Nên Dùng Vật Liệu Formlabs Nào Để Thay Thế Nhựa Ép Phun Như Abs Hay Polypropylene?

Trong thế giới sản xuất truyền thống, “Bộ ba quyền lực” – ABS, Polypropylene và Nylon từ lâu đã là tiêu chuẩn vàng. Đây là những vật liệu chủ lực trong ép phun, được đánh giá cao nhờ tính chất cơ học ổn định và độ tin cậy cao.

Tuy nhiên, khi chu kỳ phát triển sản phẩm ngày càng rút ngắn và nhu cầu về các chi tiết in 3D dùng trực tiếp ngày càng tăng, các kỹ sư đang tìm kiếm những vật liệu in 3D không chỉ “trông giống” mà còn hoạt động giống các loại nhựa này.

Tại Formlabs, chúng tôi đã phát triển một thư viện các loại nhựa chức năng được thiết kế chuyên biệt để thu hẹp khoảng cách giữa tạo mẫu và sản xuất thực tế. Vậy, bạn nên dùng loại nhựa Formlabs nào khi cần thay thế một chi tiết bằng ABS? Hay khi cần làm mẫu thử chức năng cho một sản phẩm vốn sẽ được đúc ép phun hoặc gia công từ nylon?

Hướng dẫn này sẽ đi sâu vào các loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất và gợi ý vật liệu Formlabs phù hợp nhất cho bạn, dựa trên đặc tính cơ học quan trọng nhất đối với ứng dụng của bạn.

ABS

ABS, hay Acrylonitrile Butadiene Styrene, là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng phổ biến nhất, thường được sản xuất hàng loạt bằng phương pháp ép phun. Nó cực kỳ được ưa chuộng để làm các bộ phận nội thất lớn trong ô tô như bảng điều khiển và bảng điều khiển trung tâm, cũng như nhiều sản phẩm tiêu dùng chúng ta sử dụng hàng ngày như đồ chơi trẻ em (các khối Lego®), vỏ loa hay vỏ các thiết bị nhà bếp. ABS cũng là một trong những loại vật liệu sợi phổ biến nhất được sử dụng trên máy in 3D công nghệ FDM.

Đối với các máy in 3D công nghệ SLA, người dùng thường tìm kiếm một loại vật liệu bền bỉ, cứng cáp và có độ vững chãi nhưng không cứng đến mức bị giòn. Trong những ứng dụng này, Tough 2000 Resin là lựa chọn có sự tương đồng gần nhất. Các bộ phận được in bằng Tough 2000 Resin sẽ không dễ bị uốn cong, có khả năng chịu va đập tốt và bền bỉ khi sử dụng trong thời gian dài. Mặc dù nhựa Tough 2000 Resin có độ bền va đập Izod (Notched Izod Impact Resistance) thấp hơn nhiều so với nhựa ABS ép phun, nhưng những lợi thế mà in 3D mang lại về khả năng tùy biến và thiết kế phức tạp cho phép chúng ta có thể tối ưu hóa thiết kế để khắc phục những hạn chế này.

Đặc tính	ABS (Ép phun)	Formlabs Tough 2000 Resin
Mô-đun kéo	1.6 – 2.4 GPa	2.2 GPa
Độ bền kéo giới hạn	33 – 50 MPa	46 MPa
Độ giãn dài khi đứt	10 – 50%	48%
Mô-đun uốn	1.6 – 2.5 GPa	1.6 GPa
Độ bền uốn	50 – 85 MPa	61 MPa
Notched Izod Impact (Độ bền va đập Izod có rãnh)	150 – 400 J/m	40 J/m
Heat Deflection Temp @ 0.45 MPa (Nhiệt độ biến dạng nhiệt)	85 – 105 °C	63 °C

HDPE 

HDPE, hay polyethylene mật độ cao, là loại nhựa dễ dàng nhận diện qua các sản phẩm sản xuất hàng loạt như chai dầu gội, bình sữa và hộp đựng chất tẩy rửa (ký hiệu tái chế số 2 – ♴). Các sản phẩm HDPE thường được sản xuất bằng phương pháp đúc thổi, có khả năng chống mài mòn và ma sát cực tốt. Khả năng chịu mòn này giúp HDPE trở nên lý tưởng cho các loại bản lề liền khối và các bộ phận cần uốn cong hoặc ấn xuống thường xuyên mà không bị nứt.

Vật liệu so sánh tương đồng nhất của Formlabs cho HDPE là Tough 1000 Resin. Tough 1000 Resin đã thay thế dòng nhựa Durable Resin rất phổ biến trước đây, trở thành lựa chọn hàng đầu cho các chi tiết cần độ giãn dài khi đứt tuyệt vời, độ nhẵn bề mặt và độ bền va đập cao.

