In 3D bằng sợi ABS sẽ thành công khi sự ổn định của buồng in, việc chuẩn bị mặt bàn in và kiểm soát nhiệt độ phối hợp nhịp nhàng với nhau. Acrylonitrile Butadiene Styrene — ABS — là loại sợi kỹ thuật ban đầu. Trước khi PLA thống trị thị trường dành cho người mới bắt đầu, trước khi PETG trở thành giải pháp trung gian, và rất lâu trước khi các loại nylon có chất độn đặc biệt xuất hiện, ABS chính là lựa chọn của bạn nếu muốn in ra các bộ phận thực sự hoạt động được. Nó vẫn là một trong những vật liệu FDM có khả năng cao nhất và được sử dụng rộng rãi nhất cho các mẫu thử chức năng, các bộ phận sử dụng cuối cùng và các ứng dụng mà khả năng chịu nhiệt và độ bền va đập là không thể thiếu. Nếu bạn vẫn đang cân nhắc giữa các vật liệu phổ biến trước tiên, thì So sánh giữa PLA, PETG và ABS là một bộ lọc khởi đầu tốt.
ABS vốn nổi tiếng là loại vật liệu khó in — hiện tượng cong vênh, mùi hôi, cùng các yêu cầu về buồng in kín. Một phần trong số đó là hoàn toàn có cơ sở. Một phần khác đã lỗi thời, là di sản từ thời kỳ trước khi giường in có hệ thống sưởi và buồng kín trở thành trang bị tiêu chuẩn. Hướng dẫn này phân biệt sự thật với những quan niệm sai lầm và cung cấp quy trình in ấn hoàn chỉnh, giúp tạo ra các chi tiết ABS có độ chính xác về kích thước và độ bền cao với ít rắc rối nhất. Nếu hiện tượng bong góc là vấn đề chính mà bạn gặp phải, thì Hướng dẫn khắc phục hiện tượng cong vênh khi in 3D đi sâu hơn vào các vấn đề về vỏ bọc, độ bám dính và kiểm soát độ dốc nhiệt.
ABS thực sự là gì: Hệ thống ba monome
ABS là một terpolymer — một copolymer được tạo thành từ ba monome riêng biệt — và mỗi monome đóng góp một tính chất khác nhau cho vật liệu thành phẩm. Acrylonitrile mang lại khả năng chống hóa chất, độ ổn định nhiệt và độ cứng bề mặt. Butadiene mang lại khả năng chống va đập và độ dẻo dai, đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Styrene mang lại độ cứng, độ bóng và khả năng gia công. Tỷ lệ của ba thành phần này quyết định sự cân bằng giữa các tính chất: tỷ lệ acrylonitrile cao hơn giúp cải thiện khả năng chống hóa chất và chịu nhiệt, tỷ lệ butadiene cao hơn giúp cải thiện độ bền va đập, còn tỷ lệ styrene cao hơn giúp cải thiện độ cứng và độ hoàn thiện bề mặt.
Hầu hết các loại sợi ABS dùng trong in 3D đều có tỷ lệ acrylonitrile-butadiene-styrene nằm trong khoảng 15-35% acrylonitrile, 5-30% butadiene và 40-60% styrene. Thành phần butadiene tồn tại dưới dạng các hạt cao su riêng biệt phân tán trong một ma trận SAN (styrene-acrylonitrile) liên tục — hình thái hai pha này chính là yếu tố mang lại cho ABS sự kết hợp đặc trưng giữa độ cứng và độ dẻo dai. Ma trận SAN cung cấp độ bền và độ cứng; các hạt cao su butadien hấp thụ năng lượng va đập bằng cách tạo ra hiện tượng xâm thực và gây ra hiện tượng biến dạng cắt trong ma trận xung quanh.
Cấu trúc này cũng giải thích mối quan hệ giữa ABS và axeton. Axeton làm tan pha ma trận SAN — copolymer styrene-acrylonitrile — trong khi các vùng cao su butadien vẫn tồn tại dưới dạng pha phân tán. Sự hòa tan có chọn lọc này là cơ sở cho quá trình làm mịn bằng hơi acetone, trong đó acetone làm tan chảy lớp SAN bề mặt để tạo ra một lớp hoàn thiện bóng loáng và kín khít, trong khi các vùng cao su vẫn duy trì tính toàn vẹn cơ học bên dưới.
