3D принт, който изглежда добре на рафта у дома, може да се окаже разочароващ само след няколко седмици на открито: избледнели цветове, чупливи ръбове и първи пукнатини. Причината почти винаги се крие в материала. Стандартният PLA е евтин и лесен за печат, но почти не издържа на UV лъчение, влага и температурни колебания. Вместо това става крехък, губи формата си или променя цвета си.

Филаментите, подходящи за употреба на открито, като ASA, PETG, PC или найлон, благодарение на свойствата си са особено подходящи за външни условия. Те предлагат UV стабилност, устойчивост на атмосферни влияния и механична здравина – основни предпоставки, за да може отпечатаният детайл да остане стабилен и да изглежда добре дори след месеци на открито!

Какво може да се отпечатва с филаменти за външна употреба?

Възможностите за приложение са разнообразни. Накратко, навсякъде, където даден компонент е изложен продължително на слънце, дъжд или студ, си заслужава да използвате истински материал за външна употреба:

• Градинска декорация: саксии, табелки за растения, фигурки, къщички за птици, хотели за насекоми;
• Държачи и крепежни елементи: стенни държачи за маркучи и инструменти, кабелни клипсове, опори за увивни растения;
• Табели: номера на къщи, табелки с имена, указателни табели за градината или терасата;
• Технически компоненти: корпуси за външни сензори, държачи за соларни лампи, резервни части за градински уреди;
• Спорт: държачи и аксесоари за спортно оборудване на открито, които трябва да издържат на атмосферни условия и механично натоварване.

Преглед на материалите: силни и слаби страни

► ASA – универсалният избор за външна употреба

ASA се счита за класическия филамент за външна употреба и обикновено е първият избор, когато UV устойчивостта е основен приоритет. Причината се крие в структурата на материала: вместо чувствителната към UV лъчение бутадиен-каучукова фаза на ABS, ASA съдържа полиакрилатна каучукова фаза, която по природа е значително по-устойчива на UV лъчение. Именно затова ASA първоначално е разработен за автомобилната индустрия, където външните компоненти трябва да издържат на атмосферни влияния в продължение на 5 до 10 години.

Характеристики на открито в детайли: На практика ASA принтовете, изложени директно на слънце в продължение на няколко години, показват само минимални промени в цвета и структурата. За разлика от ABS, при тях не се образува повърхностно „тебеширено покритие“ (chalking), тъй като акрилатната каучукова фаза не претърпява същото окислително разкъсване на полимерните вериги като полибутадиена в ABS. Важно: въпреки че ASA абсорбира малко влага, филаментът все пак трябва да бъде изсушен преди печат, за да се избегнат мехурчета и дефекти по повърхността!

Най-подходящ за: градински фигурки, номера на къщи, държачи, технически корпуси, мебели и декоративни елементи, които са постоянно изложени на пряка слънчева светлина и трябва дълго да запазят цвета си.

► PETG – здрав и устойчив на влага, но с ограничения при UV лъчение

PETG се печата значително по-лесно от ASA и предлага добри основни свойства, но има едно важно ограничение, което често се разбира погрешно: в много източници PETG е определян като „подходящ за външна употреба“, но устойчивостта му на UV лъчение е само ограничена. UV лъчението атакува естерните връзки в PET, което води до разкъсване на полимерните вериги, а с течение на времето – до пожълтяване, помътняване и загуба на якост на опън и удължение при скъсване.

Характеристики на открито в детайли: Практическите наблюдения показват, че при интензивно слънчево греене първите признаци на пожълтяване при прозрачните или светлите варианти на PETG често се забелязват още след 3–6 месеца, а след 6–18 месеца може да настъпи значително помътняване на повърхността. Тъмните, плътни цветове забавят осезаемо този ефект, тъй като по-малко UV светлина прониква дълбоко в материала. Важно за клиентите: PETG е по-скоро „устойчив на атмосферни условия за ограничен период или на полусянка“, отколкото „трайно устойчив на UV лъчение“. За предмети, които трябва да останат с години под силно слънце, ASA е по-сигурният избор.

