A tecnologia de impressão 3D desenvolveu-se rapidamente e é amplamente aplicada nos setores de manufatura, saúde, educação, consumo e outros.

O PLA (ácido polilático) e o acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) são os materiais termoplásticos mais comuns. Eles têm dominado o mercado de materiais de impressão devido ao seu baixo custo, facilidade de processamento e ampla aplicabilidade. Embora sejam materiais básicos, existem algumas diferenças em suas propriedades químicas, físicas, tecnologia de processamento , etc. Essa diferença se refletirá na seleção dos materiais, de acordo com as características de cada um, para adequar-se aos produtos processados. A aplicabilidade dos filamentos de PLA e ABS foi determinada considerando suas diferentes estruturas químicas, propriedades físicas e métodos de processamento.

O que é PLA?

O ácido polilático (PLA) é um polímero termoplástico utilizado na impressão 3D e na fabricação de objetos. É produzido a partir de fontes renováveis, como amido de milho ou sacarose, por meio de fermentação. A estrutura molecular do PLA é flexível, resistente a impactos e tolerante a altas temperaturas. Para impressão 3D, é adequado para a criação de protótipos , modelagem educacional, objetos do cotidiano e recipientes para alimentos. Sua reciclabilidade e atoxicidade o tornam a alternativa preferida aos petroplásticos tradicionais.

O que é filamento ABS?

O filamento de ABS é um polímero termoplástico amplamente utilizado em impressão 3D , moldagem por injeção , engenharia e outras áreas. Apresenta ductilidade e estabilidade térmica excepcionais, mantendo a integridade estrutural sob condições complexas de tensão. Na impressão 3D, condições específicas de impressão são necessárias para o desempenho ideal do filamento de ABS. É adequado para a fabricação de peças automotivas que exigem resistência e durabilidade. A viabilidade econômica e a praticidade do filamento de ABS o tornam um substituto ideal para os petroplásticos tradicionais, atendendo a diversas necessidades industriais.

Qual a diferença entre a impressão 3D com PLA e a impressão 3D com ABS?

Resistência (propriedades mecânicas)

• PLA (Ácido Polilático) : Baixa resistência à tração (aproximadamente 20-30 MPa), alta fragilidade, fácil de fraturar por impacto. Resistência à compressão moderada (em torno de 50-60 MPa), mas a estrutura de paredes finas é propensa à deformação.
• ABS : Alta resistência à tração (cerca de 40-50 MPa), boa tenacidade, capaz de suportar grandes impactos e vibrações. A resistência à compressão é significativamente superior à do PLA (cerca de 70-90 MPa), sendo adequada para estruturas de suporte de carga.

Qualidade das peças

• PLA (Ácido Polilático): A superfície é mais lisa, com camadas menos visíveis, e não requer pós-processamento complexo. As bordas se curvam com facilidade, principalmente durante a impressão em baixa temperatura, sendo que as bordas dos furos são suscetíveis a rachaduras.
• ABS: A superfície é essencialmente lisa, mas o "efeito de degrau" tende a ocorrer quando a temperatura de impressão é insuficiente. O risco de encolhimento e deformação a frio é alto, portanto, a mesa de impressão precisa ser pré-aquecida rigorosamente a 50-100 °C.

Rigidez

• PLA (Ácido Polilático): Dureza moderada, fácil deformação de paredes finas (<1mm), exigindo paredes mais espessas ou suporte reforçado.
• ABS: Possui maior dureza, próxima à espessura equivalente do PS e de outros plásticos de engenharia. Ideal para fabricação de carcaças rígidas ou estruturas de suporte, como suportes para drones .

resistência química

• PLA (Ácido Polilático): Apresenta resistência moderada a ácidos e álcalis, mas é sensível a ácidos fortes como o ácido clorídrico e óleos, degradando-se facilmente com exposição prolongada. É intolerante a solventes orgânicos como a acetona e expande-se com facilidade.
• ABS: Maior resistência química, especialmente a ácidos fracos, bases e óleos. Os componentes de acrilonitrila são quimicamente resistentes à corrosão, enquanto a cadeia de estireno é vulnerável ao ataque de oxidantes fortes.

