ABS یا اکریلونیتریل بوتادین استایرن یک پلیمر ترموپلاستیک است که برای کاربردهای صنعتی بسیار رایج است. این ماده به ویژه به دلیل مقاومت بالا در دماهای پایین و ایجاد قطعات سبک وزن شناخته شده است. علاوه بر این، پرینت سه بعدی ABS در بازار چاپ سه بعدی نیز بسیار محبوب است – زیرا در کنار PLA یکی از پرکاربردترین مواد در این بخش است. این ماده اغلب در چاپ سه بعدی FDM استفاده می‌شود، اگرچه به شکل رزین نیز موجود است. در مقاله زیر، نگاهی دقیق‌تر به ABS از جمله تولید و خواص آن، فرآیند چاپ سه بعدی، کاربردها، تولیدکنندگان اصلی و قیمت آن خواهیم داشت.

ABS چگونه تولید می شود و چه خصوصیاتی دارد؟

ABS یکی از اولین پلاستیک‌هایی بود که با چاپگرهای سه‌بعدی صنعتی مورد استفاده قرار گرفت و حدود سال ۱۹۹۰ توسعه یافت. این پلیمر ترموپلاستیک همان چیزی است که "ترپلیمر" نامیده می‌شود، که به عنوان پلیمری تعریف می‌شود که از سه مونومر مختلف سنتز شده است. در این مورد، اغلب با پلیمریزاسیون اکریلونیتریل و استایرن در حضور پلی بوتادین - عموماً ۲۰٪ اکریلونیتریل، ۲۵٪ بوتادین و ۵۵٪ استایرن - به دست می‌آید که به آن ABS می‌گویند. علاوه بر این، دستکاری این نسبت‌ها می‌تواند خواص ABS را تغییر دهد. به عنوان مثال، استایرن عنصری است که به ABS استحکام و درخشندگی می‌دهد، در حالی که بوتادین مقاومت در برابر ضربه و خواص دمای پایین را به آن می‌دهد.

نکته‌ی مهمی که باید در نظر داشت این است که ABS از نفت ساخته شده است، در حالی که PLA از مواد سازگارتر با محیط زیست مانند نشاسته ذرت ساخته شده است. این موضوع اغلب باعث شده است که این ماده بعنوان یک ماده پایدار و غیر قابل تجزیه در صنعت مورد بحث باشد؛ ABS اگرچه توسط مراکز بازیافت به طور گسترده پذیرفته نشده است، اما در واقع قابل بازیافت است و این ویژگی می‌تواند به عنوان یک مزیت برای کاهش نگرانی‌های زیست‌محیطی تلقی شود. زیرا PLA از نظر فنی زیست‌تخریب‌پذیر است، اما این قابلیت فقط زمانی صادق است که تحت شرایط صحیح قرار گیرد و این سوال را ایجاد می‌کند که آیا واقعاً با محیط زیست سازگار است یا خیر.

از نظر خواص، این ماده دارای استحکام خوب، مقاومت بالا در برابر ضربه و در عین حال سبک و بی‌صدا و همچنین از نظر قیمت مقرون به صرفه است. در واقع، به لطف این موارد، این ماده سال‌هاست که در بازار چاپ سه‌بعدی FDM محبوب بوده و در واقع یکی از اولین فیلامنت‌هایی بود که در این بخش به همراه PLA مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این، این ماده نه تنها در برابر ضربه مقاوم است، بلکه در برابر مواد شیمیایی و گرما نیز مقاوم است که همه این موارد آن را برای کاربردهای صنعتی بسیار محبوب می‌کند.

چاپ سه بعدی با ABS

دقیقاً چگونه می‌توان با ABS چاپ کرد؟ اگرچه این ماده به دو صورت فیلامنت و رزین موجود است، زیرا ABS بیشتر در بازار چاپ سه‌بعدی FDM استفاده می‌شود. این ماده به صورت فیلامنت‌هایی با قطر ۱.۷۵ میلی‌متر یا ۲.۸۵ میلی‌متر و در چندین رنگ موجود است. اگرچه چاپ آن از PLA دشوارتر است، اما ABS به دلیل مقاومت در برابر ضربه و تحمل دمای بالا (بین -۲۰ درجه سانتیگراد تا ۸۰ درجه سانتیگراد) همچنان یک ماده بسیار محبوب برای چاپ سه‌بعدی است. این ماده مات است، سطوح صاف و مات ارائه می‌دهد و می‌توان آن را با استون پرداخت کرد تا براق شود.

دمای ذوب ABS حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد است، به همین دلیل توصیه می‌شود دمای اکستروژن بین ۲۳۰ تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد باشد. علاوه بر این، استفاده از یک بستر چاپ گرم (بین ۸۰ تا ۱۳۰ درجه سانتیگراد) الزامی است. دلیل این امر این است که ABS پلاستیکی است که در تماس با هوا منقبض می‌شود، بنابراین اگر روی یک بستر چاپ گرم نباشد، مستعد انقباض (یا تاب برداشتن) و جدا شدن از صفحه خواهد بود. برای قطعات بزرگ، حتی توصیه می‌شود از چسب مخصوصی مانند Kapton یا لاک چسب استفاده شود. در نهایت، یک چاپگر سه بعدی با محفظه بسته به دو دلیل توصیه می‌شود: برای ایمنی کاربر زیرا پلاستیک ABS ذراتی را منتشر می‌کند که می‌تواند برای کاربر خطرناک باشد، و همچنین به این دلیل که کنترل دما هنگام کار با ABS بسیار مهم است. به منظور چاپ موفقیت‌آمیز و جلوگیری از مشکلات مربوط به تاب برداشتن، ترک خوردن و لایه لایه شدن (جدا شدن لایه‌ها)، داشتن محفظه گرم به ثابت نگه داشتن دما کمک می‌کند.