Най-подходящ за: табелки за растения, аксесоари за напояване, държачи на полусянка, детайли с чест контакт с влага, но умерено излагане на пряка слънчева светлина, или като достъпно решение с допълнително UV защитно покритие.

► PC (поликарбонат) – максимална устойчивост на натоварване и средна UV устойчивост

PC е правилният избор, когато не става въпрос само за устойчивост на атмосферни влияния, а преди всичко за механична здравина, удароустойчивост и топлоустойчивост. По отношение на UV устойчивостта PC се нарежда между PETG и ASA: значително по-добър е от PETG, но не достига напълно нивото на ASA.

Характеристики на открито в детайли: Необработеният PC пропуска голяма част от UV лъчението и при интензивно слънчево греене започва видимо да пожълтява след около 2–4 месеца, а при умерено облъчване – след 1–2 години. UV стабилизираните варианти на PC (с HALS или бензотриазолови абсорбери) забавят значително този процес – в зависимост от формулата до 12–18 месеца при интензивно и до 4–5 години при умерено UV натоварване. Затова за продължителна употреба на открито трябва целенасочено да се избира UV стабилизиран PC, а не чист PC.

Най-подходящ за: силно натоварени механично външни компоненти, като държачи за тежки предмети, корпуси за соларна техника, държачи за инструменти или части, които трябва едновременно да издържат на удари и високи температури, при условие че е избран UV стабилизиран вариант.

► Найлон – жилав и износоустойчив, но подходящ за външна употреба само с UV стабилизатор

Найлонът (полиамид, обикновено PA6 или PA12) се отличава най-вече при детайли, подложени на силно механично натоварване. Важно е да знаете: стандартният найлон без UV стабилизатор не е подходящ за продължителна употреба на открито. Той пожълтява, става крехък и губи здравината си под въздействието на UV лъчението. Затова за проекти на открито трябва целенасочено да се избира найлон с UV стабилизатори, специално разработен за тази цел.

Характеристики на открито в детайли: Най-голямото предизвикателство при използването на найлон на открито е не само UV лъчението, но и самото абсорбиране на влага. Поетата вода действа като пластификатор между полимерните вериги и измеримо променя механичните свойства. Тестовете показват, че при овлажнен PA6 твърдостта може да спадне до едва една трета от първоначалната стойност в сухо състояние. PA12 е значително по-слабо засегнат и поради това е по-подходяща основа за влажна външна среда. За истинска употреба на открито са необходими и UV стабилизатори срещу фотохимично пожълтяване и втвърдяване. Чистият нестабилизиран найлон от всеки вид е неподходящ за тази цел.

Най-подходящ за: подвижни или силно натоварени механично външни части като панти, зъбни колела, ролки, компоненти за инструменти или резервни части за градински уреди – с UV стабилизирана формула и за предпочитане на основата на PA12 при високо излагане на влага.

Какво всъщност се случва с материала при излагане на UV лъчение

За да разберете защо някои филаменти издържат с години на открито, а други започват да се рушат само след няколко седмици, трябва да погледнете химичните процеси, протичащи в самия материал.

Фотоокислението като истинския виновник

Слънчевата светлина съдържа UV лъчение с достатъчно енергия, за да разкъса химичните връзки в пластмасовите молекули. Определени молекулни групи в полимерната верига, наречени хромофори, поглъщат особено лесно тази UV енергия. При това се образуват свободни радикали, които реагират с кислорода във въздуха и буквално разкъсват полимерните вериги, т.е. настъпва разпадане на веригите, или ги омрежват неконтролируемо. Резултатът върху повърхността е промяна на цвета, обикновено пожълтяване, втвърдяване и микропукнатини. В материалознанието този процес се нарича фотоокисление и е основната причина за увреждането на почти всички стандартни пластмаси от атмосферните условия.