| Tài sản | ABS | Quân Giải phóng Nhân dân | PETG | ASA |
|---|---|---|---|---|
| Độ bền kéo | 35–45 MPa | 50-60 | 50-55 | 35-45 |
| Độ bền va đập (Izod) | 200–400 J/m | 30-50 | 80-110 | 150-350 |
| Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) | ~105°C | ~60°C | ~80°C | ~105°C |
| HDT (0,45 MPa) | ~95°C | ~55°C | ~70°C | ~95°C |
| Độ giãn dài khi đứt | 10-25% | 5-10% | 15-25% | 15-30% |
| Khả năng chống tia UV | Kém | Công bằng | Tốt | Tuyệt vời |
| Độ đặc | 1,04 g/cm³ | 1.24 | 1.27 | 1.07 |
| Giá/kg | $20-35 | $20-30 | $25-40 | $30-45 |
Yêu cầu đối với máy in: Những yêu cầu của vật liệu ABS
So với PLA hay PETG, ABS ít khoan dung hơn đối với các linh kiện phần cứng không đạt tiêu chuẩn, nhưng các yêu cầu này đã được hiểu rõ và hầu hết các máy in 3D hiện đại đều đáp ứng được. Ba yếu tố thiết yếu là đầu in hoàn toàn bằng kim loại có khả năng đạt nhiệt độ 230-260°C, bàn in có hệ thống sưởi có thể duy trì nhiệt độ 90-110°C và buồng in duy trì nhiệt độ môi trường 40-60°C. Mỗi yếu tố này giúp giải quyết một nguyên nhân cụ thể dẫn đến lỗi in ABS.
Yêu cầu về đầu in hoàn toàn bằng kim loại xuất phát từ nhiệt độ in ABS trong khoảng 230–260°C. Các đầu in có lớp lót PTFE bắt đầu bị phân hủy khi nhiệt độ vượt quá khoảng 240°C, giải phóng khói và dần mất đi tính chất chống dính. Hầu hết các vật liệu ABS được in ở nhiệt độ 240–250°C, mức nhiệt này nằm ngay tại ngưỡng phân hủy của đầu in có lớp lót PTFE. Đầu in hoàn toàn bằng kim loại giúp loại bỏ lo ngại này và cho phép sử dụng toàn bộ dải nhiệt độ mà vật liệu ABS cần để đạt hiệu quả tối ưu.
Nhiệt độ giường in từ 90–110°C là điều bắt buộc. ABS có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) khoảng 105°C, và giường in phải ở mức nhiệt độ này hoặc gần mức đó để giữ cho các lớp đầu tiên luôn ở trên Tg. Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng làm mát không đồng đều gây ra hiện tượng cong vênh — khi các lớp dưới cùng nguội xuống dưới Tg trong khi các lớp trên vẫn đang được in, sự chênh lệch co ngót giữa phần dưới cùng đã đông cứng và phần trên cùng vẫn đang co lại sẽ tạo ra một mô-men uốn làm cho các góc và mép bị nhấc lên khỏi tấm in.
Vỏ bảo vệ là yếu tố khiến các xưởng in 3D và người mới bắt đầu có sự khác biệt rõ rệt nhất. Vỏ máy được sưởi ấm thụ động — một hộp bao quanh máy in để giữ nhiệt thải từ giường in và đầu in — thường đạt nhiệt độ 35-45°C, mức này đủ cho các chi tiết ABS cỡ nhỏ đến trung bình. Vỏ máy được sưởi ấm chủ động ở nhiệt độ 55-65°C giúp tạo ra các chi tiết phẳng và không bị biến dạng một cách đáng tin cậy, ngay cả đối với các hình học lớn. Điều quan trọng là mức giảm nhiệt độ môi trường xung quanh qua thành vỏ bọc: nếu nhiệt độ môi trường bên ngoài vỏ bọc là 20°C và bên trong là 45°C, độ dốc nhiệt 25°C qua thành vỏ bọc là mức có thể kiểm soát được. Nếu không có buồng, bề mặt chi tiết sẽ phải chịu trực tiếp độ chênh lệch nhiệt độ 40-50°C, và hiện tượng cong vênh gần như chắc chắn sẽ xảy ra đối với bất kỳ chi tiết nào có kích thước lớn hơn khoảng 50mm theo bất kỳ chiều nào.
Độ bám dính của tấm nền đối với ABS: Hướng dẫn toàn diện về bề mặt
Vấn đề bám dính mặt bàn in đối với vật liệu ABS đã được giải quyết, nhưng giải pháp phụ thuộc vào bề mặt bàn in của bạn. Không có câu trả lời chung cho tất cả các trường hợp — lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào vật liệu bạn đang in lên.
