0.25mm的温度。在这些温度下，零件的机械性能会急剧下降，不适合机械使用。

在这方面，ABS比PLA有很大优势。PLA的热变形温度约为60°C，而ABS可达到约100°C。但请注意，在这些温度下您无法安全地以任何功能方式使用零件，尤其是在负载下。

安全工作温度（材料蠕变为零或极小）远低于热变形温度。例如，当封闭的Vorons中的ABS部件长时间暴露在70°C以上的温度下时，可以观察到明显的蠕变。

对于PLA部件，长时间暴露在35°C以上的温度下会产生问题。PLA非常不耐热。由于其高蠕变性和极低的耐低温性，该材料不适合用于任何功能部件。

吸湿性

PLA和ABS都具有较强的吸湿性，容易吸收空气中的水分。这些水分会使材料本身变质，导致打印过程中出现过多的拉丝、气泡和层粘合不良。这会导致打印质量和强度较差。ABS的吸湿性通常比PLA更强。

无论如何，建议您将两种材料存放在非潮湿的环境中，并在打印之前将其干燥（PLA约55°C，ABS约75°C）。

食品安全

纯PLA和纯ABS均无毒且食品安全。它们在涉及食品加工和应用的应用中得到广泛使用和认可。例如，PLA通常用于环保餐具，而ABS则用于食品容器和饼干切具等工具。然而，这些应用的产品通常使用纯原生颗粒注塑而成。

3D打印线材含有添加剂，可大幅改善材料性能和打印体验，例如，在不使腔体温度过高的情况下减少翘曲。大多数情况下，这些添加剂会使线材不适合用于食品。尽管如此，一些制造商确实提供符合食品级标准的线材。

除了耗材，还有与食品安全相关的重要硬件考虑因素。打印机与耗材接触的部件可能不安全。例如，挤出机齿轮、热端路径和喷嘴可能不是由食品级钢制成的。它们可能接触过非食品安全耗材或润滑剂。黄铜喷嘴也会磨损，在打印部件中留下一些黄铜残留物。

FDM部件的各层之间也可能存在小空隙，细菌可以在其中生长和生存。如果没有适当的后处理，这些部件就不安全。

因此，不建议将FDM打印的PLA或ABS零件用于食品应用，除非您已考虑并采取措施防止任何形式的污染。

可回收性

从回收角度来看，PETG和ABS都是可回收的。但是，它们都属于树脂识别码#7（“其他”），这意味着它们都不能通过常规收集进行回收。易于回收的材料从#1到#6，它们是街头收集回收计划中通常包含的塑料类型。

大多数情况下，第7类聚合物回收无利可图或不切实际，因此它们会被丢弃。不过，也有回收3D打印件的服务，包括PLA和ABS材料。

我们还可以考虑生物降解性。PLA可生物降解且可堆肥，因为它是由玉米等材料制成的。但是，它需要非常特殊的条件才能完全生物降解，在非工业堆肥条件下需要数年或数十年才能基本分解。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，它们的打印特性也有很大不同。让我们看看如何打印这两种材料！

温度

温度是打印这两种材料时需要考虑的重要参数。

热端

ABS的打印温度约为230-270°C，比PLA高得多，而PLA的打印温度仅为190-230°C。与大多数丝材类似，最好倾向于此范围的较高端，以获得更好的最大体积流速和层粘附性。但是，请注意不要大大超过此范围，因为过高的温度可能会导致过度拉丝、热蠕变或悬垂性差。一如既往，请记住参考制造商的建议！

尽管您可以使用PTFE衬里的热端轻松打印PLA，但为了多功能性和可靠性，我们仍建议使用全金属热端打印这两种材料。使用全金属热端，您可以在同一台打印机上打印多种材料，而且不需要定期更换PTFE管。

加热床

较高的加热床温度对于打印ABS部件至关重要。它不仅可以实现良好的第一层粘合（以减少翘曲），还有助于预热被动加热外壳（我们将在下文讨论）。温度应在90到120°C之间，但经验丰富的用户倾向于将温度设置为110°C，以延长常用磁性构建板磁铁的使用寿命。

PLA的床温范围在50到60°C之间。甚至可以在不使用加热床的情况下或在低于50°C的温度下打印PLA，但这取决于更多因素，例如床面类型以及是否使用粘合剂。然而，这可能会导致翘曲和其他问题，因此仍然建议将床温保持在50到60°C之间。

外壳

PLA部件不需要也不建议使用外壳。对于初学者来说，这种首选材料比ABS更容易打印。它能很好地粘在干净的构建板上，床温在建议的50-60°C范围内时很少会翘曲。PLA还具有很好的层粘合性，并且即使没有外壳，收缩率也可以忽略不计。因此，不需要外壳。

但是，如果您选择使用封闭式打印机进行打印，请确保腔内温度不超过40°C。鉴于PLA的软化温度非常低，较高的封闭温度可能会导致热蠕变和打印失败。

对于ABS来说，外壳对于坚固无瑕疵的ABS部件至关重要。这种材料因热收缩而容易弯曲和分层，这一点臭名昭著。

外壳将打印件保持在温暖的温度下，从而减小热梯度。这样可以防止部件冷却过快，从而缓解翘曲和分层问题。它还可以减少温度波动和气流，这些都会损害材料的打印性能和打印部件的强度。

高温外壳或主动加热室最适合用于高强度ABS部件。高环境温度可使各层更好地粘合并释放内部应力，从而显著提高部件的强度。因此，建议将室温度设置为超过65°C以打印高强度ABS部件。更高的温度（80-90°C）有利于提高强度，但也需要更多的冷却。

冷却

对于PLA部件，高冷却对于防止缺陷、过热以及良好的桥接和悬垂非常重要。即使在相对较高的冷却设置下，PLA也能实现坚固的部件和良好的层粘合性。因此，您应该将PLA打印的冷却设置为较高的水平。

ABS的冷却更为复杂；它取决于打印时的腔体温度。虽然冷却可以改善悬垂和桥接性能，但过度冷却或过快冷却ABS会导致层粘合不良以及翘曲和分层增加。不过，对于高腔体温度来说，这不是问题。

请记住，室内温度越高，冷却效果就越好。如果您的封闭空间温度相对较低，采用被动加热，冷却设置也应处于低端。

三、后期处理

一般而言，ABS比PLA具有更多的后加工选项。用户尤其喜欢其可用丙酮进行蒸汽平滑处理的能力，这样可以制造出表面非常光滑、有光泽的部件，类似于注塑件或机加工件。

此外，你可以使用有效的溶剂（如丙酮或ABS胶水衍生物）相对轻松地修改或粘合ABS部件。对于大型部件或建模，这尤其有用。

PLA更难用溶剂溶解，只能使用特殊化学品来使其光滑。不过，ABS和PLA都可以通过打磨、钻孔、攻丝等方式轻松进行后处理，并且易于上漆。

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