مقارنة وشرح أسلاك الطّباعة الثّلاثية الأبعاد: PLA مقابل ABS

تستطيع الطّابعات العاملة بتقنية FDM معالجة نوعين من الخامات: PLA وABS. تتكوّن هاتين المادتين بشكل رئيسي من البلاستيك المتلدّن بالحرارة. مما يعني أنّها تصبح ليّنة عند تسخينها -وبهذا يمكنك تشكيلها أثناء تعريضها للحرارة، حيث تحافظ على شكلها (الجديد) بعد أن تبرد. تتوفر كلتا المادتين بشكل أسلاك يمكنك تغذيتها عبر الطّابعة العاملة بتقنية الـ FDM. كما تتشابه عملية الطّباعة لكلٍّ من هاتين المادتين إلى حدٍ كبير.

تُصنع مكعبات ليجو التّركيبية من مادة ABS (ملكية الصّورة: ويكيبيديا)

رغم هذا، تختلف هاتين المادتين من عدّة نواح. حيث تستخدم بعض طّابعات الـ FDM أسلاك PLA حصراً بينما يمكن لطابعات أخرى معالجة كلتا الخامتين.

يقدم هذا الدّليل شرحاً لكلٍ مما يلي:

• الاختلافات الرّئيسية بين كلٍّ منهما
• مزايا ومساوئ كلٍّ منهما
• وأخيراً، مجالات التّطبيق لكل مادة

شرح موجز لمادتي PLA وABS

متعدد حمض اللّاكتيك (PLA) هو بوليمر حيويّ، أي بلاستيك قابل للتحلل حيوياً. يتم تصنيع الـ PLA من المواد الخام المتجددة مثل نشاء الذّرة وقصب السّكر. وبعيداً عن الطّباعة الثّلاثية الأبعاد، تُستخدم هذه المادة إجمالاً في التّعليب، التّغليف، الأكواب البلاستيكية، وزجاجات الماء البلاستيكية. وتعتبرأكثر صداقة للبيئة من مادة ABS، فهي في النّهاية مصنّعة من النّباتات.
يعتبر البترول المادة الخام الأساسية المكوّنة لمادة الأكريلونيتريل- بوتادين- ستيرين (ABS) البلاستيكية. وهي من المواد القاسية الممتصة للصدمات والتي يمكن استخدامها لبناء مجسمات بلاستيكية قوية صالحة للاستخدام اليومي، مثل أجزاء السّيارات، قطع التّجهيزات الكهربائية أو حتّى مكونات مكعبات ليجو التّركيبية الشّهيرة.

مقارنة الخصائص الأساسية
PLA مقابل ABS: الخصائص الحرارية

يوضح الشكل في الأسفل الخصائص الحرارية لكل مادة؛ PLA مقابل ABS:

PLA مقابل ABS: مقارنة الخصائص الحرارية لكلٍّ منهما

ماذا تعني كل من المصطلحات التّقنية المستخدمة في الشّكل أعلاه؟
• مؤشر حجم الانصهار (أو مؤشر تدفُّق المصهور) يقيس سهولة تدفُّق ذوبان البوليمر. يتّم قياس مقدار الذّوبان عبر كمية المادة المتدفّقة خلال عشر دقائق عبر أنبوب شعري يتمتع بطول وقطر محددين.
• درجة حرارة التّحول الزّجاجي (أو نقطة الزّجاج) هي النّقطة التي تتحول عندها المادة الصّلبة والهشّة (الزّجاجية) إلى الحالة المنصهرة أو إلى حالة شبيهة بالمطاط وذلك عند زيادة درجات الحرارة. تكتسب هذه القيمة أهميتها عند طباعة أشياء تحتاجها في صب المياه والأشربة السّاخنة: فعند طباعة كوب للقهوة باستخدام PLA، يهبط قاع الكوب ويرتخي عند ملئه بقهوة ساخنة تزيد حرارتها عن ٦٠ درجة مئوية. كما أنّ مادة ABSS لا تعتبر فكرة جيدة أيضاً، كي تعرف السّبب يمكنك الاطّلاع على الفقرة المدرجة في الأسفل بعنوان “مجالات مقترحة للتّطبيق”.
• تشير درجة حرارة الهبوط إلى درجة المقاومة الحرارية: يتعرض المجسم للتشوّه عند درجات الحرارة التي تكون قيمتها أعلى من هذه الدّرجة. إذا كانت الطّابعة مزودة بسطح حراري، يجب أن تكون درجة حرارة السّطح أقل من درجة الهبوط؛ وإلاّ تعرض الجسم للتّشوه.
• درجة حرارة الانصهار (أو نقطة الانصهار) هي، كما هو واضح، درجة الحرارة التي تبدأ عندها المادة بالذّوبان.
• عادة ما تكون درجة حرارة الطّباعة أعلى من درجة الانصهار، حيث أنّك تريد للأسلاك، لحظة إدخالها عبر فوهة الطارد، أن تنصهر تماماً (لا أن تبدأ فقط بالانصهار).

