Invecchiamento UV dei materiali per la stampa 3D

Dei quattro materiali per la stampa 3D qui confrontati, l'ASA è il solo progettato per l'esposizione permanente a UV e agli agenti atmosferici in ambienti esterni; il PLA e il PETG standard non sono idonei a tale scopo. Sotto irraggiamento UV-C a breve termine, la classifica di questi ultimi due si inverte: dopo 24 ore a 254 nm, il PETG perde il 38 % della sua resistenza alla trazione, il PLA solo il 9 % [1]. "Resistente alla luce solare" e "resistente agli UV-C" non sono quindi proprietà intercambiabili.

Le parti in plastica stampate in 3D utilizzate all'aperto o sotto irraggiamento UV cambiano nel tempo: possono scolorire, diventare fragili o perdere resistenza. La causa è la radiazione ultravioletta (UV) ad alta energia, che può rompere i legami chimici nel polimero – un processo noto come invecchiamento fotossidativo. Si distinguono generalmente tre intervalli:

• UV-A (315–400 nm): la quota maggiore della luce UV solare, responsabile di un invecchiamento lento nell'arco di mesi e anni.
• UV-B (280–315 nm): la quota più energetica della luce solare, che accelera ulteriormente l'invecchiamento.
• UV-C (200–280 nm): in natura raggiunge a malapena la superficie terrestre, ma viene utilizzata deliberatamente nelle apparecchiature di disinfezione perché inattiva i microrganismi in modo particolarmente efficace – e, per lo stesso motivo, può attaccare le materie plastiche in modo particolarmente forte [8].

Ma quanto sono stabili i materiali comuni per la stampa 3D – PLA, TPU, PETG e ASA – nei confronti della luce UV e della radiazione UV-C? La panoramica seguente riassume ciò che può essere confermato da dati misurati e dove le evidenze restano ancora scarse.

Gli intervalli spettrali stessi sono trattati in dettaglio in Cos'è la radiazione UV?, i meccanismi di invecchiamento nei materiali in Invecchiamento UV, resistenza al colore e fotostabilità. La tecnologia di misura per il processo di stampa e post-polimerizzazione è trattata in misura UV per la produzione additiva e la stampa 3D.

Gli studi citati descrivono i danni UV in termini di tre grandezze meccaniche. Ciascuna di esse dice qualcosa di diverso:

• Resistenza alla trazione: la forza per unità di superficie che un pezzo sopporta prima di strapparsi. Una diminuzione della resistenza alla trazione dopo l'esposizione UV significa che il materiale è diventato più debole.
• Allungamento a rottura: quanto un materiale può essere allungato prima di rompersi. Un allungamento a rottura in diminuzione indica che un materiale sta diventando più fragile.
• Infragilimento: il polimero perde la sua elasticità e si rompe più facilmente – spesso un segno precoce e visibile di danno UV.

Dei quattro materiali confrontati, l'ASA è il più idoneo all'esposizione permanente a UV e agli agenti atmosferici; il PLA e il PETG standard non sono idonei a tale scopo. Un risultato centrale contrasta con l'aspettativa abituale: sotto irraggiamento UV-C controllato per 24 ore, il PETG perde una resistenza considerevolmente maggiore (−38 %) rispetto al PLA (−9 %) [1]. Ciò dimostra che "buono alla luce solare" non significa automaticamente "buono sotto UV-C" – i due tipi di radiazione agiscono in modo diverso sullo stesso polimero.

La tabella seguente mette a confronto il comportamento sotto invecchiamento naturale e il comportamento sotto irraggiamento UV-C. I valori UV-C per PLA e PETG provengono dalla stessa serie di prove e sono quindi direttamente comparabili; per TPU e ASA mancano misurazioni con metodologia comparabile.

Il PLA è il materiale di base nella stampa 3D: economico e facile da stampare, ma sensibile al calore e alla luce UV.

• Generalmente non stabile ai UV: infragilimento e scolorimento con uso prolungato all'esterno [2].
• Sotto UV-C (24 h, 10 W/m², 254 nm): nessun cambiamento visibile, resistenza a trazione −9,1 % (da 29,54 a 26,86 MPa), resistenza a compressione −13,1 %, modulo di Young praticamente invariato (−1,9 %, non statisticamente significativo) [1].
• Conclusione: l'esposizione UV-C a breve termine è tollerata relativamente bene dal punto di vista meccanico, mentre l'intemperie permanente all'esterno non lo è.

Il TPU è un materiale simile alla gomma, flessibile e che può essere piegato e allungato – ad esempio per guarnizioni o impugnature.