Tough 1000 Resin có thể thay thế HDPE về mặt đặc tính cơ học trong hầu hết mọi tình huống, ngoại trừ những môi trường có nhiệt độ cao do nhiệt độ biến dạng nhiệt (HDT) của Tough 1000 Resin hơi thấp, khiến nó dễ bị biến dạng nhẹ khi gặp nhiệt.

Đặc tính	Polypropylene	Formlabs Tough 1500 Resin
Mô-đun kéo	1.3 – 1.8 GPa	1.5 GPa
Độ bền kéo giới hạn	30 – 40 MPa	51 MPa
Độ giãn dài khi đứt	100 – 600%	51%
Mô-đun uốn	1.2 – 1.7 GPa	1.6 GPa
Độ bền uốn	35 – 55 MPa	68 MPa
Độ bền va đập Gardner	20 – 100 J/m	67 J/m
Heat Deflection Temp @ 0.45 MPa (Nhiệt độ biến dạng nhiệt)	85 – 110 °C	52 °C

Polypropylene

Polypropylene (PP) được sử dụng rộng rãi nhờ tính ma sát thấp, khả năng cách điện, chống hóa chất và chịu va đập. Sự phổ biến của nó một phần nhờ vào khả năng thích ứng với nhiều kỹ thuật chế tạo khác nhau, tạo ra các chi tiết PP với độ dày và độ cứng đa dạng. Các bộ phận bằng PP được dùng trong nhiều ứng dụng như ống tiêm, dao kéo dùng một lần, khay đựng cốc trên ô tô, v.v. Nhựa PP có thể được nhận biết bằng biểu tượng tái chế số 5 (♷).

Cả Tough 1500 Resin và Tough 1000 Resin đều sở hữu những phẩm chất tốt nhất của Polypropylene. Bạn nên chọn Tough 1000 Resin nếu ưu tiên khả năng chống ma sát và độ dẻo mịn. Tuy nhiên, nếu bạn đang tìm kiếm độ bền và độ cứng dai của các chi tiết PP dày hơn, Tough 1500 Resin sẽ là lựa chọn phù hợp.

Tough 1500 Resin lý tưởng cho các chi tiết cần sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo, cho dù đó là các cơ cấu linh hoạt hay vỏ máy chắc chắn sử dụng vít tự khai triển và khớp nối nhanh. Độ bền kéo và độ bền uốn của Tough 1500 Resin thực tế còn vượt trội hơn so với vật liệu PP ép phun truyền thống, mặc dù độ giãn dài khi đứt thấp hơn đáng kể.

Đặc tính	Polypropylene	Formlabs Tough 1500 Resin
Mô-đun kéo	1.3 – 1.8 GPa	1.5 GPa
Độ bền kéo giới hạn	30 – 40 MPa	51 MPa
Độ giãn dài khi đứt	100 – 600%	51%
Mô-đun uốn	1.2 – 1.7 GPa	1.6 GPa
Độ bền uốn	35 – 55 MPa	68 MPa
Độ bền va đập Gardner	20 – 100 J/m	67 J/m
Heat Deflection Temp @ 0.45 MPa (Nhiệt độ biến dạng nhiệt)	85 – 110 °C	52 °C

Polyamides

Polyamides, thường được gọi là nylon, có đặc tính bền và cứng nhưng không giòn, chúng có khả năng “đàn hồi trở lại” cùng khả năng chịu nhiệt và chịu mỏi tuyệt vời. Polyamides có nhiều cấu trúc khác nhau, thường được phân loại bằng các con số tương ứng với số nguyên tử carbon trong các khối xây dựng ban đầu. Ví dụ: Nylon 6 được làm từ khối xây dựng có 6 carbon, trong khi Nylon 12 đến từ khối xây dựng có 12 carbon.

Lựa chọn tốt nhất của Formlabs để thay thế cho nylon sản xuất hàng loạt là nylon in 3D công nghệ SLS, một loại vật liệu đa năng như Nylon 12 Powder, lý tưởng cho các bộ phận bền, chịu lực hoặc các dòng chuyên dụng, tập trung vào hiệu suất như Nylon 11 Powder. Ngoài ra, còn có các dòng nylon composite rất đặc thù như Nylon 11 CF Powder cho các chi tiết cần độ cứng cực cao.