Tấm PEI (Polyetherimide)
PEI là tiêu chuẩn vàng về độ bám dính của vật liệu ABS trên bề mặt in. Ở nhiệt độ bề mặt in từ 100–110°C, vật liệu ABS tạo ra liên kết chắc chắn với bề mặt PEI sạch. Yếu tố quan trọng nhất đối với PEI là việc chuẩn bị bề mặt: lau bằng cồn isopropyl giữa các lần in, và định kỳ — cứ sau 20-30 lần in hoặc khi độ bám dính bắt đầu giảm — chà xát bằng bông thép 0000 và acetone để loại bỏ lớp bề mặt bị oxy hóa và làm lộ ra lớp PEI mới. Không nên sử dụng acetone trên bề mặt PEI quá một lần sau mỗi 20–30 lần in; PEI có khả năng chống acetone nhưng không hoàn toàn miễn nhiễm với acetone, và việc làm sạch quá mức sẽ làm suy giảm bề mặt.
Lưu ý quan trọng: Không in trực tiếp vật liệu ABS trên bề mặt PEI nhẵn ở nhiệt độ trên 110°C. Ở nhiệt độ này, độ bám dính giữa ABS và PEI có thể trở nên đủ mạnh để làm bong lớp phủ PEI khỏi tấm thép khi tháo các chi tiết ra. Lớp phủ PEI có bề mặt nhám giúp tránh được vấn đề này bằng cách hạn chế diện tích tiếp xúc và tạo ra các điểm tập trung ứng suất để thuận tiện cho việc tháo chi tiết.
Băng Kapton (Màng polyimide)
Băng Kapton dán trên kính là bề mặt giường in ABS ban đầu, và nó vẫn hoạt động tốt. Màng polyimide mang lại độ bám dính tuyệt vời ở nhiệt độ 100–110°C, và các chi tiết được tách ra một cách gọn gàng khi bề mặt giường in nguội xuống dưới khoảng 60°C. Nhược điểm chính là việc thi công — việc dán băng Kapton mà không để lại bọt khí hay nếp nhăn đòi hỏi phải có kinh nghiệm — và độ bền, vì băng này phải được thay thế sau 5-15 lần in tùy thuộc vào kích thước chi tiết và kỹ thuật tháo gỡ.
Hỗn hợp ABS (ABS hòa tan trong axeton)
Giải pháp tiết kiệm kinh điển: hòa tan vài gam sợi ABS hoặc phế liệu ABS trong 50–100 mL acetone để tạo thành hỗn hợp lỏng loãng, sau đó dùng cọ quét lên bề mặt in. Acetone sẽ bay hơi, để lại một lớp màng mỏng ABS mà chi tiết in sẽ liên kết hóa học với nó. Phương pháp này hiệu quả và về cơ bản là miễn phí, nhưng gây bừa bộn, và hơi acetone đòi hỏi phải có hệ thống thông gió. Phương pháp này hoạt động đáng tin cậy trên kính, nhôm và hầu hết mọi bề mặt in cứng.
Keo dán dạng que và keo xịt tóc
Keo que gốc PVA (loại Elmer’s màu tím là tiêu chuẩn chung trong cộng đồng) khi được bôi lên khay in được làm nóng ở 100°C sẽ tạo thành một lớp tách giúp vật liệu ABS bám dính tốt và tách ra một cách gọn gàng. Cơ chế này khác với PEI hoặc Kapton — que keo đóng vai trò như một lớp trung gian hy sinh, liên kết với cả tấm in và chi tiết ABS, đồng thời tách ra một cách gọn gàng khỏi cả hai. Keo xịt tóc hoạt động tương tự: màng copolymer (thường là copolymer vinyl acetate/axit crotonic) bám dính vào kính và tạo ra một bề mặt mà ABS nóng có thể bám dính vào.
Cài đặt in: Nhiệt độ, tốc độ và nghịch lý làm mát
Nhiệt độ vòi phun: 230–260 °C
Hầu hết các loại nhựa ABS đều cho kết quả in tốt ở nhiệt độ 240–250°C. Dưới 230°C, độ bám dính giữa các lớp sẽ bị ảnh hưởng do dòng nhựa đùn ra không thể làm nóng chảy lại bề mặt lớp trước một cách đầy đủ. Trên 260°C, quá trình phân hủy nhiệt của pha butadien bắt đầu, dẫn đến hiện tượng đổi màu và giảm khả năng chịu va đập. Hãy in một “tháp nhiệt độ” trong khoảng từ 230-260°C với bước nhảy 5°C, sau đó bẻ gãy tháp này — nhiệt độ mang lại độ bám dính giữa các lớp cao nhất mà không gây biến màu chính là cài đặt tối ưu cho cuộn sợi in cụ thể đó.
