Vieillissement UV des matériaux d'impression 3D

Parmi les quatre matériaux d'impression 3D comparés ici, l'ASA est le seul conçu pour une exposition permanente aux UV et aux intempéries en extérieur ; le PLA et le PETG standard ne s'y prêtent pas. Sous irradiation UV-C à court terme, le classement de ces deux derniers s'inverse : après 24 heures à 254 nm, le PETG perd 38 % de sa résistance à la traction, le PLA seulement 9 % [1]. « Résistant à la lumière du soleil » et « résistant aux UV-C » ne sont donc pas des propriétés interchangeables.

Les pièces en plastique imprimées en 3D utilisées en extérieur ou sous irradiation UV évoluent avec le temps : elles peuvent se décolorer, devenir fragiles ou perdre en résistance. La cause en est le rayonnement ultraviolet (UV) à haute énergie, qui peut rompre les liaisons chimiques du polymère – un processus appelé vieillissement photo-oxydatif. On distingue globalement trois plages :

• UV-A (315–400 nm) : la plus grande part de la lumière UV solaire, responsable d'un vieillissement lent sur des mois et des années.
• UV-B (280–315 nm) : la part la plus énergétique de la lumière solaire, accélérant encore le vieillissement.
• UV-C (200–280 nm) : atteint à peine la surface de la Terre dans la nature, mais est utilisé délibérément dans les équipements de désinfection car il inactive les micro-organismes particulièrement efficacement – et, pour la même raison, peut attaquer les plastiques de façon particulièrement forte [8].

Mais dans quelle mesure les matériaux d'impression 3D courants – PLA, TPU, PETG et ASA – sont-ils stables face à la lumière UV et au rayonnement UV-C ? L'aperçu suivant résume ce qui peut être étayé par des données mesurées et ce qui reste peu documenté.

Les plages spectrales elles-mêmes sont traitées en détail dans Qu'est-ce que le rayonnement UV ?, les mécanismes de vieillissement des matériaux dans Vieillissement UV, tenue des couleurs et photostabilité. La technique de mesure pour le processus d'impression et de post-polymérisation est traitée dans mesure UV pour la fabrication additive et l'impression 3D.

Les études citées décrivent les dommages causés par les UV à l'aide de trois grandeurs mécaniques. Chacune d'elles indique quelque chose de différent :

• Résistance à la traction : la force par unité de surface qu'une pièce supporte avant de se déchirer. Une baisse de la résistance à la traction après une exposition aux UV signifie que le matériau s'est affaibli.
• Allongement à la rupture : la distance sur laquelle un matériau peut être étiré avant de se rompre. Une diminution de l'allongement à la rupture indique qu'un matériau devient plus cassant.
• Fragilisation : le polymère perd son élasticité et se casse plus facilement – souvent un signe précoce visible de dommage UV.

Sur les quatre matériaux comparés, l'ASA est le mieux adapté à une exposition permanente aux UV et aux intempéries ; le PLA et le PETG standard ne conviennent pas à cet usage. Un constat central va à l'encontre de l'attente habituelle : sous irradiation UV-C contrôlée pendant 24 heures, le PETG perd nettement plus de résistance (−38 %) que le PLA (−9 %) [1]. Cela montre que « bon sous la lumière du soleil » ne signifie pas automatiquement « bon sous UV-C » – les deux types de rayonnement agissent différemment sur le même polymère.

Le tableau suivant met en parallèle le comportement sous vieillissement naturel et le comportement sous irradiation UV-C. Les valeurs UV-C pour le PLA et le PETG proviennent de la même série d'essais et sont donc directement comparables ; pour le TPU et l'ASA, des mesures de méthodologie comparable font défaut.

Le PLA est le matériau d'entrée de gamme en impression 3D : peu coûteux et facile à imprimer, mais sensible à la chaleur et à la lumière UV.

• Généralement peu stable aux UV : fragilisation et décoloration en cas d'utilisation prolongée en extérieur [2].
• Sous UV-C (24 h, 10 W/m², 254 nm) : aucun changement visible, résistance à la traction −9,1 % (29,54 à 26,86 MPa), résistance à la compression −13,1 %, module de Young pratiquement inchangé (−1,9 %, non significatif statistiquement) [1].
• Conclusion : une exposition UV-C de courte durée est comparativement bien tolérée sur le plan mécanique, contrairement à un vieillissement permanent en extérieur.

Le TPU est un matériau caoutchouteux et flexible qui peut être plié et étiré – pour des joints ou des poignées, par exemple.

• Le TPU standard n'est pas stable aux UV [3].
• Avec des additifs UV – des charges telles que le dioxyde de titane ou l'oxyde de zinc qui absorbent la lumière UV – la résistance aux UV ainsi que le maintien de la résistance à la traction et de l'allongement à la rupture après vieillissement UV s'améliorent nettement ; la source ne donne pas de chiffres précis [3].
• Aucune donnée fiable spécifique aux UV-C n'est disponible.

Le PETG est plus résistant et plus tenace aux chocs que le PLA et est donc souvent utilisé pour des pièces fonctionnelles.

