Osoby niezwiązane w jakikolwiek sposób z materiałoznawstwem czy też projektowaniem przemysłowym nie zwracają zwykle uwagi na to, z jakiego rodzaju materiału wykonane są dane zabawki, elementy urządzeń RTV lub przybory kuchenne. Tymczasem z technicznego punktu widzenia rodzaj zastosowanego tworzywa sztucznego (potocznie, choć niezbyt poprawnie określanego mianem plastiku) bardzo silnie wpływa zarówno na wytrzymałość mechaniczną i termiczną, jak i odporność detalu na warunki środowiskowe (np. promieniowanie UV, wilgoć) oraz sposób jego obróbki. Choć nie sposób wskazać – w dostępnym dla współczesnych konstruktorów arsenale materiałowym – polimeru najlepszego do wszystkich zastosowań, to całkiem blisko takiego ideału jest w wielu przypadkach ABS. W naszym artykule przyjrzymy się bliżej jego właściwościom mechanicznym i chemicznym, podamy także bardzo ważne uwagi praktyczne dotyczące drukowania i obróbki mechanicznej detali wykonanych z ABS.
ABS – co to za materiał?
ABS to skrót od nazw trzech związków chemicznych, wykorzystywanych do produkcji tegoż tworzywa: akrylonitrylu, butadienu oraz styrenu. Gęstość materiału jest niewiele wyższa niż gęstość wody (około 1,04 g/cm3), zaś jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi zwykle około 46 MPa – czy to dużo? Używając bardziej przyjaznych jednostek, możemy napisać, że ABS jest w stanie utrzymać ciężar na poziomie 460 kg na pręcie o przekroju 1 cm2! W porównaniu z polipropylenem jest to zatem naprawdę sporo (ten ostatni ma wytrzymałość na poziomie 12,8 MPa), choć ABS ustępuje pod tym względem innym popularnym materiałom, np. PETG (50 MPa) czy PLA (nawet ponad 64 MPa). Dużą zaletą ABS okazuje się dość spora sztywność, jednak polimer ten zdecydowanie nie należy do kruchych – odporność na uderzenia (tzw. udarność) jest naprawdę niezła, co stanowi jedną z głównych przesłanek decydujących o jego popularności. ABS stosunkowo trudno zarysować – choć rzecz jasna na powierzchni tworzywa można wykonać delikatną rysę, używając ostrego, metalowego narzędzia, to jednak w porównaniu do innych materiałów ABS i tak radzi sobie całkiem nieźle. Co bardzo ważne – akrylonitryl-butadien-styren należy do grupy tworzyw termoplastycznych (w skrócie – termoplastów), a więc jego kształtowanie można z łatwością przeprowadzić po podwyższeniu temperatury do odpowiedniego poziomu. I to jest kolejna niebywała zaleta ABS – świetnie poddaje się zarówno wtryskowi (przy użyciu maszyn wtryskowych), jak i wytłaczaniu (za pomocą drukarek 3D).
ABS vs. temperatura – wszystko o termicznych właściwościach materiału
W przypadku zastosowania ABS w druku 3D zalecane temperatury zarówno dyszy hot-endu, jak i stołu roboczego, mieszczą się zwykle w przedziałach (odpowiednio) 230-240oC i 90-100oC. Co ważne, tworzywo zaczyna topić się w temperaturze około 94 oC (przy pomiarze aparatem tzw. Vicata według normy ASTM D1525), a zatem zakres bezpiecznych temperatur pracy rozciąga się od -40 oC do +85 oC. To całkiem sporo, jak na tworzywo termoplastyczne – stąd też tak ogromną popularność zdobył ABS w świecie obudów urządzeń elektronicznych, zabawek, sprzętu AGD i RTV, czy nawet urządzeń pomiarowych i aparatury medycznej. Termoplastyczność nie tylko ułatwia wstępne kształtowanie detalu, ale także – częściowo – jego późniejsze modyfikacje, np. w przypadku wtapiania metalowych tulejek gwintowanych w otwory montażowe obudowy. Z drugiej zaś strony podatność ABS na temperatury powyżej 94 oC stanowi pewne utrudnienie podczas obróbki skrawaniem – każdy, kto choć raz próbował wywiercić otwór bądź użyć innego szybkoobrotowego narzędzia (np. minifrezarki z frezem bądź tarczą tnącą) doskonale wie, że ABS z łatwością topi się po przekroczeniu pewnej liczby obrotów na minutę. Podtapianie krawędzi czyni także pewnym wyzwaniem obróbkę laserową, choć przy zastosowaniu kilku trików można z powodzeniem wykorzystywać laser do pracy z tym popularnym tworzywem.
Zastosowania ABS
Wspomniane wcześniej właściwości akrylonitrylu-butadienu-styrenu – łatwość obróbki termoplastycznej, dobre właściwości wytrzymałościowe, odporność na zarysowania, uderzenia i temperaturę w jej „komercyjnym” zakresie – predestynują go do użycia w licznych procesach produkcyjnych. Począwszy od obudów urządzeń elektronicznych (sprzętu RTV i AGD, urządzeń przenośnych i gadżetów ubieralnych, czy też urządzeń peryferyjnych w branży komputerowej) poprzez wyposażenie kuchenne i łazienkowe, zabawki, aż do wyrobów przemysłowych i medycznych – ABS zdecydowanie należy do ścisłej czołówki tworzyw sztucznych. Udział tego materiału w rynku „plastików” wzrósł także dzięki upowszechnieniu druku 3D, w którym stanowi jeden z najchętniej stosowanych filamentów. Warto jednak pamiętać, że – pomimo oczywistych zalet – ABS wymaga też specjalnej uwagi podczas tworzenia wydruków. Obecność styrenu sprawia, że rozgrzany materiał emituje szkodliwe dla zdrowia opary, a więc dobra wentylacja pomieszczenia i zastosowanie komór osłaniających drukarki (najlepiej z filtrami HEPA) to niezbędne zabiegi, mające chronić zarówno użytkownika drukarki 3D, jak i innych domowników bądź współpracowników. Należy też pamiętać, że ABS – z uwagi na dość istotny skurcz – nie powinien być stosowany w druku z użyciem maszyn bez możliwości podgrzewania stołu roboczego, a dodatkowo trzeba pamiętać o ograniczeniu chłodzenia powstającego modelu. Dlatego też wszelkie powiewy powietrza (a zwłaszcza przeciągi) w rejonie pracującej drukarki są wysoce niewskazane, gdyż mogą prowadzić do zniekształceń wytwarzanego detalu.