Nhiệt độ giường: 100–110°C
Đặt nhiệt độ bàn in ở mức 100–110°C cho lớp đầu tiên và duy trì nhiệt độ này trong suốt quá trình in. Việc giảm nhiệt độ bàn in sau vài lớp đầu tiên — một chiến lược thường được áp dụng với PLA — lại mang lại hiệu quả ngược lại đối với ABS, bởi vì chi tiết cần được kiểm soát độ dốc nhiệt trong toàn bộ thời gian in.
Chế độ làm mát: Cài đặt thường bị hiểu lầm nhất
Quan niệm phổ biến cho rằng vật liệu ABS không cần làm mát chi tiết là không chính xác — hay nói đúng hơn, quan niệm này chỉ đúng đối với các máy in hoạt động ngoài trời, nơi bất kỳ quạt làm mát nào cũng tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ có hại. Trong máy in kín ở nhiệt độ môi trường 40-60°C, việc làm mát linh kiện ở mức vừa phải với tốc độ quạt 20-40% sẽ cải thiện hiệu suất in phần nhô ra, giảm hiện tượng sợi kéo và tạo ra các góc sắc nét hơn mà không gây biến dạng. Yếu tố quan trọng nhất là nhiệt độ không khí: nếu không khí trong buồng in ở 45°C, việc thổi không khí 45°C lên chi tiết sẽ không gây sốc nhiệt. Tuy nhiên, việc thổi không khí phòng ở 20°C — điều thường xảy ra trong máy in mở — chắc chắn sẽ gây biến dạng và bong tróc.
Khuyến nghị thực tế: Với vỏ bảo vệ phù hợp duy trì nhiệt độ ít nhất 40°C, hãy sử dụng quạt làm mát chi tiết 20-30% sau lớp in thứ 3–5. Tắt quạt khi in các đoạn cầu nối và phần nhô ra có góc nghiêng lớn hơn 45° để tránh hiện tượng làm mát cục bộ quá mức. Đối với máy in không có vỏ bảo vệ, hãy tắt hoàn toàn quạt và chấp nhận sự đánh đổi về chất lượng phần nhô ra.
Tốc độ in: 40–60 mm/s
Vật liệu ABS cho kết quả tốt nhất ở tốc độ in vừa phải. Tốc độ 40–60 mm/s cho phần viền và 60–80 mm/s cho phần lấp đầy sẽ mang lại kết quả đồng đều. Tốc độ cao hơn 80 mm/s thường dẫn đến độ bám dính giữa các lớp kém, bất kể nhiệt độ là bao nhiêu, vì dòng nhựa đùn ra không có đủ thời gian tiếp xúc với lớp trước đó. Tốc độ chậm hơn 30 mm/s có nguy cơ làm quá nhiệt chi tiết — do vỏ máy giữ nhiệt và đầu phun nóng (hotend) dừng lại quá lâu tại cùng một khu vực, dẫn đến khả năng xảy ra hiện tượng suy giảm nhiệt cục bộ.
Rút lại: Chống lại “Ác quỷ xâu chuỗi”
Sợi ABS dễ bị kéo sợi hơn PLA nhưng ít hơn PETG, tuy nhiên hiện tượng này vẫn xảy ra. Việc điều chỉnh độ rút sợi (retraction) từ 4–7 mm ở tốc độ 25–40 mm/s đối với đầu phun Bowden, hoặc 1–2 mm ở tốc độ 25–35 mm/s đối với đầu phun truyền động trực tiếp, thường giúp kiểm soát hiện tượng kéo sợi một cách hiệu quả. Nếu hiện tượng sợi vẫn tiếp diễn ở các cài đặt này, có khả năng sợi chứa độ ẩm — ABS có tính hút ẩm vừa phải và hấp thụ 0,2–0,4% độ ẩm theo trọng lượng, đủ để gây ra hiện tượng sợi nhìn thấy được và làm giảm chất lượng bề mặt. Nếu hiện tượng sợi kéo là vấn đề, hãy sấy khô sợi ABS ở nhiệt độ 70–80°C trong 4–6 giờ trước khi in.
