Starzenie UV materiałów do druku 3D

Spośród czterech porównywanych tutaj materiałów do druku 3D wyłącznie ASA jest przeznaczony do trwałej ekspozycji na promieniowanie UV i warunki atmosferyczne na zewnątrz; PLA i standardowy PETG nie nadają się do tego celu. W przypadku krótkotrwałego napromieniowania UV-C kolejność tych dwóch ostatnich materiałów się odwraca: po 24 godzinach przy 254 nm PETG traci 38 % wytrzymałości na rozciąganie, a PLA jedynie 9 % [1]. „Odporność na światło słoneczne" i „odporność na UV-C" nie są zatem właściwościami wymiennymi.

Elementy z tworzyw sztucznych drukowane w technologii 3D, używane na zewnątrz lub poddawane napromieniowaniu UV, zmieniają się z czasem: mogą blaknąć, stawać się kruche lub tracić wytrzymałość. Przyczyną jest wysokoenergetyczne promieniowanie ultrafioletowe (UV), które może rozrywać wiązania chemiczne w polimerze – proces ten nazywany jest starzeniem fotooksydacyjnym. Wyróżnia się ogólnie trzy zakresy:

• UV-A (315–400 nm): największy udział promieniowania UV Słońca, odpowiedzialny za powolne starzenie w skali miesięcy i lat.
• UV-B (280–315 nm): bardziej energetyczny udział światła słonecznego, dodatkowo przyspieszający starzenie.
• UV-C (200–280 nm): w warunkach naturalnych ledwo dociera do powierzchni Ziemi, jednak jest celowo wykorzystywane w urządzeniach dezynfekujących, ponieważ szczególnie skutecznie inaktywuje mikroorganizmy – a z tego samego powodu może szczególnie silnie atakować tworzywa sztuczne [8].

Jak jednak stabilne są powszechnie stosowane materiały do druku 3D – PLA, TPU, PETG i ASA – wobec światła UV i promieniowania UV-C? Poniższe zestawienie podsumowuje, co można potwierdzić danymi pomiarowymi, a gdzie dowody pozostają skąpe.

Same zakresy widmowe są szczegółowo omówione w artykule Czym jest promieniowanie UV?, mechanizmy starzenia materiałów w artykule Starzenie UV, trwałość barw i fotostabilność. Technika pomiarowa dla procesu druku i utwardzania końcowego jest omówiona w artykule Pomiary UV dla wytwarzania przyrostowego i druku 3D.

Cytowane badania opisują uszkodzenia UV za pomocą trzech wielkości mechanicznych. Każda z nich mówi coś innego:

• Wytrzymałość na rozciąganie: siła na jednostkę powierzchni, którą element wytrzymuje, zanim się rozerwie. Spadek wytrzymałości na rozciąganie po ekspozycji na promieniowanie UV oznacza, że materiał stał się słabszy.
• Wydłużenie przy zerwaniu: jak bardzo materiał można rozciągnąć, zanim się zerwie. Malejące wydłużenie przy zerwaniu wskazuje, że materiał staje się coraz bardziej kruchy.
• Kruchość: polimer traci elastyczność i łatwiej się łamie – często jest to widoczny wczesny objaw uszkodzenia UV.

Spośród czterech porównywanych materiałów ASA najlepiej nadaje się do stałej ekspozycji na promieniowanie UV i warunki atmosferyczne; PLA i standardowy PETG nie są do tego odpowiednie. Jeden z kluczowych wniosków przeczy zwykłym oczekiwaniom: pod kontrolowanym napromieniowaniem UV-C przez 24 godziny PETG traci znacznie więcej wytrzymałości (−38 %) niż PLA (−9 %) [1]. Pokazuje to, że „dobry w świetle słonecznym" nie oznacza automatycznie „dobry pod UV-C" – oba rodzaje promieniowania oddziałują inaczej na ten sam polimer.

