Ne každý filament je vhodný pro dlouhodobé použití venku. Sluneční záření, změny teplot, déšť, vlhkost a další povětrnostní vlivy mohou postupně měnit vzhled i mechanické vlastnosti 3D výtisku. Jednou z nejdůležitějších vlastností materiálu pro venkovní použití je proto jeho odolnost vůči UV záření.
Za typický materiál s velmi dobrou UV odolností se považuje ASA. Existují však i další polymery s dobrou nebo vysokou odolností vůči UV záření. U některých z nich přitom nestačí znát pouze název polymeru – například označení PC, TPU nebo PA automaticky neznamená, že každý filament z tohoto materiálu bude vhodný pro dlouhodobé venkovní použití.
Co znamená UV stabilita filamentu?
UV záření může postupně narušovat strukturu polymeru. Výsledkem nemusí být pouze změna barvy. Dlouhodobá expozice může ovlivnit také povrch a mechanické vlastnosti vytištěného dílu.
U materiálu s dobrou UV stabilitou očekáváme, že si při venkovním použití bude po dlouhou dobu zachovávat své původní vlastnosti a že působení slunečního záření nebude způsobovat jejich rychlou degradaci.
UV stabilita se může projevit například tím, že výtisk:
- výrazně nežloutne,
- neztrácí rychle původní barvu a nebledne,
- nekřehne působením slunečního záření,
- neztrácí výrazně svoji pevnost,
- u pružných materiálů si zachovává potřebnou elasticitu,
- na povrchu se nadměrně nedrolí nebo nepraská,
- nedochází k rychlému narušování soudržnosti materiálu a vrstev výtisku.
UV odolnost neznamená, že se materiál venku nikdy nezmění. Jde o schopnost zpomalit degradaci způsobenou UV zářením a dlouhodoběji zachovat vzhled i funkční vlastnosti výrobku.
Které filamenty mají dobrou UV odolnost?
| Materiál | UV odolnost | Na co si dát pozor |
|---|---|---|
| ASA | Velmi dobrá | Jedna z nejběžnějších voleb pro venkovní 3D tisk. |
| PVDF | Velmi vysoká | Velmi dobrá odolnost vůči UV, povětrnosti a řadě chemických látek. |
| PMMA | Velmi vysoká | Dobrá dlouhodobá stálost vzhledu a odolnost proti žloutnutí. |
| PPS | Dobrá až velmi dobrá | Vhodnost je potřeba ověřit podle konkrétního filamentu a údajů výrobce. |
| PEEK | Dobrá až velmi dobrá | Záleží na konkrétní receptuře, pigmentaci a deklaraci výrobce. |
| PC | Proměnlivá | Označení PC samo o sobě neznamená vysokou UV odolnost. Hledejte UV stabilizované varianty. |
| TPU | Proměnlivá | Za UV odolné považujeme pouze vhodné formulace nebo UV stabilizované TPU. |
| PA / Nylon | Proměnlivá | Existují UV stabilizované varianty. Samotné označení Nylon nebo PA nestačí. |
| PP | Závisí na stabilizaci | Pro dlouhodobý exteriér vybírejte konkrétní UV stabilizovanou variantu. |
| PETG / PCTG / CPE | Závisí na konkrétní formulaci | Nezařazujeme automaticky mezi vysoce UV odolné. Sledujte údaje výrobce. |
| ABS | Spíše nižší | Pro dlouhodobý exteriér bývá vhodnější ASA nebo speciálně UV stabilizovaná varianta. |
| PLA | Omezená | Pro dlouhodobě namáhané venkovní díly obvykle není první volbou, důležitá je také jeho tepelná odolnost. |
ASA – univerzální volba pro venkovní 3D tisk
ASA patří mezi nejčastěji používané filamenty pro venkovní aplikace. Má dobrou odolnost vůči UV záření a povětrnostním podmínkám a současně nabízí mechanické vlastnosti vhodné pro řadu funkčních výrobků.