Xử lý sau: Làm mịn bằng hơi axeton và các phương pháp khác
Làm mịn bằng hơi axeton là kỹ thuật xử lý sau in đặc trưng của vật liệu ABS, đồng thời cũng là một trong những ưu điểm nổi bật nhất của vật liệu này đối với các ứng dụng yêu cầu độ hoàn thiện bề mặt cao. Về mặt lý thuyết, quy trình này rất đơn giản: treo chi tiết in trên một bể chứa acetone lỏng trong một thùng kín, để hơi acetone ngưng tụ trên bề mặt chi tiết và làm tan chảy lớp bề mặt, sau đó lấy chi tiết ra và để khô. Kết quả là bề mặt có độ bóng như sản phẩm đúc phun, các đường lớp được lấp đầy và bề mặt được bịt kín.
Quá trình thực hiện đòi hỏi sự chú ý đến từng chi tiết. Acetone là chất dễ cháy cao (điểm chớp cháy -20°C) và hơi của nó nặng hơn không khí, có nghĩa là hơi sẽ tích tụ ở những vị trí thấp. Quá trình làm mịn bằng hơi acetone phải được thực hiện tại khu vực thông thoáng hoặc, lý tưởng nhất, trong máy làm mịn bằng hơi chuyên dụng có chức năng kiểm soát nhiệt độ và thu hồi dung môi. Các thông số quy trình — thời gian tiếp xúc, nhiệt độ, thể tích acetone — quyết định kết quả: 15-30 phút ở 40-50°C tạo ra bề mặt bóng; thời gian tiếp xúc lâu hơn hoặc nhiệt độ cao hơn sẽ làm tan chảy quá nhiều vật liệu và làm tròn các cạnh sắc và các chi tiết nhỏ. Quá trình làm mịn bằng hơi lạnh ở nhiệt độ phòng mất 1–4 giờ nhưng cho phép kiểm soát chính xác hơn và bảo toàn độ chính xác kích thước tốt hơn.
Các phương pháp thay thế cho việc làm mịn bằng axeton bao gồm chà nhám (vật liệu ABS chà nhám rất tốt — bắt đầu từ giấy nhám cỡ 220 và tăng dần lên cỡ 800–1200 để đạt bề mặt mờ), trám và sơn lót (chất trám thân xe ô tô, sơn lót trám và chà nhám sẽ tạo ra bề mặt sẵn sàng để sơn), và phủ epoxy (XTC-3D hoặc epoxy hai thành phần thông dụng giúp lấp đầy các đường lớp và tạo lớp phủ cứng, bóng). Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm về thời gian, chi phí và độ chính xác kích thước, nhưng khả năng tương thích của ABS với tất cả các phương pháp này giúp nó vượt trội hơn hầu hết các vật liệu FDM khác về tính linh hoạt trong xử lý sau in.
Các ứng dụng chính: Những lĩnh vực mà hệ thống ABS vẫn chiếm ưu thế
Các bộ phận ô tô và các bộ phận dưới nắp ca-pô
Nhiệt độ uốn cong của ABS khoảng 95°C có nghĩa là vật liệu này có thể chịu được nhiệt độ bên trong khoang xe khi đỗ dưới ánh nắng mùa hè — trong khi đó, một chi tiết làm từ PLA nếu để trong xe vào ngày nắng nóng sẽ mềm ra thành một khối nhão vô dụng ở nhiệt độ khoảng 60°C. Các kẹp trang trí nội thất, giá đỡ bảng điều khiển, cụm đồng hồ và bảng công tắc tùy chỉnh là những ứng dụng in 3D bằng ABS điển hình. Đối với các ứng dụng dưới nắp ca-pô, nơi nhiệt độ có thể vượt quá 100°C, ASA là lựa chọn tốt hơn nhờ khả năng chống tia UV và các tính chất nhiệt tương tự.
Mẫu thử nghiệm chức năng và vỏ bảo vệ
ABS cho phép sản xuất các mẫu thử nghiệm chức năng có cảm giác và tính năng tương tự như các chi tiết đúc phun trong sản xuất hàng loạt. Các tính năng lắp ráp bằng khớp bấm hoạt động tốt trên vật liệu ABS vì sự kết hợp giữa độ cứng và khả năng chống va đập của vật liệu này cho phép các chốt và mấu uốn cong mà không bị gãy — điều mà PLA không thể thực hiện một cách đáng tin cậy. Vỏ thiết bị điện tử, vỏ dụng cụ và các mẫu thử sản phẩm tiêu dùng đều được hưởng lợi từ độ cứng bề mặt và khả năng chống trầy xước, chống lõm của ABS.