• Il TPU standard non è stabile ai UV [3].
• Con additivi UV – cariche come il biossido di titanio o l'ossido di zinco che assorbono la luce UV – la resistenza ai UV e la conservazione della resistenza alla trazione e dell'allungamento a rottura dopo l'invecchiamento UV migliorano notevolmente; la fonte non fornisce cifre specifiche [3].
• Non sono disponibili dati attendibili specifici per gli UV-C.

Il PETG è più tenace e più resistente agli urti del PLA e viene quindi spesso utilizzato per parti funzionali.

• Migliore resistenza agli agenti atmosferici rispetto al PLA, ma non progettato per un'esposizione UV permanente; può diventare gommoso e morbido sotto luce solare continua [4].
• Sotto UV-C (condizioni identiche al PLA): danno notevolmente maggiore rispetto al PLA – resistenza a trazione −38,1 % (da 31,30 a 19,48 MPa), resistenza a compressione −33,9 %, allungamento a rottura da 3,06 % a 1,36 % (grave infragilimento), ingiallimento visibile e perdita di lucentezza [1].
• Esistono varianti di PETG specificamente stabilizzate ai UV per applicazioni all'aperto (temperatura massima di esercizio continuo 70 °C), ma non sono le stesse del PETG standard per stampa 3D [5].

L'ASA è stato sviluppato specificamente per l'uso all'aperto ed è considerato il più resistente agli agenti atmosferici tra i materiali di stampa qui confrontati.

• Sviluppato specificamente per la resistenza ai raggi UV e agli agenti atmosferici: il componente in gomma sensibile ai raggi UV dell'ABS viene sostituito da un estere acrilico più stabile ai raggi UV [2].
• Conserva circa l'85 % della sua resistenza alla trazione dopo 2.000 ore di irraggiamento UV nel test di laboratorio secondo ASTM G154 [6].
• Test all'aperto di 122 giorni: nessuna perdita significativa delle proprietà sotto esposizione UV intensa [7].
• Non sono disponibili misurazioni quantificate specifiche per gli UV-C. Un'affermazione di laboratorio di 100 h di irraggiamento UV-C diretto senza variazioni percepibili è plausibile data la robustezza generale ai raggi UV, ma non è metodologicamente comparabile con lo studio su PLA/PETG.

I valori UV-C per PLA e PETG provengono da una serie di prove pubblicata su Polymers nel 2021 [1]. I provini stampati sono stati irraggiati per 24 ore a 254 nm e 10 W/m², con una temperatura del pannello posteriore di 50 °C; i campioni sono stati poi raffreddati per quattro ore a temperatura ambiente prima di eseguire le prove di trazione e compressione. Il documento indica la camera di irraggiamento UV BS-02 di Opsytec Dr. Gröbel come apparecchiatura di irraggiamento utilizzata.

Due aspetti determinano se tali valori possano essere trasferiti alla propria applicazione. In primo luogo, essi si riferiscono all'irradianza misurata nella posizione del campione e alla dose che ne deriva, non a un'impostazione dell'apparecchiatura – senza misurazione, le esposizioni non sono confrontabili. In secondo luogo, si applicano a provini con uno spessore di strato, un orientamento e un riempimento definiti; lo spessore della parete, il rapporto di riempimento e la pigmentazione del colore modificano notevolmente il risultato. Chiunque debba dimostrare la resistenza UV di un componente specifico deve quindi testarlo nel proprio allestimento: le camere di irraggiamento UV forniscono le condizioni al contorno riproducibili, le norme e le linee guida pertinenti il quadro di riferimento per le condizioni di prova.

• Uso permanente all'esterno con elevata esposizione UV: preferire l'ASA.
• Ciclli di disinfezione UV-C brevi o ricorrenti dell'ordine di ore: nell'unico studio comparativo disponibile, il PLA mostra perdite meccaniche inferiori rispetto al PETG standard.
• ASA sotto UV-C: mancano ancora dati con metodologia comparabile a PLA e PETG. Per componenti rilevanti per la sicurezza, è consigliabile testarli personalmente, ad esempio in una camera di irraggiamento UV-C.
• TPU: utilizzare per applicazioni all'esterno e UV solo con additivi stabilizzanti UV.

I componenti che non sono stampati ma incollati o colati sono soggetti a proprie condizioni al contorno; questi sono trattati in adesivi, rivestimenti e composti di colata a polimerizzazione 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).

Stato editoriale: 3 settembre 2026.

Se una parte stampata resiste all'esposizione UV del suo luogo di utilizzo lo si stabilisce solo con un test con irraggiamento definito e una dose misurata. Vi forniamo la tecnologia di misura necessaria: camere di irraggiamento UV come la BS-02 per test di invecchiamento riproducibili in laboratorio, lo spettroradiometro UVpad e il Radiometro RMD Pro per misurare spettro, irradianza e dose direttamente sulla parte. Inviateci la vostra domanda.