Czym jest ABS
ABS, czyli akrylonitryl-butadien-styren, to terpolimer złożony z trzech monomerów. Ich proporcje mogą się różnić: akrylonitryl stanowi zwykle od 15 do 35%, butadien od 5 do 30%, a styren od 40 do 60%. Za udarność i ciągliwość, także w niskiej temperaturze, odpowiada składnik butadienowy. ABS jest tworzywem amorficznym, więc nie ma wyraźnej temperatury topnienia, a jego temperatura zeszklenia wynosi około 105 °C.
W przemyśle ABS jest wszechobecny: od 1963 roku produkuje się z niego klocki LEGO, a także obudowy urządzeń elektronicznych i AGD, walizki i elementy wykończenia samochodów. W druku FDM przez lata był jednym z dwóch podstawowych filamentów, obok PLA. Szerszy przegląd tworzyw znajdziesz w artykule o rodzajach filamentów do druku 3D.
Właściwości: udarność, odporność cieplna i aceton
Największą zaletą ABS jest udarność i ciągliwość: dzięki kauczukowi butadienowemu tworzywo nie traci gwałtownie odporności na uderzenia, gdy robi się zimno. Według Wikipedii ABS ma moduł Younga około 2,3 GPa i wytrzymałość na rozciąganie około 43 MPa dla litego materiału. Wydruk ma zwykle niższe wartości: karta Ultimaker ABS podaje dla próbek drukowanych granicę plastyczności około 39 MPa, bo warstwy łączą się słabiej niż materiał w ścieżce.
Odporność cieplną opisuje kilka wskaźników i warto je rozróżniać. Według Wikipedii temperatura ugięcia pod obciążeniem HDT wynosi dla typowego ABS około 81 °C przy 1,8 MPa, a temperatura mięknienia Vicata według karty Ultimaker ABS około 97 °C. Wikipedia podaje praktyczny zakres pracy od −20 do 80 °C, a karta Ultimaker ABS nie zaleca tego filamentu do części pracujących powyżej 85 °C. To wyraźnie więcej niż PLA, które mięknie od około 60 °C, ale wciąż za mało do komory silnika.
ABS rozpuszcza się w ketonach, w tym w acetonie. W druku 3D wykorzystuje się to na dwa sposoby: pary acetonu wygładzają powierzchnię wydruku na połysk, a aceton działa jak klej przy łączeniu części. Przed wygładzaniem wydruk można dodatkowo przeszlifować na sucho lub na mokro. To jedna z niewielu metod, która w prosty sposób usuwa widoczne linie warstw.
Wady ABS: skurcz, paczenie, opary i UV
Baza wiedzy Prusa zaleca dla ABS dyszę około 255 °C i stół 80–110 °C, wyższy przy większych częściach. Po ostygnięciu wydruk kurczy się o około 1–2%, a różnica temperatur między świeżą warstwą a otoczeniem powoduje naprężenia. Efektem jest paczenie: unoszące się narożniki, odklejanie od stołu i pęknięcia między warstwami w wysokich częściach. Dlatego ABS drukuje się w zamkniętej komorze, która utrzymuje ciepłe powietrze wokół wydruku, a bez niej stosuje się co najwyżej osłony przed przeciągiem.
Podczas druku ABS wydziela opary, w tym styren, które mogą być szkodliwe, oraz cząstki ultradrobne. Wymaga to dobrze wentylowanego pomieszczenia lub filtracji, ale bez przeciągu skierowanego na wydruk. Druga słabość to promieniowanie UV: pod wpływem słońca ABS ulega fotoutlenianiu, żółknie i kruszeje. Części z ABS pozostawione na zewnątrz tracą z czasem wytrzymałość.
ABS czy ASA: dlaczego usługi wybierają ASA
ASA (akrylonitryl-styren-akrylan) jest następcą ABS, w którym składnik butadienowy zastąpiono akrylanowym. Według bazy wiedzy Prusa ASA jest bardziej odporne na UV, mniej się paczy i mniej intensywnie pachnie przy druku. Odporność temperaturową Prusament ASA producent podaje na poziomie do 93 °C. ASA również daje się kleić i wygładzać parami acetonu i, podobnie jak ABS, ma wysoką udarność i odporność na ścieranie.
W praktyce oznacza to, że ASA robi prawie wszystko to, co ABS, a do tego nadaje się na zewnątrz. Mniejsze paczenie przekłada się na mniej nieudanych wydruków, co dla usługi druku jest równie ważne jak właściwości materiału. Dlatego Fabrix3D ma w ofercie ASA, a nie ABS. Jeśli Twój projekt zakłada ABS, ASA jest najbliższym zamiennikiem: podobnie znosi ciepło i uderzenia, a dodatkowo słońce.