Các bộ phận dùng cho mục đích cuối cùng trong môi trường được kiểm soát
ABS là một trong số ít vật liệu FDM phù hợp để sản xuất các bộ phận thực sự dùng trong thực tế, đặc biệt là cho các ứng dụng trong nhà. Các tính chất cơ học của nó đã được mô tả rõ ràng, hành vi trượt dài hạn của nó đã được hiểu rõ, và khả năng chống mỏi của nó là đủ cho nhiều ứng dụng kết cấu. Các xưởng in 3D sản xuất các bộ phận bằng ABS cho sản phẩm tiêu dùng, thiết bị công nghiệp và vỏ thiết bị y tế đã chứng minh rằng ABS có khả năng đáp ứng yêu cầu sản xuất khi máy in và môi trường được cấu hình đúng cách.
Các bộ phận cần xử lý sau gia công
Nếu quy trình làm việc của bạn bao gồm các công đoạn chà nhám, sơn lót, sơn phủ hoặc mạ, thì ABS có lẽ là vật liệu FDM tốt nhất hiện có. Khả năng chà nhám của nó vượt trội hơn so với PLA (loại vật liệu dễ làm dính giấy nhám) và PETG (loại vật liệu quá cứng để chà nhám hiệu quả). Khả năng tương thích hóa học của nó với các loại sơn và sơn lót ô tô là rất tốt. Ngoài ra, khả năng mạ điện của vật liệu này — một quy trình trong đó một lớp niken hoặc đồng không điện phân được phủ lên bề mặt ABS để tạo tính dẫn điện, sau đó tiến hành mạ điện thông thường — mở ra nhiều ứng dụng cho các chi tiết có bề mặt giống kim loại với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với in 3D bằng kim loại.
Hiện tượng cong vênh: Hiểu rõ và khắc phục nguyên nhân gốc rễ
Hiện tượng cong vênh của vật liệu ABS là vấn đề liên quan đến sự giãn nở nhiệt, chứ không phải vấn đề về độ bám dính. Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của vật liệu này xấp xỉ 80–110 µm/m·°C, và độ co ngót từ nhiệt độ in xuống nhiệt độ phòng xấp xỉ 0,4–0,8% trên mặt phẳng X–Y. Nếu sự co ngót này xảy ra không đồng đều — do đáy chi tiết được giữ ở 100°C trong khi phần trên nguội xuống dưới Tg — ứng suất sinh ra sẽ tập trung tại giao diện với bàn in, và chi tiết sẽ bị bong lên.
Các giải pháp khắc phục hiện tượng cong vênh của ABS, theo thứ tự hiệu quả:
- Thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ 40–60°C: Giảm độ chênh lệch nhiệt độ dọc theo chiều cao của chi tiết, giúp quá trình co ngót diễn ra đồng đều hơn. Đây là biện pháp chống cong vênh hiệu quả nhất.
- Giường ở nhiệt độ 100–110°C: Giữ cho các lớp dưới cùng ở nhiệt độ cao hơn Tg trong suốt quá trình in, từ đó ngăn chặn hiện tượng đông đặc sớm và ứng suất co ngót do đó gây ra.
- Vành và đĩa hỗ trợ: Một vành có chiều rộng 5–10 mm giúp tăng diện tích bám dính và chuyển điểm tập trung ứng suất ra xa khỏi chu vi chi tiết. Đối với các chi tiết có góc nhọn, việc thêm các đĩa hỗ trợ hình trụ (đường kính 5–10 mm, dày một lớp) tại mỗi góc sẽ giúp phân tán điểm tập trung ứng suất.
- Các góc bo tròn trong thiết kế: Các góc nhọn làm tập trung ứng suất. Việc tạo bán kính 2–5 mm cho tất cả các góc sẽ giúp giảm đáng kể ứng suất cục bộ tại giao diện giữa lớp in và nền, và thường chính yếu tố này quyết định sự khác biệt giữa một bản in thành công và một bản in bị cong vênh — mà không cần thay đổi bất kỳ cài đặt nào của máy in.
- Làm nóng lò trước: Hãy để buồng in đạt nhiệt độ 40°C trước khi bắt đầu in bằng cách bật chức năng sưởi giường in trong 10–15 phút. Việc bắt đầu in trong buồng in còn lạnh sẽ khiến các lớp đầu tiên nguội đi nhanh chóng trong khi buồng in từ từ nóng lên — chính quá trình biến đổi nhiệt này là nguyên nhân gây ra hiện tượng cong vênh.
