PLA與ABS：主要區別

魔猴君  知識堂   45天前

3D打印包含多種技術，但在消費者層面最流行的是熔融沉積成型(FDM)。細絲可以由不同的材料制成，但通常是熱塑性塑料，因為它們很容易熔化和重新凝固。

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

一、材料特性

Polymaker的鉤子比賽測試極限抗拉強度（來源：Polymaker via YouTube）

首先我們來看看PLA和ABS的材料特性。我們將研究它們的強度、耐用性、耐高溫性、后加工性、透水性和可回收性。

極限拉伸強度

極限抗拉強度(UTS)是材料在斷裂前被拉伸或拉動時可以承受的最大應力。它是使用拉力試驗機測量的，該試驗機對測試樣本施加拉力，直到其斷裂。

根據現成的材料數據表和其他測試，對于使用相同設置打印的相同負載樣本，PLA的極限拉伸強度高于ABS。也就是說，還應該考慮到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仍然略有優勢。

各層之間的粘合程度會影響材料的最終拉伸強度。兩者之間，ABS對層粘合問題的敏感度高于PLA。如果打印不正確（即流量不足且環境溫度低），ABS的層粘合性會降低，從而降低部件的強度，尤其是在跨層加載時。但是，在環境溫度較高的封閉式打印機上打印ABS時，這不會成為問題，因為這會產生出色的層粘合性。

沖擊強度

DIY沖擊試驗臺（來源：YouTube上的My Tech Fun）

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

在抗沖擊強度方面，ABS比PLA具有很大的優勢。這并不奇怪，因為ABS以其極高的抗沖擊強度而聞名，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，耐久性是指在設計的操作條件下能夠持續很長時間而不會出現明顯劣化的能力。這里我們只討論抗紫外線和耐化學性。

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的優異機械性能和耐高溫性，但比這兩種長絲都貴。

耐化學性

在耐化學性方面，PLA比ABS更容易受到各種酸和醇（以及不同濃度）的化學降解。Prusa Research開發了一個匯總表，其中在實驗室條件下測試了不同的細絲。您會發現在大多數情況下，ABS的評級高于PLA。

耐溫性

PLA在低溫下會劇烈蠕變?。▉碓矗簉ob64 via Reddit）

耐高溫性是許多應用需要考慮的一個重要方面，包括機器零件以及主要在戶外使用的零件。當零件長時間暴露在高應力水平下時，可以觀察到逐漸的機械變形。這種現象被稱為“蠕變”，溫度是材料蠕變的主要驅動因素。

ISO75測試標準列出了熱變形溫度，即材料在0.45MPa和1.8MPa的小負載下瞬間變形0.25mm的溫度。在這些溫度下，零件的機械性能會急劇下降，不適合機械使用。

在這方面，ABS比PLA有很大優勢。PLA的熱變形溫度約為60°C，而ABS可達到約100°C。但請注意，在這些溫度下您無法安全地以任何功能方式使用零件，尤其是在負載下。

安全工作溫度（材料蠕變為零或極?。┻h低于熱變形溫度。例如，當封閉的Vorons中的ABS部件長時間暴露在70°C以上的溫度下時，可以觀察到明顯的蠕變。

對于PLA部件，長時間暴露在35°C以上的溫度下會產生問題。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都具有較強的吸濕性，容易吸收空氣中的水分。這些水分會使材料本身變質，導致打印過程中出現過多的拉絲、氣泡和層粘合不良。這會導致打印質量和強度較差。ABS的吸濕性通常比PLA更強。

無論如何，建議您將兩種材料存放在非潮濕的環境中，并在打印之前將其干燥（PLA約55°C，ABS約75°C）。

食品安全

雖然你可以3D打印巧克力，但這并不意味著FDM打印模型是食品安全的！（來源：Cocoa Press）

純PLA和純ABS均無毒且食品安全。它們在涉及食品加工和應用的應用中得到廣泛使用和認可。例如，PLA通常用于環保餐具，而ABS則用于食品容器和餅干切具等工具。然而，這些應用的產品通常使用純原生顆粒注塑而成。

3D打印線材含有添加劑，可大幅改善材料性能和打印體驗，例如，在不使腔體溫度過高的情況下減少翹曲。大多數情況下，這些添加劑會使線材不適合用于食品。盡管如此，一些制造商確實提供符合食品級標準的線材。

