ПЭТГ и АБС: сравниваем популярные пластики для FDM 3D-печати

ПЭТГ и АБС входят в тройку самых популярных расходных материалов для FDM 3D-принтеров, особенно когда речь идет о 3D-печати функциональных деталей. В этой статье разберемся, в чем разница.

Акрилонитрилбутадиенстирол или АБС (REC ABS) завоевал популярность на самой заре FDM 3D-печати и долгое время оставался безусловным лидером, несмотря на ряд недостатков. Причины тому просты: это один из наиболее распространенных промышленных полимеров, он широко используется в литье под давлением, и его сочетание хороших физико-механических свойств, доступности и относительной дешевизны сделали АБС наиболее очевидным выбором.

Со временем у АБС появился соперник в лице полилактида или ПЛА (REC PLA), хотя назвать их конкурентами довольно сложно: в отличие от АБС, с ПЛА очень легко работать, но в то же время он обладает низкой теплостойкостью и довольно хрупок, а это серьезно ограничивает практическое применение. В основном ПЛА используется в 3D-печати художественных изделий — фигурок, масштабных моделей, макетов, сувениров и тому подобного. Иногда из этого материала изготавливаются и механические детали, например малонагруженные шестерни, но такие случаи довольно редки. В промышленной 3D-печати ПЛА обычно используется как выжигаемый полимер для 3D-печати литейных мастер-моделей.

Серьезно потеснить АБС смог еще один полимер под названием полиэтилентерефталатгликоль или ПЭТГ (REC Relax). Это вариант ПЭТ — того самого пластика, который используется в производстве бутылок под напитки. В отличие от ПЛА, ПЭТГ дает хорошее сочетание прочности, ударной вязкости и теплостойкости. Ниже рассмотрим достоинства и недостатки АБС и ПЭТГ более подробно.

Деформации, адгезия и растрескивание

При всех своих преимуществах АБС славится сложностью 3D-печати, обусловленной высокой термоусадкой: в хотэнде материал нагревается и расширяется, а затем нанесенный расплав снова сжимается при охлаждении, генерируя напряжения в печатаемых изделиях. Это, в свою очередь, может приводит у целому букету неприятных последствий — отрыву и закручиванию углов моделей, а также растрескиванию по слоям.

Модель из АБС

Для работы с АБС, особенно если речь идет о 3D-печати крупных изделий, просто необходим подогрев столика (до 90-110°С), а в идеале и закрытая камера, чтобы в рабочем объеме поддерживалась повышенная фоновая температура.

3D-принтер PICASO Designer X Series 2 с закрытой камерой

Подогрев способствует повышенной адгезии со столиком (линейная усадка АБС настолько велика, что без подогрева столика модель может просто «соскочить» с поверхности) и препятствует преждевременному охлаждению модели в целом. После 3D-печати изделие будет остывать более-менее равномерно, что позволит снизить риск деформаций и/или растрескивания по слоям.

Пример 3D-печати пластиком ПЭТГ

С ПЭТГ в этом плане работать намного проще: термоусадка, конечно, тоже присутствует, но она гораздо ниже. Подогрев столика тоже необходим, но не такой сильный — как правило, в диапазоне 50-80°C. Что еще лучше, закрытая камера не требуется, так что этим полимером можно печатать даже на самых бюджетных FDM 3D-принтерах.

С адгезией же иногда возникают проблемы, но уже в обратную сторону: ПЭТГ настолько хорошо липнет к стеклянным столикам, что готовые изделия зачастую сложно оторвать: если переборщить с усилием, можно даже вырвать куски стекла. Решается это просто — нанесением покрытия с использованием канцелярского клея-карандаша, раствора клея БФ-2 или даже лака для фиксации волос. Чтобы не ходить далеко, попробуйте наши клеи The3D и Picaso — они как раз созданы для решения этой задачи. Тонкий, ровный слой клея на поверхности столика поможет удерживать модель во время 3D-печати, а после охлаждения модель достаточно легко отделится. Слои ПЭТГ хорошо схватываются между собой, что вкупе с низкой термоусадкой практически исключает возможность растрескивания при остывании.