ASA so với ABS: Khi nào nên nâng cấp
ASA (Acrylonitrile Styrene Acrylate) có cấu trúc hóa học tương tự như ABS nhưng thay thế pha cao su butadien bằng cao su acrylate. Sự thay thế này loại bỏ các liên kết đôi trong chuỗi chính của polymer — chính những liên kết này khiến butadien dễ bị phân hủy do tia UV và quá trình oxy hóa. Kết quả là một vật liệu có thể in giống hệt như ABS — cùng nhiệt độ, cùng yêu cầu về buồng in, cùng chiến lược bám dính trên bàn in — nhưng lại có khả năng chống tia UV, khả năng chịu thời tiết và độ ổn định màu tốt hơn đáng kể.
Đối với các ứng dụng ngoài trời, ASA rõ ràng vượt trội hơn so với ABS. Khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, ABS sẽ ngả vàng, trở nên giòn và mất khả năng chống va đập chỉ trong vài tháng. Trong khi đó, ASA vẫn duy trì được các tính chất cơ học và màu sắc của mình ngay cả sau nhiều năm tiếp xúc với môi trường ngoài trời. Đối với các ứng dụng trong nhà, ABS và ASA có chức năng tương đương nhau, và do chi phí của ABS thường thấp hơn ($20-35/kg so với $30-45/kg đối với ASA), nên ABS là lựa chọn mặc định trừ khi dự kiến sẽ tiếp xúc với tia UV.
Sức khỏe và An toàn: Sự thật về khói từ chất ABS
Trong quá trình in, nhựa ABS thải ra các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và các hạt siêu mịn (UFP). Hợp chất VOC chính là styrene — chính là monome đã tạo nên tên gọi và mùi đặc trưng của nhựa ABS — cùng với một lượng nhỏ acrylonitrile, ethylbenzene và các sản phẩm phân hủy nhiệt khác. Styrene được phân loại là chất có khả năng gây ung thư ở người (Nhóm 2B của IARC), còn acrylonitrile được phân loại là chất có khả năng cao gây ung thư ở người (Nhóm 2A của IARC).
Rủi ro thực tế từ việc in ABS thỉnh thoảng trong không gian được thông gió là thấp. Tỷ lệ phát thải từ một máy in FDM đơn lẻ thấp hơn nhiều so với giới hạn phơi nhiễm tại nơi làm việc. Tuy nhiên, trong một xưởng in với nhiều máy in ABS hoạt động liên tục, sự tích tụ VOC có thể đạt đến mức cần phải áp dụng hệ thống thông gió chủ động và lọc không khí. Hệ thống lọc HEPA và than hoạt tính — dù được tích hợp sẵn trong buồng in hay dưới dạng máy lọc không khí độc lập trong phòng — sẽ loại bỏ cả các hạt siêu mịn (UFP) lẫn các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) phát sinh từ quá trình in ABS.
Vỏ bọc này có hai chức năng: giữ nhiệt để đảm bảo chất lượng in và ngăn chặn khói bụi nhằm đảm bảo an toàn. Một vỏ bọc kín có hệ thống thoát khí được lọc — ngay cả một chiếc quạt đơn giản thổi khí ra ngoài qua cửa sổ — cũng có thể giải quyết đồng thời cả hai vấn đề này.
Liệu ABS có phù hợp với ứng dụng của bạn không?
ABS là lựa chọn phù hợp khi ứng dụng của bạn yêu cầu khả năng chịu nhiệt trên 80°C, khả năng chống va đập mà PLA không thể đáp ứng, tính linh hoạt trong gia công sau in (chà nhám, sơn, làm mịn bằng hơi nước) hoặc các tính chất vật liệu tương đương với các chi tiết ABS đúc phun trong sản xuất để tạo mẫu. Đây không phải là lựa chọn phù hợp khi khả năng in là yếu tố quan trọng hàng đầu (hãy sử dụng PLA hoặc PETG), khi dự kiến sẽ tiếp xúc với tia UV (hãy sử dụng ASA), khi cần khả năng chống hóa chất đối với dung môi (hãy sử dụng PP hoặc nylon), hoặc khi máy in ngoài trời không có vỏ bọc là thiết bị duy nhất có sẵn.
Đối với các kỹ sư cần các bộ phận hoạt động ổn định trong môi trường nóng của xe ô tô, các nhà thiết kế sản phẩm cần các mẫu thử có chất lượng tương đương sản phẩm thương mại, hay các nhà sản xuất cần các linh kiện sử dụng cuối có tính chất cơ học được xác định rõ ràng, ABS vẫn là — sau hơn một thập kỷ đổi mới trong lĩnh vực sợi in 3D — một trong những vật liệu FDM hiệu quả nhất và tiết kiệm chi phí nhất hiện có.
Câu hỏi thường gặp
Tôi có thể in ABS mà không cần buồng kín không?
