3D 列印材料的紫外線老化

在此比較的四種 3D 列印材料中，只有 ASA 是設計用於長期在戶外承受紫外線與風化曝露的材料；PLA 與標準 PETG 並不適用於此用途。然而在短時間的 UV-C 照射下，後兩者的排名則正好相反：在 254 nm 下照射 24 小時後，PETG 的抗拉強度會下降 38%，而 PLA 僅下降 9% [1]。因此「耐日照」與「耐 UV-C」並非可互換的特性。

用於戶外或會受到紫外線照射的 3D 列印塑膠零件，會隨時間而發生變化：可能褪色、變脆或強度下降。其原因在於高能量的紫外線（UV）輻射，可能破壞聚合物中的化學鍵結——此過程稱為光氧化老化。大致可區分為三個範圍：

• UV-A（315 至 400 nm）：陽光中紫外線佔比最大的部分，會造成歷經數月至數年的緩慢老化。
• UV-B（280 至 315 nm）：陽光中能量較高的部分，會進一步加速老化。
• UV-C（200 至 280 nm）：在自然狀態下幾乎無法到達地球表面，但在消毒設備中會刻意使用，因為它能特別有效地使微生物失去活性——同樣的原因，也會特別強烈地侵蝕塑膠 [8]。

但常見的 3D 列印材料——PLA、TPU、PETG 與 ASA——對紫外線與 UV-C 輻射的穩定性究竟如何？以下概述整理了有量測數據支持的部分，以及證據仍然薄弱的部分。

各光譜範圍的詳細說明請參閱 什麼是紫外線輻射？，材料中的老化機制請參閱 紫外線老化、色彩耐久性與光穩定性。列印與後固化製程的量測技術則請參閱 積層製造與 3D 列印的紫外線量測。

所引用的研究以三個力學量來描述紫外線造成的損傷。每一項所代表的意義各不相同：

• 抗拉強度：零件在斷裂前每單位面積所能承受的力。紫外線照射後抗拉強度下降，表示材料已變弱。
• 斷裂伸長率：材料在斷裂前可被拉伸的程度。斷裂伸長率下降表示材料正變得更脆。
• 脆化：聚合物失去彈性、更容易斷裂──通常是紫外線損傷的明顯早期徵兆。

在比較的四種材料中，ASA 最適合長期暴露於 UV 及風化環境；PLA 與標準 PETG 則不適合。一項與常見預期相反的重要發現是：在受控的 UV-C 照射 24 小時後，PETG 的強度下降幅度（−38%）遠大於 PLA 的下降幅度（−9%）[1]。這顯示「在陽光下表現良好」並不代表「在 UV-C 下也表現良好」——這兩種輻射對同一種聚合物的作用方式並不相同。

下表將自然風化下的表現與 UV-C 照射下的表現並列比較。PLA 與 PETG 的 UV-C 數值來自同一測試系列，因此可以直接比較；至於 TPU 與 ASA，則缺乏方法學相當的量測數據。

PLA 是 3D 列印中的入門級材料：價格便宜且容易列印，但對熱和紫外線較為敏感。

• 一般而言不具紫外線穩定性：長期戶外使用會導致脆化與變色 [2]。
• 在 UV-C（24 h、10 W/m²、254 nm）照射下：外觀無可見變化，抗拉強度下降 −9.1 %（29.54 至 26.86 MPa），抗壓強度下降 −13.1 %，楊氏模數幾乎無變化（−1.9 %，無統計顯著性）[1]。
• 結論：短期 UV-C 照射在機械性質方面相對可承受，但無法承受長期戶外風化。

TPU 是一種類似橡膠的柔性材料，可彎曲及伸展－例如用於密封件或握把。

• 標準型 TPU 不具紫外線穩定性 [3]。
• 添加紫外線添加劑後－例如可吸收紫外線的二氧化鈦或氧化鋅等填料－其抗紫外線能力，以及紫外線老化後拉伸強度與斷裂伸長率的保持率均顯著提升；來源並未提供具體數據 [3]。
• 目前尚無可靠的 UV-C 專屬數據。