Používá se například pro kryty, držáky, venkovní konstrukční součásti, automobilové díly, komponenty zahradní techniky nebo výrobky dlouhodobě vystavené slunečnímu záření.
PVDF – velmi vysoká UV a povětrnostní odolnost
PVDF patří mezi polymery s velmi vysokou odolností vůči UV záření a povětrnostním vlivům. K jeho výhodám patří také velmi dobrá chemická odolnost.
PVDF může být vhodné pro náročnější venkovní a průmyslové aplikace, kde musí díl současně odolávat slunečnímu záření, povětrnosti a chemickému prostředí.
PMMA – vysoká odolnost proti UV a žloutnutí
PMMA, známé také jako akrylát, má velmi dobrou přirozenou odolnost vůči UV záření. Je známé schopností dlouhodobě zachovávat vzhled a optické vlastnosti při venkovním použití.
PMMA filamenty nejsou v 3D tisku tak rozšířené jako PLA, PETG nebo ASA, z hlediska samotného polymeru jde však o velmi zajímavý materiál pro aplikace vystavené slunečnímu záření.
PPS a PEEK pro náročné aplikace
PPS a PEEK patří mezi vysoce výkonné technické polymery. Vedle vysoké teplotní a chemické odolnosti mohou mít některé jejich varianty také velmi dobrou odolnost vůči povětrnostním vlivům a UV záření.
Ani zde však není vhodné přisuzovat stejné vlastnosti automaticky všem filamentům daného typu. Rozhodující je konkrétní složení, pigmentace, výztuž a údaje výrobce.
PC není automaticky UV odolný
U polykarbonátu je důležité rozlišovat mezi obecnými vlastnostmi polymeru a vlastnostmi konkrétní receptury.
PC je známý vysokou pevností, houževnatostí a dobrou tepelnou odolností. Tyto vlastnosti však automaticky neznamenají vysokou dlouhodobou odolnost vůči UV záření.
Existují speciální UV stabilizované polykarbonáty určené pro venkovní použití. Pokud má být PC filament použit dlouhodobě venku, doporučujeme zkontrolovat, zda výrobce konkrétního materiálu UV stabilitu skutečně deklaruje.
Označení PC tedy samo o sobě nestačí k zařazení filamentu mezi UV odolné materiály.
Stejné pravidlo platí pro TPU a Nylon
Také u TPU nebo polyamidů se vlastnosti jednotlivých formulací výrazně liší. Existují UV stabilizované TPU i speciální varianty nylonů určené pro venkovní a průmyslové použití.
Současně však není správné označit automaticky každý TPU nebo PA filament jako UV odolný.
Pokud výrobce uvádí například UV resistant, UV stabilized, weather resistant nebo vhodnost pro outdoor použití, máme výrazně lepší podklad pro použití materiálu v exteriéru.
Má barva filamentu vliv na UV odolnost?
Ano. Pigmenty a další přísady mohou chování polymeru při působení UV záření výrazně ovlivnit.
Například carbon black může polymer chránit před UV zářením, a proto mohou být některé černé varianty stejného polymeru odolnější než světlé nebo přírodní varianty.
Neplatí však jednoduché pravidlo, že každý černý filament je automaticky UV stabilní. Rozhodující zůstává základní polymer, množství a typ pigmentu, další stabilizátory a celková receptura materiálu.
Venkovní použití není jen otázkou UV záření
Při výběru materiálu pro venkovní použití je chyba řešit pouze UV stabilitu. Stejně důležitá může být teplotní odolnost, vlhkost, voda, chemické látky a mechanické zatížení.
V našich zeměpisných podmínkách může být výrobek během roku vystaven teplotám přibližně od zimních hodnot pod bodem mrazu až po letní teploty kolem 40 °C.
Samotná teplota vzduchu navíc nemusí odpovídat teplotě vytištěného dílu.
Tmavý výtisk může být na slunci výrazně teplejší než okolní vzduch
Tmavé povrchy absorbují více slunečního záření a mohou se výrazně zahřívat. Výrobek vystavený přímému slunci proto může dosáhnout podstatně vyšší povrchové teploty než okolní vzduch.