Durabilidade

• PLA (Ácido Polilático): Baixa resistência aos raios UV, o que pode levar ao amarelamento e fragilidade após uso prolongado ao ar livre (requer adição de estabilizador UV). Resistência média à umidade e ao calor, deformando-se facilmente sob condições de alta temperatura e umidade.
• ABS: É mais resistente aos raios UV do que o PLA, mas também sofre envelhecimento após exposição prolongada à luz solar. Excelente resistência à umidade e ao calor, ideal para uso temporário em condições quentes e úmidas.

Resistência ao calor

• PLA (Ácido Polilático): O ponto de fusão é baixo (cerca de 180-220 graus Celsius) e a temperatura de transição vítrea é de aproximadamente 60 graus Celsius, o que faz com que amoleça facilmente quando aquecido. Evite a exposição a altas temperaturas (por exemplo, fornos, compartimentos de motores de veículos ).
• ABS: Alto ponto de fusão (cerca de 230-260 °C), temperatura de transição vítrea de cerca de 90 °C, resistência ao calor por curtos períodos. Adequado para ambientes com temperaturas médias a altas (como acessórios de eletrodomésticos, conexões de tubulações, etc.).

Quais são as diferenças na tecnologia de processamento entre PLA e ABS?

Especificações de impressão:

• A impressão com PLA recomenda uma faixa de temperatura de 190 a 220 graus (camadas de 0,1 a 0,3 mm de altura), sem necessidade de pré-aquecimento ou temperaturas baixas. Mantenha uma velocidade de impressão média a alta para minimizar a adesão entre as camadas, seguida de ventilação geral.
• O ABS pode sofrer corrosão química e galvanoplastia, sendo necessário um processo de recozimento a 60-80 °C durante 2 horas para aliviar a pressão interna.

Técnica de pós-processamento :

• O PLA suporta polimento com lixa, pintura e revestimento, e estabilizadores UV são necessários para evitar o envelhecimento.

• O ABS pode ser submetido a processos de corrosão química e galvanoplastia, necessitando de recozimento a 60-80 °C durante 2 horas para aliviar a tensão interna.

Quão ecológicos são os materiais ABS e PLA?

Fonte de matérias-primas:

• O PLA é um recurso renovável derivado principalmente do amido vegetal, incluindo milho e cana-de-açúcar. A fermentação produz monômeros de ácido lático que reduzem a dependência de combustíveis fósseis e as emissões de carbono.
• O ABS é um material derivado do petróleo, feito de monômeros de acrilonitrila, butadieno e estireno. Ele depende inteiramente de recursos não renováveis ​​e emite muito mais carbono do que o PLA.

Gestão de descarte de resíduos:

• Em ambientes de compostagem industrial (alta temperatura, umidade, atividade microbiana), o PLA pode ser decomposto em dióxido de carbono e água em 6 a 12 meses.
• O ABS pode permanecer no meio ambiente por muito tempo, contaminando potencialmente o solo e os oceanos. Além disso, a incineração contribui para a emissão de gases tóxicos, incluindo cianeto de hidrogênio e óxido de estireno, que contribuem para a poluição do ar, enquanto os aterros sanitários consomem recursos de terra.

Técnicas de reciclagem:

• A recuperação do PLA não é muito difícil e, portanto, deve ser rigorosamente separada de plásticos como o PET, resultando em uma diminuição significativa no desempenho após a recuperação (cerca de 30% de perda de resistência).
• A tecnologia de reciclagem de ABS amadureceu e alcançou a regeneração por fusão (granulação) com uma taxa de recuperação de 70 a 90%.

Qual filamento tem maior durabilidade, PLA ou ABS?

A vida útil do PLA e do ABS depende dos cenários de aplicação específicos e das condições ambientais:

Duração de uso das características do PLA:

• Condições amenas e de curto prazo: o PLA pode manter a estabilidade por anos em condições normais e secas, como em embalagens de alimentos e estofados.