Poniższa tabela przedstawia zachowanie pod wpływem naturalnych warunków atmosferycznych w porównaniu z zachowaniem pod wpływem napromieniowania UV-C. Wartości UV-C dla PLA i PETG pochodzą z tej samej serii testów, dlatego są bezpośrednio porównywalne; dla TPU i ASA brakuje pomiarów o porównywalnej metodyce.

PLA jest materiałem podstawowym w druku 3D: tani i łatwy w drukowaniu, ale wrażliwy na ciepło i światło UV.

• Ogólnie niestabilny pod wpływem UV: kruchość i przebarwienia przy dłuższym stosowaniu na zewnątrz [2].
• Pod wpływem UV-C (24 h, 10 W/m², 254 nm): brak widocznych zmian, wytrzymałość na rozciąganie −9,1 % (od 29,54 do 26,86 MPa), wytrzymałość na ściskanie −13,1 %, moduł Younga praktycznie niezmieniony (−1,9 %, nieistotne statystycznie) [1].
• Wniosek: krótkotrwałe napromieniowanie UV-C jest pod względem mechanicznym stosunkowo dobrze tolerowane, natomiast trwałe działanie warunków atmosferycznych na zewnątrz już nie.

TPU to gumopodobny, elastyczny materiał, który można zginać i rozciągać – na przykład do uszczelek lub uchwytów.

• Standardowy TPU nie jest stabilny na UV [3].
• Z dodatkami UV – wypełniaczami takimi jak dwutlenek tytanu lub tlenek cynku, które absorbują światło UV – odporność na UV oraz zachowanie wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu po starzeniu UV znacząco się poprawiają; źródło nie podaje konkretnych wartości [3].
• Brak wiarygodnych danych specyficznych dla UV-C.

PETG jest bardziej wytrzymały i odporny na uderzenia niż PLA, dlatego często stosuje się go do części funkcjonalnych.

• Lepsza odporność na warunki atmosferyczne niż PLA, ale nie jest przeznaczony do stałej ekspozycji na promieniowanie UV; pod wpływem ciągłego działania światła słonecznego może stać się gumowaty i miękki [4].
• Pod wpływem promieniowania UV-C (warunki identyczne jak dla PLA): znacznie większe uszkodzenia niż w przypadku PLA – wytrzymałość na rozciąganie −38,1% (od 31,30 do 19,48 MPa), wytrzymałość na ściskanie −33,9%, wydłużenie przy zerwaniu od 3,06% do 1,36% (poważne wykruszanie), widoczne żółknięcie i utrata połysku [1].
• Istnieją specjalnie stabilizowane UV gatunki PETG do zastosowań zewnętrznych (maksymalna ciągła temperatura pracy 70 °C), jednak nie są one tożsame ze standardowym PETG do druku 3D [5].

ASA został opracowany specjalnie do zastosowań zewnętrznych i jest uważany za najbardziej odporny na warunki atmosferyczne z porównywanych tu materiałów do druku.

• Opracowany specjalnie pod kątem odporności na UV i warunki atmosferyczne: wrażliwy na UV kauczukowy składnik ABS zastąpiono bardziej stabilnym na UV estrem akrylowym [2].
• Zachowuje około 85 % wytrzymałości na rozciąganie po 2 000 godzin napromieniowania UV w teście laboratoryjnym zgodnym z ASTM G154 [6].
• 122-dniowy test zewnętrzny: brak istotnej utraty właściwości pod wpływem intensywnego napromieniowania UV [7].
• Brak dostępnych zmierzonych wartości specyficznych dla UV-C. Stwierdzenie laboratoryjne o 100 h bezpośredniego napromieniowania UV-C bez zauważalnej zmiany jest wiarygodne, biorąc pod uwagę ogólną odporność na UV, jednak nie jest metodologicznie porównywalne z badaniem PLA/PETG.