PETG 比 PLA 更堅韌、更具抗衝擊性，因此常用於功能性零件。

• 耐候性優於 PLA，但並非設計用於長期紫外線曝露；在持續日照下可能變得如橡膠般柔軟 [4]。
• 在 UV-C 下（條件與 PLA 相同）：損傷程度遠高於 PLA——抗拉強度降低 −38.1 %（自 31.30 降至 19.48 MPa）、抗壓強度降低 −33.9 %、斷裂伸長率自 3.06 % 降至 1.36 %（嚴重脆化）、並出現明顯泛黃與失去光澤 [1]。
• 市面上存在專為戶外應用進行紫外線穩定化處理的 PETG 材料等級（最高連續使用溫度 70 °C），但這些與標準 3D 列印用 PETG 並不相同 [5]。

ASA 是專為戶外用途所開發，相較於此處比較的其他列印材料，被視為耐候性最佳者。

• 專為紫外線與耐候性所開發：ABS 中對紫外線敏感的橡膠成分已被更具紫外線穩定性的丙烯酸酯取代 [2]。
• 依 ASTM G154 於實驗室測試中，經過 2,000 小時紫外線照射後，仍保有約 85 % 的抗拉強度 [6]。
• 122 天戶外測試：在強烈紫外線曝露下，性能並無顯著損失 [7]。
• 目前尚無量化的 UV-C 專屬量測數據。根據其一般紫外線耐受性，實驗室中經 100 h 直接 UV-C 照射而無明顯變化的說法是合理的，但在方法上無法與 PLA/PETG 研究相比較。

PLA 與 PETG 的 UV-C 數值來自 2021 年發表於 Polymers 期刊的一系列測試 [1]。列印樣品於 254 nm 及 10 W/m² 條件下照射 24 小時，背板溫度為 50 °C；樣品隨後於室溫下冷卻四小時，再進行拉伸與壓縮測試。該論文指出所使用的照射設備為 Opsytec Dr. Gröbel 的 紫外線照射腔室 BS-02。

這類數值能否套用於您自己的應用，取決於兩個要點。首先，它們所指的是樣品位置處實測的輻照度及由此得出的劑量，而非設備設定值──未經量測，曝露條件即無法比較。其次，這些數值適用於具有特定層厚、方向與填充率的樣品；壁厚、填充比例與顏料著色都會顯著改變結果。因此，若需證明特定零件的耐紫外線性，應在自己的設備上進行測試：紫外線照射腔室提供可重現的邊界條件，相關的標準與指引則提供測試條件的框架。

• 長期戶外使用且紫外線曝露量高：建議選用 ASA。
• 短時間或反覆進行的 UV-C 消毒週期（以小時計）：在目前唯一可供參考的比較研究中，PLA 相較於標準 PETG 顯示出較小的機械性能損失。
• ASA 於 UV-C 下的表現：目前仍缺乏與 PLA 及 PETG 具可比性方法學的數據。對於安全相關零件，建議您自行進行測試，例如於 UV-C 照射腔室中進行。
• TPU：僅在添加紫外線穩定劑的情況下，才可用於戶外及紫外線應用。

並非以列印方式製作、而是以黏接或封裝方式製成的零件，有其各自的邊界條件；詳情請參閱 紫外線固化黏著劑、塗料與封裝材料。

1. Amza CG, Zapciu A, Baciu F, Vasile MI, Popescu D: 3D 列印聚合物在殺菌 UV-C 輻射照射下的老化. Polymers 13(24):4467, 2021.
2. Spectrum Filaments: ASA 275 解析：適合戶外使用的正確線材.
3. Wang A, Guo J, Shao C, Chen C: 用於熔融沉積成形 3D 列印之具紫外線抵抗性的柔性熱塑性聚氨酯複合材料. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2024.
4. Makelab: PETG 與 ASA 比較.
5. Noltewerk: PETG UV 技術資料表（PDF）.
6. Forge Labs: ASA 材料特性.
7. Habr: 針對 3D 列印材料進行 122 天紫外線比較測試.
8. Teska P (NIST): UV-C 暴露對常見醫療用聚合物表面造成的損害（PDF）.

編輯日期：2026 年 9 月 3 日。

印刷零件是否能承受其使用場所的紫外線曝露，唯有透過定義明確的照射條件與實測劑量之測試方能確認。本公司提供相應的量測技術：適用於實驗室可重現老化測試的 紫外線照射腔室，例如 BS-02，以及用於在零件本身量測光譜、輻照度與劑量的 UVpad 光譜輻射計 與 輻射計 RMD Pro。歡迎將您的問題告知本公司。