PLA مقابل ABS: الخواص الميكانيكية و الفيزيائية

تتمتع مادة PLA بقدر أكبر من الهشاشة إضافةً إلى قساوة سطحية أعلى. وتكون بذلك أكثر عرضة للكسر عند ليّها. يمكن للمجسمات المُصنّعة من هذه الخامة أن تُقطع، تُبرد، تُصقل بالرمل، تُدهن وتلصق مع بعضها باستخدام المواد اللّاصقة؛ غير أنّه لا يمكن (لأجل تحسين درجة نعومة الأسطح النّهائية) أن تُعالج هذه النّماذج بالأسيتون.

تمّت صناعة هذا المفتاح المطبوع ثلاثياً من مادة ABS -ويتمتع بقدرٍ كافٍ من القوة تمكنه من فتح الأصفاد (ملكية الصّورة: ABSPlastic.eu)

تمنحك أسلاك مادة ABS، عند طباعتها تحت درجات الحرارة الموصى بها من قبل منتجيها، التصاق ممتاز بين الطّبقات. وتكون المجسمات المطبوعة بهذه الطّريقة أقوى وأكثر مقاومة للصدمات. وعلى هذا، تعتبر أكثر ملائمة لصناعة الأجزاء الميكانيكية إضافةً إلى المجسمات التي تتطلب مقاومة عالية للأحوال الجوية. علاوةً على ذلك، تُنتج ABS أجزاء أكثر مرونة من تلك التي تنتجها مادة PLA، كما أنها تميل للالتواء ولا تنكسر عند تعرضها للضّغط. أيضاً، تتمتع ABS بقابلية أفضل للطّرق، ويمكن معالجتها بعد الطّباعة بسهولة أكبر: حيث يمكن تقطيع المجسم المطبوع، نحته، صقله بالرّمل، دهنه ولصق قطعه ببعضها البعض. كما يمكن معالجة النّماذج النّاتجة بالأسيتون للحصول على أسطح لامعة ومصقولة، أو لصق مجسمين مع بعضهم البعض.

PLA مقابل ABS: سهولة الطّباعة

إجمالاً، تُعتبر مادة PLA الأنسب بالنّسبة للمبتدئين في عالم الطّباعة الثّلاثية الأبعاد. حيث أنّ ABS أكثر عرضةً لمشاكل الطّباعة النّمطية مثل الالتواء (أي ما يحدث عندما تبرد طبقات المجسم الأولى بسرعة أكبر وتنكمش، مما يؤدي إلى التواء أجزاء النّموذج السّفلى من على الحواف). وبهذا، فإنّ الطّباعة باستخدام خامة ABS تتطلب البعض من الخبرة الضّرورية للاختيار الأنسب لإعدادات الضّبط.
غير أنّ مادة PLA تميل إلى التّكدُّس في (أو سد) فوهة الطّابعة: حيث تُعتبر أكثر لزوجة وتتمدد بشكل أكبر عندما تنصهر. ننصحك باتّباع تعليمات مصنّعي الطّابعة بجديّة وذلك لتفادي إمكانية سد الفوهة. غالباً لا تتعرض طبقات المجسم للانكماش عندما تبرد -وبهذا لا تشكّل مشكلة التواء وتصدّع الطّبقات مصدر قلق، كما يمكن إزالة المجسم المطبوع عن سطح الطّباعة بسهولة أكبر مما هو عليه الحال عند استخدام ABS. لا تتطلب هذه الخامة توفّر سطح حراري (إلاّ أنّ استخدامه بالطّريقة الصّحيحة يمكن أن يُحسّن من جودة النّموذج النّاتج)، كما لا تُعتبر إحاطة وتطويق الطّابعة بالأمر المهم (لكن، ومرة أخرى، قد تعطي نتائج أفضل). لتحسين درجة الالتصاق بسطح الطّباعة، ننصحك بتغطيته بشريط لاصق (ما يعرف أيضاً بشريط لصق الدهان).