• Envelhecimento: A exposição prolongada à luz solar ou aos raios UV pode fazer com que a pele fique amarelada e quebradiça rapidamente (em aplicações externas, esse efeito pode durar apenas alguns meses). Quando a temperatura está abaixo de 0 graus Celsius, a resistência diminui significativamente e a probabilidade de fraturas aumenta.

• Biodegradabilidade: O solo leva de 1 a 5 anos para se degradar naturalmente (mais rapidamente em condições de compostagem industrial) e, portanto, não é adequado para uso externo a longo prazo.

Características da duração de utilização do filamento ABS:

• Ambientes industriais ou de médio a longo prazo: Resistente a altas temperaturas (-20 °C a 80 °C), boa resistência à corrosão química, podendo ser utilizado em ambientes internos ou industriais moderados por mais de 5 anos. A adição de absorvedores de UV pode retardar o amarelamento, mas a exposição prolongada ao ar livre ainda pode levar ao envelhecimento.

• Resistência ao impacto: A flexibilidade e a resistência à abrasão são superiores às do PLA e são adequadas para uso frequente ou cenários de carga dinâmica (por exemplo, peças de automóveis , cabos de ferramentas).

O ABS costuma ser mais durável em ambientes industriais e domésticos tradicionais devido à sua maior resistência à temperatura e ao impacto. O PLA atende às demandas de ambientes internos mais ecológicos e com temperaturas mais amenas. Ambos requerem exposição prolongada a estabilizantes, mas o ABS ainda é superior ao PLA.

Qual material é a solução ideal a escolher?

Em seguida, vou combinar os dois, considerando diferentes níveis de requisitos:

Prioridade da Demanda	Materiais recomendados	Razões
Custos de processamento	PLA (Ácido Polilático)	Preços baixos das matérias-primas e baixo consumo de energia na produção.
Resistência a impactos e durabilidade	ABS	Possui alta tenacidade e resistência mecânica.
Conformidade ambiental	PLA (Ácido Polilático)	biodegradável e que atenda aos requisitos de desenvolvimento sustentável ecológico.
Resistência ao calor	ABS	Boa resistência à temperatura (acima de 100 °C).

O PLA é barato (cerca de US$ 20 a US$ 30 por quilograma), requer baixa temperatura de processamento, atende aos padrões de exposição a alimentos da FDA, não possui odores fortes e é adequado para a fabricação de utensílios descartáveis, cateteres médicos e muito mais.

O filamento de ABS possui excelente resistência a choques e desgaste. Devido à sua composição química, apresenta um alto grau de tenacidade, minimizando a possibilidade de fissuras. É adequado para peças de precisão e com detalhes complexos, além de permitir a fabricação de componentes duráveis ​​e com boa relação custo-benefício .

Não existe um material absolutamente perfeito, apenas soluções que se adaptam às necessidades. Recomenda-se que a decisão seja tomada de acordo com o seguinte procedimento:

• Especifica o objeto (força, temperatura, ambiente) do componente.
• Avaliar despesas e requisitos operacionais
• Teste de amostra em lote pequeno (teste de resistência à tração e à temperatura).
• Alcançar um equilíbrio entre o desenvolvimento ambientalmente correto e o desenvolvimento sustentável.

Qual é o escopo de adaptação para filamentos de PLA e ABS?

Aplicação do Exército Popular de Libertação

1. Recipientes e embalagens para alimentos:

Devido à sua biodegradabilidade e atoxicidade , podem ser transformados em diversos recipientes para alimentos, como marmitas, copos, bandejas, etc. Esses recipientes não só protegem os alimentos de forma eficaz, como também se degradam naturalmente após o tratamento, reduzindo a poluição ambiental.

2. Utensílios de mesa e produtos descartáveis ​​ecológicos:

Facas, garfos, colheres, pauzinhos, tigelas, pratos, etc. Esses produtos se degradam rapidamente após o uso e não causam poluição ambiental a longo prazo.