Wartości UV-C dla PLA i PETG pochodzą z serii testów opublikowanej w czasopiśmie Polymers w 2021 roku [1]. Wydrukowane próbki były napromieniowywane przez 24 godziny przy 254 nm i 10 W/m², z temperaturą panelu tylnego 50 °C; następnie próbki chłodzono przez cztery godziny w temperaturze pokojowej, zanim przeprowadzono badania rozciągania i ściskania. W publikacji jako zastosowany sprzęt napromieniowania wskazano komorę napromieniowania UV BS-02 firmy Opsytec Dr. Gröbel.

O tym, czy takie wartości można przenieść na własne zastosowanie, decydują dwa punkty. Po pierwsze, odnoszą się one do zmierzonego natężenia napromienienia w miejscu położenia próbki oraz wynikającej z niego dawki, a nie do ustawienia urządzenia – bez pomiaru ekspozycje nie są porównywalne. Po drugie, odnoszą się do próbek o określonej grubości warstwy, orientacji i wypełnieniu; grubość ścianki, stopień wypełnienia oraz pigmentacja kolorystyczna znacząco zmieniają wynik. Dlatego każdy, kto musi wykazać odporność UV konkretnej części, testuje ją w swoim własnym układzie: komory napromieniowania UV zapewniają powtarzalne warunki brzegowe, a odpowiednie normy i wytyczne ramy dla warunków badania.

• Stałe użytkowanie na zewnątrz przy wysokiej ekspozycji UV: preferowane jest ASA.
• Krótkie lub powtarzające się cykle dezynfekcji UV-C rzędu godzin: w jedynym dostępnym badaniu porównawczym PLA wykazuje mniejsze straty mechaniczne niż standardowy PETG.
• ASA pod wpływem UV-C: nadal brakuje tutaj danych o metodologii porównywalnej do PLA i PETG. W przypadku części istotnych dla bezpieczeństwa zaleca się przeprowadzenie własnych testów, na przykład w komorze napromieniowania UV-C.
• TPU: do zastosowań na zewnątrz i w warunkach UV stosować wyłącznie z dodatkami stabilizującymi UV.

Części, które nie są drukowane, lecz klejone lub zalewane, podlegają odrębnym warunkom brzegowym; zostały one omówione w utwardzanych UV klejach, powłokach i masach zalewowych.

1. Amza CG, Zapciu A, Baciu F, Vasile MI, Popescu D: Starzenie wydruków 3D z polimerów pod wpływem sterylizującego promieniowania UV-C. Polymers 13(24):4467, 2021.
2. Spectrum Filaments: ASA 275 wyjaśnione – właściwy filament do zastosowań zewnętrznych.
3. Wang A, Guo J, Shao C, Chen C: Elastyczne kompozyty termoplastycznego poliuretanu odporne na promieniowanie ultrafioletowe do druku 3D metodą modelowania osadzania topionego materiału. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2024.
4. Makelab: PETG a ASA.
5. Noltewerk: Karta danych technicznych PETG UV (PDF).
6. Forge Labs: Właściwości materiału ASA.
7. Habr: 122-dniowy porównawczy test UV materiałów do druku 3D.
8. Teska P (NIST): Uszkodzenia powszechnych powierzchni polimerowych stosowanych w opiece zdrowotnej pod wpływem ekspozycji na promieniowanie UV-C (PDF).

Stan redakcyjny: 3 września 2026 r.

Odpowiedź na pytanie, czy drukowany element wytrzyma ekspozycję UV w miejscu użytkowania, daje wyłącznie badanie z określonym napromieniowaniem i zmierzoną dawką. Dostarczamy do tego technikę pomiarową: komory napromieniowania UV, takie jak BS-02 do powtarzalnych testów starzeniowych w laboratorium, spektroradiometr UVpad oraz Radiometr RMD Pro do pomiaru widma, natężenia napromienienia i dawki bezpośrednio na elemencie. Prosimy o przesłanie do nas Państwa pytania.