تعتبر مادة ABS أكثر عرضة للالتواء من مادة PLA

تُعالج أسلاك ABS عند درجات حرارة أعلى من تلك التي تلزم PLA، مما يقلل من احتمالية سد فوهة الطارد أو تكدُّس المادة فيها إلى حدٍ كبير. إضافةً إلى أنّها تحتاج لممارسة ضغط أقل لدفع الأسلاك عبر الفوهة. وقد تتعرض الأجزاء المطبوعة للالتواء، لكون هذه المادة تميل للانكماش عندما تبرد، مما قد يؤدي إلى تصدّع الطّبقات أو انشقاقها (خاصة في المجسمات الشّديدة الارتفاع). لتجنّب هذا، يجب استخدام سطح حراري؛ إضافة إلى أنّ إحاطة الطّابعة بحجرة مغلقة يحسّن من جودة الطّباعة إذ تحمي هذه الإحاطة المجسم النّاتج من نسائم الهواء. لا يعتبر تشكّل الشّوائب السّلكية والمقدرة على سحب أسلاك الطباعة داخل فوّهة الطارد أثناء التنقل بالمشكلة الحقيقية هنا. بينما تكون قابلية التصاق المجسم على سطح الطّباعة أضعف مما يكون عليه الحال عند استخدام أسلاك PLA -هذا قد يسبب العديد من المشاكل الطّباعية. لتحسين درجة الالتصاق على سطح الطّباعة، ننصح بتغطية هذا السّطح بشريط كابتون (متعدد أميد) Kapton. رغم ارتفاع تكلفة الكابتون لتبلغ ضعفيّ تكلفة الشّريط اللّاصق، إلاّ أنّه يتحمل درجات حرارة عالية تصل حتى ٤٠٠ درجة مئوية. أو تستطيع، بدلاً عن ذلك، رش سطح الطباعة بمثبت الشعر قبل البدء بالطّباعة.

PLA مقابل ABS: التّخزين

تبدي كلتا المادتين قابلية لامتصاص الرّطوبة من الهواء. لمنع هذا، يتم ختم وإغلاق لفائف الأسلاك بإحكام عند البيع. حيث يوصي مصنعيّ الأسلاك باستخدام اللّفائف المفتوحة بأقرب وقت بدلاً من الانتظار -وإلاّ أثر هذا سلباً على جودة الطّباعة. كما ننصح بتخزين لفائف الأسلاك في مكانٍ جاف.
يؤدي تعريض أسلاك PLA للهواء لفترات طويلة إلى ظهور فقاعات وتدفقات عند فوهة القذف أثناء الطّباعة. مما قد يعمل على سد الفوهة وتخفيض جودة سطح المجسم المطبوع. كما قد يعاني المجسم من التّلطيخ وإزالة اللّون. وعلى الرّغم من إمكانية استخدام الهواء السّاخن لتنشيف أسلاك PLA الرّطبة، إلاّ أنّ التّسخين قد يعدّل من نسبة تبلّور المادة، إضافةً إلى تغير الخواص الحرارية للأسلاك، والذي قد ينعكس سلباً على درجة حرارة الطّباعة.
كما قد تؤدي طباعة أسلاك ABS الرّطبة نوعاً ما إلى ظهور الفقاقيع والتّدفقات عند فوهة القذف. لكن لا يتعرض المجسم عادةً للتّلطيخ. كما أنّ تنشيف الأسلاك باستخدام الهواء السّاخن (بشرط ألاّ يكون شديد السّخونة)، باستخدام جهاز تنشيف المواد الغذائية مثلاً، لا يؤثر عادةً على الخواص الحرارية للأسلاك.

PLA مقابل ABS: الدخان و الرّوائح المنبعثة

تُلاحظ انبعاث بعض الرّوائح عند طباعة الأسلاك المُصنّعة من البوليمرات. يعتمد هذا على المواد المستخدمة ودرجة حرارة الطّباعة.
تُطلق أسلاك PLA روائح لطيفة بعض الشّيء، مثل الرّائحة النّاتجة عن تسخين بسكويت الوفل أو الحلوى.
بينما، يؤدي تسخين أسلاك ABS إلى انبعاث رائحة بلاستيك مزعجة. حتّى أنّ بعض الأشخاص يروي تعرضهم للصّداع والغثيان عقب تجربة الطّباعة ثلاثية الأبعاد. لذا ننصح بالتّهوية الجيدة في الأماكن المغلقة.