ABS na tle PETG i poliwęglanu
PETG jest znacznie łatwiejszy w druku: ma bardzo małą rozszerzalność cieplną, więc prawie się nie paczy, i dobrze znosi wodę oraz wilgoć. Jest ciągliwy i giętki, więc rzadko pęka, a według Prusa nadaje się do części używanych wewnątrz i do większości zastosowań zewnętrznych, o ile temperatura nie przekracza około 80 °C. Nie da się go jednak wygładzić acetonem: rozpuszczenie PETG wymaga niebezpiecznych chemikaliów i warunków laboratoryjnych. Do typowych uchwytów, obudów i części używanych w pomieszczeniach PETG zwykle wystarcza, a kiedy przejść na ASA, opisuje poradnik PETG czy ASA.
Poliwęglan (PC) jest z kolei o klasę wyżej pod względem ciepła i udarności: ma temperaturę zeszklenia około 147 °C, HDT około 140 °C przy 0,45 MPa i bardzo wysoką udarność, dzięki której daje się zginać bez pękania. Wymaga jednak wyższej temperatury druku, chłonie wilgoć, paczy się i nie jest odporny na aceton. To materiał na zupełnie inne zastosowania, opisane w artykule o poliwęglanie i materiałach wysokotemperaturowych.
| Cecha | ABS | ASA | PETG | PC |
|---|---|---|---|---|
| Udarność | dobra | dobra | dobra | bardzo wysoka |
| Odporność cieplna | praca do ok. 80–85 °C | do ok. 93 °C (Prusament ASA) | wnętrza i większość zastosowań zewnętrznych poniżej ok. 80 °C (Prusa) | HDT ok. 140 °C (0,45 MPa) |
| Paczenie i skurcz | duże, skurcz ok. 1–2% | mniejsze niż ABS | małe | duże |
| Obróbka powierzchni | pary acetonu, szlifowanie | pary acetonu, szlifowanie | szlifowanie na sucho i na mokro | nie znosi acetonu |
Co mówi karta techniczna ABS
Karty techniczne filamentów ABS warto czytać nie tylko pod kątem liczb, ale też sekcji z zastosowaniami i ograniczeniami. Karta Ultimaker ABS wymienia jako typowe zastosowania prototypy wizualne i funkcjonalne oraz krótkie serie produkcyjne. Jako niewłaściwe podaje kontakt z żywnością i zastosowania medyczne wewnątrz organizmu, długotrwałą ekspozycję na UV oraz części pracujące w temperaturze powyżej 85 °C. To dobre streszczenie tego, gdzie ABS się sprawdza, a gdzie lepiej szukać innego tworzywa.
Druga rzecz to warunki badania. Ta sama karta podaje osobno właściwości próbek wtryskiwanych i drukowanych, a wartości dla wydruku są niższe: na przykład moduł sprężystości wynosi około 1,7 GPa zamiast około 2 GPa. Temperatura ugięcia HDT zależy od obciążenia, przy którym ją zmierzono, więc wartości przy 0,45 MPa i przy 1,8 MPa nie są porównywalne. Jak czytać takie dokumenty krok po kroku, wyjaśnia poradnik jak czytać kartę techniczną filamentu, a różnice w odporności cieplnej popularnych tworzyw zestawia artykuł o odporności temperaturowej materiałów.
Zastosowania ABS i jego zamienników
- Obudowy elektroniki i urządzeń, gdzie liczy się udarność i odporność na ciepło z podzespołów.
- Części wewnętrzne samochodów: osłony, maskownice, uchwyty, które nagrzewają się bardziej, niż zniesie PLA. Na elementy zewnętrzne lepiej wybrać ASA.
- Prototypy do wygładzania acetonem, kiedy model ma mieć gładką, błyszczącą powierzchnię bez linii warstw.
- Części techniczne o umiarkowanym obciążeniu cieplnym i mechanicznym, na przykład osłony, pokrętła i elementy montażowe.
W każdym z tych zastosowań warto sprawdzić, czy ASA nie spełni wymagań równie dobrze. Przy obudowach zewnętrznych będzie lepsze, przy prototypach do wygładzania podobne. Jeśli przygotowujesz prototyp obudowy i nie masz pewności, który materiał wybrać, opisz warunki pracy w uwagach technicznych do modelu.