Температурные требования

АБС намного более требователен к соблюдению температурного режима, чем ПЭТГ. Рекомендуемая температура хотэнда — 240-270°C для REC ABS и 215-245°C для REC Relax, при этом АБС более чувствителен к перепадам температур, отсюда и настоятельная рекомендация использовать 3D-принтеры с закрытыми камерами.

Запахи и вредные испарения

С точки зрения токсичности ПЭТГ более предпочтителен — уровни выделяемых летучих веществ минимальны, к тому же нагревание этого полимера не сопровождается неприятными запахами.

АБС, с другой стороны, весьма пахуч, да к тому же может выделять пары стирола. О запредельных концентрациях говорить не приходится, но все же лучше оборудовать вытяжку. Мы рекомендуем всегда печатать в хорошо вентилируемых помещениях, вне зависимости от используемого расходного материала.

Постобработка

В плане постобработки АБС — один из наиболее удобных материалов. REC ABS отлично поддается шлифованию и склеиванию, к тому же довольно легко окрашивается. При желании поверхности можно сглаживать ацетоном, а раствор пластиковой крошки в ацетоне служит отличным клеем, если необходимо собрать несколько частей в единое изделие или повысить адгезию со столиком 3D-принтера.

АБС отлично поддается шлифованию

Покраска ПЭТГ, с другой стороны — очень сложная задача. Шлифование возможно, но опять-таки затруднительно, так как это вязкий, текучий полимер с высокой износостойкостью. Для склеивания частей или сглаживания поверхностей лучше всего использовать дихлорметан, не забывая соблюдать технику безопасности (как и при работе с ацетоном): работайте в хорошо вентилируемом помещении с защитой для глаз, кожи и дыхательных путей.

Хранение

Оба материала в некоторой степени гироскопичны, то есть впитывают влагу, а потому филаменты необходимо хранить в герметичных пакетах, желательно с пакетиком силикагеля внутри.

Непосредственно перед 3D-печатью материалы желательно дополнительно просушивать. О хранении и просушивании филаментов рассказывается в отдельных статьях — здесь и здесь.

Физико-механические свойства

Оба материала хорошо подходят для производства нагруженных деталей благодаря хорошим показателям прочности и ударной вязкости. ПЭТГ все же выигрывает по ударной прочности как из-за свойств самого полимера, так и ввиду отличной межслойной адгезии.

Дополнительно, АБС довольно уязвим к воздействию ультрафиолета. На практике это решается либо нанесением защитных покрытий, либо использованием альтернативного полимера — близкого родственника АБС под названием акрилонитрилстиролакрилат или АСА (REC Eternal). Этот материал намного лучше подходит для эксплуатации на отрытом воздухе, чем АБС. С ПЭТГ проблем в плане стойкости к ультрафиолету возникать не должно: материал со временем стареет, но очень медленно.

Что касается теплостойкости, то здесь преимущество у АБС: температура размягчения ПЭТГ — 80°C, тогда как АБС выдерживает эксплуатационные температуры до 105°C. Другими словами, оба полимера подойдут для 3D-печати, например, деталей электронных приборов, но воздействие кипящей воды выдержит только АБС.

Композиты

Одно очень перспективное направление — композиционные материалы с армирующими стекло- и углеволоконные наполнителями. И АБС, и ПЭТГ отлично подходят в качестве основы для таких композитов, обладающих более высокими прочностными характеристиками, износостойкостью и теплостойкостью, чем базовые полимеры. Что интересно, добавление армирующих волокон помогает решать одну из главных проблем АБС, то есть снижает термоусадку, хотя получаемые материалы и требуют более высоких температур экструзии.

Изделие из стеклонаполненного композита REC rPETG GF

Мы выпускаем целый набор композиционных материалов на основе АБС и ПЭТГ, а также полиамида и полипропилена — FormaX, UltraX, GF Max и PPX семейства X-line, филаменты семейства Clotho, а также бюджетный композит rPETG GF — самый доступный среди материалов в своем классе.