Tuy nhiên, nếu không thể sử dụng công nghệ in 3D SLS và bạn cần một dòng nhựa SLA của Formlabs để thay thế cho Polyamide, thì lựa chọn tối ưu sẽ tùy thuộc vào đặc tính vật liệu mà bạn ưu tiên hàng đầu. Vì Polyamide sở hữu rất nhiều ưu điểm cơ học nổi trội, bạn nên cân nhắc xem mình cần độ cứng, độ bền hay khả năng chịu va đập của Nylon nhất. Đối với nhu cầu về độ cứng hoặc để thay thế các dòng Nylon pha tạp (composite), Rigid 10K Resin sẽ là lựa chọn phù hợp nhất nhờ đặc tính cực kỳ cứng vững và kết cấu đặc. Nếu bạn ưu tiên độ linh hoạt và khả năng chịu mỏi tương tự như Nylon 12, thì Tough 1500 Resin là dòng nhựa có tính chất tương đồng hơn cả. Còn nếu bạn đang tìm kiếm một vật liệu có bề mặt “trơn trượt” đặc trưng của Nylon 6, Tough 1000 Resin sẽ là phương án phản ánh đúng nhất yêu cầu này.

Nếu ứng dụng Nylon của bạn yêu cầu…	Tiêu chuẩn ngành	Vật liệu Formlabs phù hợp nhất	Chỉ số so sánh chính
Khả năng chịu va đập & mài mòn	Nylon 6	Tough 1000 Resin	114 J/m Izod Impact: Tương đương với khả năng hấp thụ năng lượng cao và cảm giác bề mặt “trơn” của Nylon 6.
Độ đàn hồi & Tuổi thọ chịu mỏi	Nylon 12	Tough 1500 Resin	1.5 GPa Modulus: Khả năng “bật lại” và phục hồi hoàn hảo cho các khớp nối nhanh và bản lề hoạt động chu kỳ cao.
Độ cứng tối đa & Chịu nhiệt	Nylon pha thủy tinh	Rigid 10K Resin	10.0 GPa Modulus: Độ cứng cực cao và nhiệt độ biến dạng nhiệt (HDT) lên tới 218°C cho các bộ phận tuyệt đối không được uốn cong.

POM 

Polyoxymethylenel (POM), còn được gọi là acetal hoặc tên thương mại phổ biến là Delrin®, cực kỳ được ưa chuộng trong sản xuất dưới dạng nhựa gia công nhờ độ cứng cao, ma sát thấp và độ ổn định kích thước tuyệt vời. Vì không bị uốn cong, kéo giãn hay hấp thụ độ ẩm, nó đặc biệt phổ biến trong môi trường nhà máy để làm đồ gá, vật tư tiêu hao hoặc thiết bị hỗ trợ sản xuất.

Delrin có độ dẻo của PP và độ cứng của ABS, vì vậy tùy thuộc vào trường hợp sử dụng, bạn có thể chọn Tough 1000 Resin hoặc Tough 2000 Resin. Đối với sản xuất thiết bị hỗ trợ với số lượng lớn, như tại Eaton, việc thay thế Delrin bằng Nylon 12 Powder in SLS có thể giảm chi phí vật liệu và thời gian nhân công, trong khi vẫn đạt được độ cứng và độ bền tương đương với các bộ phận Delrin gốc.

Đặc tính	Delrin (POM) – Acetal	Tough 1000 Resin	Tough 2000 Resin
Mô-đun kéo	2.5 – 3.0 GPa	0.9 GPa	2.2 GPa
Độ bền kéo	60 – 70 MPa	26 MPa	46 MPa
Độ giãn dài	25 – 60%	180%	48%
Mô-đun uốn	2.5 – 3.0 GPa	0.8 GPa	1.6 GPa
Độ bền uốn	50 – 90 J/m	131 J/m	61 MPa
Notched Izod Impact (Va đập Izod)	Delrin (POM) – Acetal	Tough 1000 Resin	40 J/m
Heat Deflection Temp @ 0.45 MPa (Nhiệt độ biến dạng)	2.5 – 3.0 GPa	0.9 GPa	63 °C

TPU 

Nhựa dẻo TPU (Thermoplastic Polyurethane) là một loại vật liệu đàn hồi linh hoạt sở hữu độ bền vượt trội cùng khả năng kháng hóa chất và chống mài mòn cực tốt. Loại nhựa này thường được ứng dụng trong các giải pháp giảm chấn, sản xuất giày dép và nhiều chi tiết đòi hỏi khả năng uốn cong, đàn hồi nhanh chóng hoặc hấp thụ lực va đập. Đặc biệt, TPU có thể được sản xuất với nhiều mức độ cứng Shore khác nhau, giúp thành phẩm đạt được độ cứng vững linh hoạt tùy theo nhu cầu, trải dài từ mức 50A mềm mại cho đến mức trên 90A cứng cáp hơn.