除了耗材，還有與食品安全相關的重要硬件考慮因素。打印機與耗材接觸的部件可能不安全。例如，擠出機齒輪、熱端路徑和噴嘴可能不是由食品級鋼制成的。它們可能接觸過非食品安全耗材或潤滑劑。黃銅噴嘴也會磨損，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，細菌可以在其中生長和生存。如果沒有適當的后處理，這些部件就不安全。

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

PLA在工業堆肥條件下確實能有效生物降解（來源：G.Kale等人通過ResearchGate提供）

從回收角度來看，PETG和ABS都是可回收的。但是，它們都屬于樹脂識別碼#7（“其他”），這意味著它們都不能通過常規收集進行回收。易于回收的材料從#1到#6，它們是街頭收集回收計劃中通常包含的塑料類型。

大多數情況下，第7類聚合物回收無利可圖或不切實際，因此它們會被丟棄。不過，也有回收3D打印件的服務，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，因為它是由玉米等材料制成的。但是，它需要非常特殊的條件才能完全生物降解，在非工業堆肥條件下需要數年或數十年才能基本分解。ABS源自石油，不可生物降解。

二、3D打印

強烈建議為ABS使用密封良好的外殼（來源：Rotorhead8 via Reddit）

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需要考慮的重要參數。

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，請注意不要大大超過此范圍，因為過高的溫度可能會導致過度拉絲、熱蠕變或懸垂性差。一如既往，請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，我們仍建議使用全金屬熱端打印這兩種材料。使用全金屬熱端，您可以在同一臺打印機上打印多種材料，而且不需要定期更換PTFE管。

加熱床

較高的加熱床溫度對于打印ABS部件至關重要。它不僅可以實現良好的第一層粘合（以減少翹曲），還有助于預熱被動加熱外殼（我們將在下文討論）。溫度應在90到120°C之間，但經驗豐富的用戶傾向于將溫度設置為110°C，以延長常用磁性構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，這可能會導致翹曲和其他問題，因此仍然建議將床溫保持在50到60°C之間。

外殼

腔體或床層溫度不足可能會導致ABS變形（來源：bountybobstrikesback via Reddit）

PLA部件不需要也不建議使用外殼。對于初學者來說，這種首選材料比ABS更容易打印。它能很好地粘在干凈的構建板上，床溫在建議的50-60°C范圍內時很少會翹曲。PLA還具有很好的層粘合性，并且即使沒有外殼，收縮率也可以忽略不計。因此，不需要外殼。

但是，如果您選擇使用封閉式打印機進行打印，請確保腔內溫度不超過40°C。鑒于PLA的軟化溫度非常低，較高的封閉溫度可能會導致熱蠕變和打印失敗。

對于ABS來說，外殼對于堅固無瑕疵的ABS部件至關重要。這種材料因熱收縮而容易彎曲和分層，這一點臭名昭著。

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快，從而緩解翹曲和分層問題。它還可以減少溫度波動和氣流，這些都會損害材料的打印性能和打印部件的強度。

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

冷卻

你會希望PLA具有更好的冷卻效果（來源：Gedeon Ang via All3DP）

對于PLA部件，高冷卻對于防止缺陷、過熱以及良好的橋接和懸垂非常重要。即使在相對較高的冷卻設置下，PLA也能實現堅固的部件和良好的層粘合性。因此，您應該將PLA打印的冷卻設置為較高的水平。

ABS的冷卻更為復雜；它取決于打印時的腔體溫度。雖然冷卻可以改善懸垂和橋接性能，但過度冷卻或過快冷卻ABS會導致層粘合不良以及翹曲和分層增加。不過，對于高腔體溫度來說，這不是問題。

請記住，室內溫度越高，冷卻效果就越好。如果您的封閉空間溫度相對較低，采用被動加熱，冷卻設置也應處于低端。

三、后期處理

PLA仍可打磨出完美效果?。▉碓矗篟eddit上的AxeCatAwesome）

一般而言，ABS比PLA具有更多的后加工選項。用戶尤其喜歡其可用丙酮進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）相對輕松地修改或粘合ABS部件。對于大型部件或建模，這尤其有用。

PLA更難用溶劑溶解，只能使用特殊化學品來使其光滑。不過，ABS和PLA都可以通過打磨、鉆孔、攻絲等方式輕松進行后處理，并且易于上漆。

來源：ALL3DP