PLA مقابل ABS: التّحلّل و الثّبات

تُعتبر PLA مادة متحلّلة حيوياً -فهي في النّهاية مُصنّعة من مواد نباتية. وبما أنّها تحتاج لبعض الحرارة لتتحلل، تستطيع استخدامها في الأسمدة العضوية المخصّصة للمدينة، حيث لا ينصح باستخدامها ضمن الأسمدة المخصّصة لحديقة منزلك.
بينما لا تعتبر ABS مادة متحلّلة حيوياً، إلاّ أنّها قابلة للتّدوير بسهولة.
غير أنّ كلتا المادتين تتعرض، بمرور الوقت، للتّحلل بفعل أشعة الشّمس والرّطوبة. إلاّ أنّ ABS، رغم ذلك، تعد أكثر استقراراً ومتانة في مواجهة المواد الكيميائية من PLA.

PLA مقابل ABS: الخيارات المتاحة

تتوفر كلتا المادتين ضمن تشكيلة متنوعة من الألوان المعدّة للشّراء؛ وتوجدأيضاً أنواع شبه شفّافة. غير أنّ بعض الأسلاك الخاصة لا يمكن توفرها إلا كمركبات مكوّنة من الـ PLA الممزوج بمواد أخرى (عادةً ما تكون مجروشه)، مثل الخشب، معجون الخيزران أو المعادن (النّحاس الأصفر، النّحاس، البرونز). شركة ColorFabb الهولندية والمنتجة للأسلاك البلاستيكية لديها تشكيلة متنوعة من الاسلاك البلاستيكية الخاصة.

تحتوي أسلاك حشو (معجون) الخيزران من ColorFabb على ٨٠% من الـ PLA و٢٠% من ألياف الخيزران المعاد تدويرها (ملكية الصّورة: ColorFabb)

PLA مقابل ABS: الأسعار

تعتبر التّكاليف بالنّسبة لأسعار كلٍّ من أسلاك PLAوABS متطابقة نوعاً ما. بينما تكون الأسلاك الخاصّة، كتلك المكوّنة من PLA الممزوج بالخشب أو مواد أخرى، أكثر تكلفة.

PLA مقابل ABS: مجالات التّطبيق المقترحة

تُستخدم أسلاك PLA بشكل واسع في الطّباعة ثلاثية الأبعاد، فهي تدخل مثلا في تصنيع الأدوات المنزلية، المعدّات المختلفة وألعاب الأطفال. وتُعتبر هذه الأسلاك الأنسب للاستخدام في حال لم تكن المرونة شرطاً أساسياً في عملك الطّباعي، حيث أنها تكون عرضةّ للكسر تحت الضّغط أكثر من أسلاك ABS. من ناحية أخرى، تتلاءم هذه المادة حيوياً مع جسم الانسان وبهذا يمكن استخدامها لطباعة المجسّمات الملامسة للجلد.
لكن، بسبب تمتّعها بنقطة زجاج منخفضة نسبياً، تُعتبر هذه الخامة غير مناسبة لصناعة المجسمات المعرّضة للحرارة: حيث تفقد شكلها عند تعريضها لبعض الوقت لدرجات حرارة تبلغ ٦٠ درجة مئوية وما فوق. ولا تستخدم أسلاك PLA في صناعة المجسمات التي تتعرض لأشعة الشّمس المباشرة لفترة مطولة أو تلك التي تدخل في تكوين قطع السّيارات. كما أنّها غير ملائمة لبناء قطع المطبخ التي تدخل في تكوين غسّالة الصّحون (على الأقل تلك التي تتمتع ببرامج غسل الأطباق عند ٦٠ درجة مئوية وما فوق).
تعد لدائن ABS الحرارية الأفضل لتصنيع المجسمات التي تتطّلب قدرة على تحمّل الاستخدامات القاسية ودرجات حرارة الجو المرتفعة، والتي تستطيع الصّمود في وجه العوامل الجوية، إضافةً إلى النّماذج التي قد تسقط على الأرض أو يجب أن تكون قابلة للانحناء. كما يمكن استخدامها في تصنيع الأجزاء التي تتعرض للإجهادات الميكانيكية، والقطع المتشابكة أو المفاصل المسمارية.
أيضاً، لا تعتبر هذه اللّدائن آمنة غذائياً: خاصةً عند ملامستها للطعام الدّافئ أو المشروبات السّاخنة، حيث تبدأ المواد الكيميائية بالتّسرُّب من البلاستيك إلى الطّعام أو الشّراب مع مرور الوقت. يمكنك عزل السّطح النّهائي عن طريق معالجته بعد الطّباعة باستخدام مواد ملّمعة مذيبة أو طلاء آمن غذائياً.

لدائن ABS هي الأفضل لصناعة القطع المتشابكة مثل هذه التروس. حقوق الصّورة (MichailNowa via Pixabay)

 تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع All3DP تحت تصريح كرييتف كومّونز 4 (Creative Commons 4.0)