Mặc dù Formlabs đã phát triển vật liệu TPU chuyên dụng cho dòng máy in SLS Fuse Series (dưới dạng bột TPU 90A), nhưng hiện tại vẫn chưa có công thức nhựa lỏng (resin) tương ứng cho loại vật liệu này. Tuy nhiên, bạn hoàn toàn có thể thay thế TPU sản xuất hàng loạt bằng các chi tiết in từ nhựa Elastic 50A Resin nếu cần độ mềm dẻo cao, hoặc sử dụng Flexible 80A Resin cho những bộ phận yêu cầu độ cứng nhỉnh hơn một chút.

Đặc tính	TPU (Ép phun tiêu chuẩn)	Formlabs TPU 90A (SLS)	Flexible 80A Resin (SLA)	Elastic 50A Resin (SLA)
Độ cứng Shore	50A – 95A	90A	80A	50A
Độ bền kéo giới hạn	25 – 45 MPa	8.7 MPa	8.9 MPa	3.4 MPa
Độ giãn dài khi đứt	300 – 600%	310%	120%	160%
Độ bền xé	30 – 100 kN/m	66 kN/m	24 kN/m	12 kN/m
Biến dạng nén	20 – 50%	59.9%	5.0%	3.1%
Notched Izod Impact (Độ bền va đập Izod)	TPU (Standard Injection Molded)	Formlabs TPU 90A (SLS)	Flexible 80A Resin (SLA)	Elastic 50A Resin (SLA)
HDT @ 0.45 MPa (Nhiệt độ biến dạng nhiệt)	50A – 95A	90A	80A	50A

PEEK 

Polyetheretherketone hay PEEK là một loại nhựa kỹ thuật hiệu suất cao, thường được dùng để thay thế kim loại trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, ô tô, y tế và các ngành tiện ích. Rất khó để thay thế PEEK chỉ bằng một loại vật liệu in 3D duy nhất bởi nó sở hữu hiệu suất quá toàn diện trên nhiều đặc tính khác nhau. Một vật liệu khác có cấu trúc khác biệt nhưng có liên quan là PEKK, dễ gia công hơn và vẫn chia sẻ nhiều đặc tính cực hạn tương tự như PEEK.

Tuy nhiên, nếu bạn đang tìm kiếm độ cứng tương đương PEEK và có thể đánh đổi một chút khả năng chịu va đập, Rigid 10K Resin là lựa chọn phù hợp. Nếu bạn cần khả năng chịu nhiệt cao như PEEK, thì High Temp Resin là phương án tốt nhất. Và nếu bạn cần tính tương thích sinh học của PEEK, dòng nhựa sinh học của Formlabs sẽ là lý tưởng, chẳng hạn như BioMed Clear Resin, BioMed White Resin, hoặc BioMed Black Resin.

Đặc tính	PEEK (Nguyên bản)	Rigid 10K Resin	High Temp Resin
Mô-đun kéo	3.6 – 4.0 GPa	11.0 GPa	2.8 GPa
Độ bền kéo	90 – 100 MPa	88 MPa	58 MPa
Độ giãn dài khi đứt	15 – 40%	0.7%	3.3%
Mô-đun uốn	3.7 GPa	9.9 GPa	2.6 GPa
Độ bền uốn	160 – 250°C*	238°C	238°C
Notched Izod Impact (Độ bền va đập)	PEEK (Unfilled)	Rigid 10K Resin	High Temp Resin
HDT @ 0.45 MPa (Nhiệt độ biến dạng)	3.6 – 4.0 GPa	11.0 GPa	2.8 GPa

Kết luận: Loại nhựa Formlabs nào có thể thay thế nhựa công nghiệp?

Các loại nhựa công nghiệp như ABS, PEEK và Polypropylene sẽ không sớm bị thay thế hoàn toàn bởi vật liệu in 3D bởi việc sản xuất chúng thông qua đúc ép phun, đúc thổi, tạo hình nhiệt và các quy trình sản xuất hàng loạt khác vẫn mang lại hiệu quả chi phí và năng suất cực kỳ cao.

Tuy nhiên, khi máy in 3D và vật liệu ngày càng trở nên tiên tiến và có khả năng kỹ thuật tốt hơn, các bộ phận in 3D đã có thể thay thế nhựa công nghiệp truyền thống trong nhiều kịch bản sử dụng cuối, từ hàng tiêu dùng cho đến các công cụ hỗ trợ sản xuất và mẫu thử chức năng.

Nhựa Formlabs là những lựa chọn thay thế tốt cho các vật liệu phổ biến này trong nhiều tình huống. Chúng đã được xây dựng công thức chuyên biệt và thử nghiệm nghiêm ngặt để đảm bảo có thể vận hành đúng như yêu cầu kỹ thuật.

Để tự mình trải nghiệm, hãy yêu cầu một mẫu in 3D miễn phí. Hoặc liên hệ với đội ngũ của chúng tôi để thảo luận về ứng dụng cụ thể của bạn và nhận mẫu in tùy chỉnh từ chính file thiết kế của bạn.