创客集结号:3D打印材料之ABS与PLA

 FDM方式,主要包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acryloni-trilebutadienestyrene,ABS)树脂和聚乳酸((Poly(lac-ticacid),PLA)两种材料。一、ABS材料

创客的集结号已吹响,3D打印技术越来越成熟。ABS树脂是目前产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来,兼具韧,硬,刚相均衡的优良力学性能。ABS塑料一般是不透明的,外观呈浅象牙色、无毒、无味,兼有韧、硬、刚的特性,燃烧缓慢,火焰呈黄色,有黑烟,燃烧后塑料软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味,但无熔融现象。PLA由农业经济作物比如玉米,马铃薯等为原料,经过现代生物技术得到乳酸,在经过聚合反应而得到的高分子材料。PLA在自然界和生物体中都可以最终转化成二氧化碳和水,是真正环保的生物降解材料。

 

一、ABS材料

ABS树脂是目前产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来,兼具韧,硬,刚相均衡的优良力学性能。ABS塑料一般是不透明的,外观呈浅象牙色、无毒、无味,兼有韧、硬、刚的特性,燃烧缓慢,火焰呈黄色,有黑烟,燃烧后塑料软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味,但无熔融滴落现象。

ABS塑料具有优良的综合性能,有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类,不溶于大部分醇类和烃类溶剂,而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代

二、PLA材料

   PLA(Poly Lactic Acid)即聚乳酸可能是3D打印起初使用得最好的原材料,它具有多种半透明色和光泽质感。作为一种环境友好型塑料,聚乳酸可生物降解为活性堆肥。它源于可再生资源—玉米淀粉和甘蔗,而不是非可再生资源——化石燃料。新加坡南洋理工大学的Tan K H等在应用PLA制造组织工程支架方面的研究中,采用3D技术成型生物可降解的高分子材料,制造了高孔隙度的PLA组织工程支架,通过对该支架进行组织分析,发现其具有生长能力。

 

三、打印性能:

材料的性质方面,从热端的角度来看,ABS塑料相当容易打印。无论用什么样的挤出机,都会滑顺地挤出材料,不必担心堵塞或凝固。然而挤完后的步骤却有点困难。因为这种材料具有遇冷收缩的特性,会从加热板上局部脱落、悬空,造成问题。另外,要是打印的物体高度很高,有时还会整层剥离。因此,ABS打印不能少了加热板。

ABS材料因具有良好的热熔性、冲击强度,成为通过熔融沉积3D打印的首选工程塑料。目前主要是将ABS预制成丝、粉末化后使用,应用范围几乎涵盖了所有日用品、工程用品和部分机械用品。近年来ABS不但在应用领域逐步扩大,而且性能不断提升,借助ABS强大的粘接性、强度通过对ABS的改性,使其作为3D打印材料在更广范围得到应用。


2014年国际空间站用ABS塑料3D打印机为其打印零件;世界上最大的3D打印机材料公司Stratasys公司研发的最新ABS材料ABS-M30,专为3D打印制造设计,机械性能比传统的ABS材料提高了67%,从而扩大了ABS的应用范围。

ABS可以说是FDM最常用的打印材料,目前有多种颜色可以选择,是消费级3D打印机用户最喜爱的打印材料,比如打印“乐高”类型的很多玩具,制作很多创意家居饰件等。ABS材料通常是细丝盘装,通过3D打印喷嘴加热熔解打印。由于喷嘴喷出之后需要立即凝固,喷嘴加热的温度控制在ABS材料热熔点高出1°C到2°C,不同的ABS由于熔点不同,对于不能调节温度的喷嘴,是不能通配的。这也是为什么最好在原厂商购买打印材料的原因。

PLA塑料熔丝可以说是另外一个非常常用的打印材料,尤其是对于消费级3D打印机来说, PLA可以降解,是一种环保的材料。PLA一般情况下不需要加热床,这一点不像ABS,所以PLA容易使用,而且更加适合低端的3D打印机。PLA有多重颜色可以选择而且还有半透明的红、兰、绿以及全透明的材料。和ABS同样的原因,PLA的通用性也有待提高。

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内容概要:本文详细介绍了基于FPGA的144输出通道可切换电压源系统的设计实现,涵盖系统总体架构、FPGA硬件设计、上位机软件设计以及系统集成方案。系统由上位机控制软件(PC端)、FPGA控制核心和高压输出模块(144通道)三部分组成。FPGA硬件设计部分详细描述了Verilog代码实现,包括PWM生成模块、UART通信模块和温度监控模块。硬件设计说明中提及了FPGA选型、PWM生成方式、通信接口、高压输出模块和保护电路的设计要点。上位机软件采用Python编写,实现了设备连接、命令发送、序列控制等功能,并提供了一个图形用户界面(GUI)用于方便的操作和配置。 适合人群:具备一定硬件设计和编程基础的电子工程师、FPGA开发者及科研人员。 使用场景及目标:①适用于需要精确控制多通道电压输出的实验环境或工业应用场景;②帮助用户理解和掌握FPGA在复杂控制系统中的应用,包括PWM控制、UART通信及多通道信号处理;③为研究人员提供一个可扩展的平台,用于测试和验证不同的电压源控制算法和策略。 阅读建议:由于涉及硬件和软件两方面的内容,建议读者先熟悉FPGA基础知识和Verilog语言,同时具备一定的Python编程经验。在阅读过程中,应结合硬件电路图和代码注释,逐步理解系统的各个组成部分及其相互关系。此外,实际动手搭建和调试该系统将有助于加深对整个设计的理解。
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