3. Implantes médicos absorvíveis:

O PLA é utilizado em diversos implantes médicos devido à sua boa biocompatibilidade e degradabilidade. Esses implantes podem se degradar gradualmente e serem absorvidos pelo organismo, eliminando a necessidade de cirurgias secundárias e reduzindo significativamente a dor do paciente.

Aplicação do filamento ABS

1. Componentes e ferramentas mecânicas na fabricação industrial:

O ABS caracteriza-se por alta resistência, resistência ao impacto, resistência à corrosão química, etc., e pode ser utilizado em engrenagens, rolamentos, cabos, etc. Esses componentes e ferramentas podem suportar cargas pesadas e desgaste para garantir o funcionamento adequado do equipamento.

2. Peças automotivas:

O ABS pode ser usado para fabricar componentes essenciais, como painéis e para-choques de automóveis . Esses componentes não são apenas esteticamente agradáveis, mas também possuem boa resistência a impactos e ao calor, além de desempenho estável em todos os tipos de ambientes adversos.

3. Carcaça de eletrônicos de consumo:

O ABS também é amplamente utilizado em eletrônicos de consumo . Pode ser transformado em uma variedade de produtos eletrônicos, não apenas duráveis, mas também com bom toque e efeitos visuais, atendendo às exigências dos consumidores em relação à aparência e ao desempenho dos produtos eletrônicos.

Resumo

Na impressão 3D, PLA e ABS são dois materiais termoplásticos essenciais para filamentos, com diferenças em propriedades, sustentabilidade e propriedades físicas. O PLA se destaca na prototipagem rápida, modelagem de baixo custo e itens descartáveis, como recipientes para alimentos, especialmente em manufatura de pequena escala, proporcionando vantagens econômicas. Por outro lado, o ABS continua a desempenhar um papel vital na indústria devido às suas propriedades mecânicas superiores e processos de reciclagem consolidados.

A escolha final deve depender de requisitos específicos: o PLA destaca-se se o objetivo for iteração rápida, respeito ao meio ambiente e custo-benefício; o ABS é melhor para estruturas complexas, resistência à temperatura ou confiabilidade de nível industrial.

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Perguntas frequentes

1. Qual o melhor filamento para impressão 3D?

Para modelos comuns e materiais econômicos, o PLA deve ser a melhor opção, enquanto o ABS, com sua alta resistência e estrutura complexa, é mais adequado. Em resumo, não existe uma única opção ideal; desempenho, custo e respeito ao meio ambiente devem ser conciliados com as aplicações práticas.

2. Quais são as aplicações comuns do PLA e do ABS?

O PLA é uma escolha ideal para protótipos, modelos e peças decorativas. Devido às suas características de proteção ambiental, também é utilizado na produção de embalagens para alimentos, filme plástico, utensílios de mesa e outros artigos de uso diário. Na área médica, é comum a utilização de instrumentos cirúrgicos descartáveis ​​e suturas. O ABS é utilizado em componentes mecânicos, protótipos funcionais e componentes automotivos resistentes a altas temperaturas e ao desgaste, que exigem alta resistência mecânica.

3. Como a deformação afeta os dois materiais durante a impressão?

O PLA apresenta baixa contração e temperatura de fusão, pouca variação de volume e leve tendência à deformação durante o resfriamento. O ABS, por outro lado, possui maior contração e temperatura de fusão, sofrendo variações significativas de contração durante o resfriamento, o que o torna propenso a deformações.

4. Como se comparam o PLA e o ABS em termos de acabamento superficial?

Os materiais PLA apresentam baixa mobilidade, adesão segura entre as camadas e uma superfície lisa após a impressão, sendo ideais para modelos com alta precisão de acabamento. Os materiais ABS possuem alta mobilidade, mas são suscetíveis a estresse térmico, causando bolhas, estrias ou leves degrau.

Recurso

Impressão 3D

filamento para impressão 3D

Termoplástico