Đúng vậy, nhưng vẫn có những hạn chế đáng kể. Các chi tiết nhỏ có kích thước dưới 50 mm ở bất kỳ chiều nào đều có thể được in mà không cần buồng kín nếu độ bám dính trên bàn in được tối ưu hóa và loại bỏ được luồng gió từ môi trường xung quanh. Các chi tiết cỡ trung bình (50–100 mm) thì khó in hơn — khả năng thành công phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng chi tiết, với các hình dạng bo tròn, tỷ lệ chiều cao thấp sẽ cho kết quả tốt hơn so với các hình dạng cao và góc cạnh. Các chi tiết lớn trên 100mm gần như chắc chắn sẽ bị cong vênh nếu không có buồng in kín. Một buồng in tạm thời — như hộp các-tông phủ lên máy in, lều chụp ảnh hoặc thậm chí là túi rác — là đủ cho các bản in ABS thỉnh thoảng và hầu như không tốn chi phí. Nếu bạn có kế hoạch in ABS thường xuyên, hãy đầu tư vào một buồng in kín phù hợp.
Tại sao bản in ABS của tôi vẫn bị cong vênh dù đã sử dụng khay in có hệ thống sưởi?
Chỉ riêng khay in có hệ thống sưởi là chưa đủ đối với vật liệu ABS — khay in giúp giữ ấm các lớp dưới cùng, nhưng các lớp trên cùng lại nguội đi nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí bên ngoài, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến hiện tượng cong vênh. Vỏ bọc chính là yếu tố còn thiếu. Ngoài ra, hãy kiểm tra xem nhiệt độ bề mặt giường in có thực sự đạt 100–110°C (không chỉ tại cảm biến nhiệt) hay không, bề mặt giường in đã được chuẩn bị đúng cách (PEI sạch, Kapton mới hoặc hỗn hợp ABS) và lớp đầu tiên đã được ép chặt đúng cách — ABS cần độ nén lớp đầu tiên cao hơn PLA để đạt được diện tích tiếp xúc với giường in đủ lớn. Chiều cao lớp đầu tiên là 0,20 mm với vòi phun 0,40 mm, ở độ rộng đùn 105-110%, sẽ cung cấp độ nén và diện tích bề mặt cần thiết để đảm bảo độ bám dính đáng tin cậy.
Làm thế nào để tôi có thể làm mịn bề mặt nhựa ABS bằng hơi axeton một cách an toàn?
Yêu cầu an toàn: làm việc ngoài trời hoặc tại khu vực thông thoáng, sử dụng bình chứa bằng thủy tinh hoặc kim loại kín (acetone làm tan chảy nhiều loại nhựa), tránh mọi nguồn gây cháy (đèn báo, tia lửa, tĩnh điện) và đeo găng tay nitrile (acetone có thể thấm qua latex). Quy trình: cho một lượng nhỏ acetone (5-10mL) vào đáy bình chứa, treo chi tiết cần xử lý trên giá dây hoặc giấy bạc phía trên chất lỏng, đậy kín bình chứa và chờ đợi. Ở nhiệt độ phòng, sau 1-2 giờ bề mặt sẽ bóng loáng. Để có kết quả nhanh hơn, hãy làm ấm bình chứa đến 40-50°C — có thể dùng bồn nước nóng — điều này sẽ giảm thời gian xử lý xuống còn 15-30 phút. Sau khi làm mịn, để chi tiết thoát khí trong 24 giờ trước khi xử lý kỹ lưỡng; bề mặt vẫn mềm và dính ngay sau khi lấy ra và đạt độ cứng hoàn toàn khi acetone dư thừa bay hơi hết.
ABS hay PETG: Nên chọn loại nào?
PETG dễ in hơn — không cần buồng kín, ít bị cong vênh, không có mùi — nhưng lại kém hơn so với ABS về khả năng chịu nhiệt (HDT 70°C so với 95°C), độ cứng bề mặt và khả năng xử lý sau in. Hãy chọn PETG khi tính dễ in và khả năng chịu va đập quan trọng hơn khả năng chịu nhiệt. Hãy chọn ABS khi chi tiết phải chịu nhiệt độ trên 70°C, khi có kế hoạch xử lý sau in (chà nhám, sơn, làm mịn bằng hơi nước) hoặc khi cần độ cứng và độ cứng bề mặt cao hơn của ABS. Đối với các chi tiết chức năng sử dụng trong nhà, ABS thường là vật liệu có hiệu suất cao hơn, nhưng đổi lại là quy trình in phức tạp hơn.