• Meilleure résistance aux intempéries que le PLA, mais non conçu pour une exposition UV permanente ; peut devenir caoutchouteux et mou sous un ensoleillement continu [4].
• Sous UV-C (conditions identiques au PLA) : dommages nettement plus importants que pour le PLA – résistance à la traction −38,1 % (31,30 à 19,48 MPa), résistance à la compression −33,9 %, allongement à la rupture de 3,06 % à 1,36 % (fragilisation sévère), jaunissement visible et perte de brillance [1].
• Il existe des qualités de PETG spécialement stabilisées aux UV pour les applications extérieures (température de service continue maximale de 70 °C), mais elles ne sont pas identiques au PETG standard pour l'impression 3D [5].

L'ASA a été spécialement développé pour une utilisation en extérieur et est considéré comme le plus résistant aux intempéries des matériaux d'impression comparés ici.

• Conçu spécifiquement pour la résistance aux UV et aux intempéries : le composant caoutchouc sensible aux UV de l'ABS est remplacé par un ester acrylique plus stable aux UV [2].
• Conserve environ 85 % de sa résistance à la traction après 2 000 heures d'irradiation UV lors de l'essai en laboratoire selon ASTM G154 [6].
• Essai en extérieur de 122 jours : aucune perte significative de propriétés sous exposition UV intense [7].
• Aucune mesure quantifiée spécifique aux UV-C n'est disponible. Une déclaration de laboratoire faisant état de 100 h d'irradiation UV-C directe sans changement perceptible est plausible compte tenu de la robustesse générale aux UV, mais elle n'est pas comparable sur le plan méthodologique à l'étude PLA/PETG.

Les valeurs UV-C pour le PLA et le PETG proviennent d'une série d'essais publiée dans Polymers en 2021 [1]. Les éprouvettes imprimées ont été irradiées pendant 24 heures à 254 nm et 10 W/m², avec une température de panneau arrière de 50 °C ; les échantillons ont ensuite refroidi pendant quatre heures à température ambiante avant que des essais de traction et de compression ne soient réalisés. L'article cite la chambre d'irradiation UV BS-02 d'Opsytec Dr. Gröbel comme équipement d'irradiation utilisé.

Deux points déterminent si de telles valeurs peuvent être transférées à votre propre application. Premièrement, elles se réfèrent à l'éclairement énergétique mesuré à la position de l'échantillon et à la dose qui en résulte, et non à un réglage d'appareil – sans mesure, les expositions ne sont pas comparables. Deuxièmement, elles s'appliquent à des éprouvettes ayant une épaisseur de couche, une orientation et un taux de remplissage définis ; l'épaisseur de paroi, le taux de remplissage et la pigmentation colorée modifient considérablement le résultat. Quiconque doit démontrer la résistance aux UV d'une pièce spécifique doit donc la tester dans son propre montage : les chambres d'irradiation UV fournissent les conditions limites reproductibles, les normes et directives pertinentes le cadre des conditions d'essai.

• Utilisation extérieure permanente avec exposition UV élevée : privilégiez l'ASA.
• Cycles de désinfection UV-C courts ou récurrents de l'ordre de quelques heures : dans la seule étude comparative disponible, le PLA présente des pertes mécaniques plus faibles que le PETG standard.
• ASA sous UV-C : des données de méthodologie comparable à celles du PLA et du PETG font encore défaut ici. Pour les pièces critiques en matière de sécurité, il est conseillé de les tester vous-même, par exemple dans une chambre d'irradiation UV-C.
• TPU : à utiliser pour les applications extérieures et UV uniquement avec des additifs stabilisants UV.

Les pièces qui ne sont pas imprimées mais collées ou surmoulées sont soumises à leurs propres conditions limites ; celles-ci sont traitées dans adhésifs, revêtements et masses d'enrobage à polymérisation UV.

1. Amza CG, Zapciu A, Baciu F, Vasile MI, Popescu D: Aging of 3D Printed Polymers under Sterilizing UV-C Radiation. Polymers 13(24):4467, 2021.
2. Spectrum Filaments : ASA 275 Explained – The Right Filament for Outdoor Use.
3. Wang A, Guo J, Shao C, Chen C : Flexible Thermoplastic Polyurethane Composites with Ultraviolet Resistance for Fused Deposition Modeling 3D Printing. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2024.
4. Makelab : PETG vs. ASA.
5. Noltewerk : PETG UV technical data sheet (PDF).
6. Forge Labs : ASA Material Properties.
7. Habr : 122-day comparative UV test on 3D printing materials.
8. Teska P (NIST) : Damage to Common Healthcare Polymer Surfaces from UV-C Exposure (PDF).

État de la rédaction : 3 septembre 2026.

La question de savoir si une pièce imprimée résiste à l'exposition UV de son lieu d'utilisation ne trouve de réponse qu'au moyen d'un essai avec une irradiation définie et une dose mesurée. Nous fournissons la technique de mesure nécessaire : des chambres d'irradiation UV telles que la BS-02 pour des essais de vieillissement reproductibles en laboratoire, le spectroradiomètre UVpad et le Radiomètre RMD Pro pour mesurer le spectre, l'éclairement énergétique et la dose directement sur la pièce. Envoyez-nous votre question.