Ještě výraznější situace může nastat, pokud se plastový díl dotýká kovového povrchu.
Představme si například černý 3D tištěný držák položený nebo připevněný k tmavému kovovému parapetu. Kov vystavený přímému letnímu slunci akumuluje teplo a může ho následně přenášet přímo do plastového výrobku.
V takovém případě už nemusí být rozhodující pouze UV odolnost. Materiál musí mít také dostatečnou tepelnou odolnost proti měknutí a deformaci.
Teplotní odolnost hodnotíme podle konkrétní aplikace
Při výběru filamentu sledujte podle dostupných technických údajů například:
- dlouhodobou provozní teplotu,
- teplotu průhybu pod zatížením – HDT,
- Vicatovu teplotu měknutí,
- mechanické zatížení výrobku při zvýšené teplotě.
Tyto hodnoty nejsou totožné a nelze je mezi sebou jednoduše zaměňovat. Pro skutečné použití je potřeba zohlednit způsob zatížení konkrétního výrobku.
Pomůže ochranný lak proti UV záření?
Ano. Také u materiálu, který sám o sobě nemá vysokou UV stabilitu, lze venkovní životnost výtisku v některých případech prodloužit pomocí vhodného ochranného nátěru s UV ochranou.
Lak nebo jiná povrchová úprava může omezit množství UV záření dopadajícího přímo na polymer a zpomalit blednutí, žloutnutí nebo degradaci povrchu.
Před aplikací je potřeba ověřit kompatibilitu nátěru s konkrétním polymerem a jeho přilnavost k povrchu výtisku.
Ochranný UV nátěr však nezvyšuje základní tepelnou odolnost polymeru. Pokud například materiál při určité teplotě měkne, samotný UV lak tuto vlastnost zásadně nezmění.
Jak tedy vybrat filament pro venkovní použití?
Před výběrem materiálu doporučujeme odpovědět alespoň na několik základních otázek:
- Bude výrobek vystaven přímému slunečnímu záření?
- Bude venku několik hodin, několik měsíců nebo dlouhodobě několik let?
- Jakým minimálním a maximálním teplotám může být vystaven?
- Bude umístěn na tmavém nebo kovovém povrchu, který se může výrazně zahřívat?
- Bude vystaven dešti, sněhu, kondenzaci nebo dlouhodobé vlhkosti?
- Bude přicházet do kontaktu s oleji, čisticími prostředky nebo jinými chemikáliemi?
- Bude výrobek mechanicky zatížen?
- Je důležité dlouhodobé zachování barvy a vzhledu?
Teprve kombinací těchto požadavků lze zvolit materiál, který bude vhodný pro konkrétní venkovní aplikaci.
ASA není jediný UV odolný filament
ASA je velmi dobrá a praktická volba pro mnoho venkovních 3D výtisků, není však jediným UV odolným materiálem.
Velmi vysokou UV odolnost může nabídnout například PVDF nebo PMMA. Pro náročné technické aplikace mohou připadat v úvahu PPS, PEEK a další vysoce výkonné polymery. U PC, TPU, PA, PP, PETG, PCTG a dalších materiálů je potřeba posuzovat konkrétní recepturu a deklaraci výrobce.
Pokud výrobce UV stabilitu konkrétního filamentu nedeklaruje, není vhodné ji automaticky předpokládat pouze podle názvu polymeru.
Potřebujete vybrat filament pro venkovní použití?
Pokud si nejste jistí vhodným materiálem, kontaktujte nás a popište nám podmínky použití výsledného dílu. Pomůže nám zejména informace o délce venkovní expozice, maximální a minimální teplotě, mechanickém zatížení, kontaktu s vodou nebo chemikáliemi a požadované životnosti výrobku.
Podle konkrétní aplikace lze následně hledat materiál s vhodnou kombinací UV, teplotní, chemické a mechanické odolnosti.