علاوه بر این، اگرچه پرینت با ABS نسبت به موادی مانند PLA و PETG دشوارتر است، زیرا کنترل دما در محفظه، روی بستر و حتی در کل اتاق برای جلوگیری از خرابی چاپ بسیار مهم است، اما پرینت سه بعدی با آن در مقایسه با سایر ترموپلاستیک‌های فنی و ارزان ساده تر است.   همچنین به خاطر داشته باشید که ABS ماده‌ای است که باید خشک نگه داشته شود زیرا رطوبت هوا را جذب می‌کند و این امر پرینت آن را بسیار دشوارتر می‌کند.

برای ساپورت گذاری قطعات می توان از HIPS استفاده کرد، ABS به راحتی با HIPS چاپ می‌شود. HIPS ماده‌ای است که دمای بستر پرینت و اکستروژن دمای یکسانی دارد و به سرعت در D-Limonene، حلالی از ترکیبی که در لیمو یافت می‌شود، حل می‌شود. این مزیتی برای جدا کردن ساپورت ها از قطعه اصلی بعد از پرینت است. با این حال، ساپورت گذاری توسط فیلامنت غیرمحلول نیز متداول است.

به طور کلی هنگام چاپ با این پلیمر ترموپلاستیک، به عملیات پس از چاپ کمی نیاز است، که این مزیت کلیدی باعث صرفه‌جویی در زمان تولید قطعات پیچیده می‌شود. با این حال، گزینه‌های پس از چاپ متنوعی با ABS برای کسانی که به آن علاقه‌مند هستند، در دسترس است. گذشته از برداشتن ساپورت ها که قبلاً ذکر شد، به لطف روکش مات‌تر آن، می‌توان آن را رنگ کرد. همچنین در مقایسه با سایر مواد، پردازش آن بسیار آسان است، به عنوان مثال به دلیل دوام بالا می‌توان آن را سنباده زد و می‌توان از ماشینکاری نیز استفاده کرد. در نهایت، یکی از روش‌های رایج پس از چاپ برای ABS، صاف کردن آن با بخار استون برای ایجاد روکش براق است.

کاربردهای پرینت سه بعدی با ABS

همانطور که اشاره کردیم، یکی از جذابیت‌های اصلی ABS این است که ماده‌ای برای فنی تر است. به همین دلیل، کاربردهای آن نیز صنعتی‌تر است. به عنوان مثال، در قالب‌گیری تزریقی پلیمر محبوب است. علاوه بر این، وقتی از کاربردهای عمومی صحبت می‌کنیم، می‌توان آن را در بخش لوازم خانگی، بدنه قایق، قطعات تزئینی، اسباب‌بازی و معروف ترین آن لگو یافت.

از نظر تولید افزایشی، برخی از کاربردهای رایج دیگر آن در نمونه‌سازی اولیه، چرخ‌دنده‌ها و حتی ابزارسازی است زیرا در مقایسه با دیگر فیلامنت های پلیمری چاپ سه‌بعدی رایج، در برابر تنش‌های فیزیکی مقاوم‌تر است. علاوه بر این، فراتر از مقاومت شیمیایی و حرارتی، خواص عایق الکتریکی آن نیز آن را برای کسانی که به دنبال ساخت روکش برای قطعات الکتریکی و همچنین قطعات خودرو مانند داشبورد یا سپر هستند، جذاب می‌کند. همچنین برای کاربردهای فضای باز عالی است زیرا در برابر نور خورشید یا با گذشت زمان تغییر شکل نمی‌دهد.

تولید کنندگان اصلی و قیمت

به عنوان یکی از محبوب‌ترین فیلامنت‌های چاپ سه‌بعدی، می‌توان با اطمینان گفت که بسیاری از تولیدکنندگان اصلی مواد چاپ سه‌بعدی در حال حاضر فیلامنت‌های ABS را ارائه می‌دهند؛ از جمله اصلی‌ترین آنها می‌توان به تأمین‌کننده شناخته‌شده Stratasys، Esun ، UltiMaker، FormFutura، Innofil3D و غیره اشاره کرد. علاوه بر این، ABS در طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها موجود است و قیمت آن بسته به برند و همچنین ویژگی‌های خود فیلامنت، از 15 تا 50 دلار متغیر است.

توجه داشته باشید که فیلامنت‌های وجود دارند که در آنها افزودنی‌هایی به ABS اضافه می‌شود: به عنوان مثال، ABS بر پایه الیاف کربن یا الیاف آرامید، که بیشتر با نام Kevlar شناخته می‌شوند. به عنوان مثال، این الیاف، پدیده تاب برداشتن ABS را کاهش می‌دهند و بنابراین دقت بیشتری را ارائه می‌دهند. از سوی دیگر، کربن، خواص مکانیکی اولیه ماده را تقویت می‌کند. این مواد فنی‌تر معمولاً گران‌تر هستند و پارامترهای چاپ متفاوتی دارند.

منبع