Защо ASA се представя толкова по-добре от ABS

ABS и ASA са много сходни в химично отношение, но се различават точно в решаващия компонент: ABS съдържа полибутадиенова каучукова фаза, която е особено податлива на фотоокисление, и почти винаги разграждането започва именно от нея. При ASA този компонент е заменен с полиакрилатна каучукова фаза, която по природа е значително по-устойчива на UV лъчение. Това е и причината ASA първоначално да бъде разработен за автомобилната индустрия, където външните компоненти трябва да издържат на атмосферни влияния в продължение на 5 до 10 години. Стандартизираните тестове за атмосферно стареене като ISO 4892 или ASTM G154 многократно потвърждават това: ASA запазва механичните си свойства и цвета си значително по-дълго от ABS, PETG или PLA.

Порочният кръг при PLA

PLA има две уязвими места: естерните връзки в полимера се атакуват както от предизвиканото от UV лъчението фотоокисление, така и от хидролизата – разграждането вследствие на поетата влага. Особено неблагоприятен е самоподсилващият се ефект: щом повърхността стане по-пореста вследствие на разграждането, тя поема още повече влага, което допълнително ускорява процеса. Без вградени UV стабилизатори това обяснява защо принтовете от чист PLA на открито често видимо потъмняват само след няколко седмици и стават крехки след няколко месеца.

Ролята на UV стабилизаторите и HALS

Филаментите с добавки, например UV стабилизиран найлон или PC, обикновено съдържат т.нар. HALS (Hindered Amine Light Stabilizers) или UV абсорбери. HALS улавят образуваните при фотоокислението свободни радикали, преди те да успеят да увредят допълнително полимерната верига, и практически не се изразходват химически в този процес: те действат като постоянно активен защитен механизъм. UV абсорберите работят по различен начин: те поглъщат самото UV лъчение и го преобразуват в безвредна топлина, преди то изобщо да успее да реагира с полимерната верига.

Защо влагата играе отделна роля при найлона и PETG

Найлонът е силно хигроскопичен, т.е. абсорбира влага директно от въздуха. Натрупаните водни молекули действат като пластификатор между полимерните вериги и променят механичните свойства, независимо от проблемите, свързани с UV лъчението. При PETG абсорбирането на влага е по-слабо, но без UV добавки и тук UV стабилността остава основното слабо място, а не самата влага.

Защо защитният слой действително предпазва вътрешността

Интересно от научна гледна точка е, че при много пластмаси под въздействието на UV лъчението първоначално се образува тънък разграден повърхностен слой, който ограничава достъпа на кислород и UV лъчи до материала под него. UV защитните лакове и импрегниращите средства целенасочено използват точно този принцип: те изкуствено създават стабилен бариерен слой, преди да бъде атакуван самият основен материал, и така значително забавят началото на фотоокислението във вътрешността на компонента.

Как да направите принта си наистина подходящ за употреба на открито: правилната последваща обработка

Дори най-добрият филамент за външна употреба има полза от подходяща последваща обработка, особено ако детайлите трябва да останат навън в продължение на години. За да не остане това само добро намерение, тук ще намерите конкретни инструкции стъпка по стъпка за правилната последователност на обработка:

Стъпка 1: Подготовка и почистване на принта

Преди всяка последваща обработка принтът трябва да бъде почистен от прах и мазнини. Най-добре е да го избършете с изопропанол: той отстранява отпечатъци от пръсти, остатъци от разделителни агенти и фин прах, които иначе биха влошили сцеплението на лака или импрегниращото средство.

Стъпка 2: Коригиране на фуги и неравности (само при принтове от няколко части)

Ако обектът е отпечатан на няколко части и след това е залепен, първо трябва да запълните с кит залепените фуги и по-големите пролуки. След изсъхване шлифовайте леко, например със зърненост 320–400, за да изравните повърхността. Това е важно, тъй като в противен случай именно на тези места по-късно може да се събира и прониква влага.

Стъпка 3: Импрегниране, особено при по-ниска плътност на запълване

Ако компонентът не е отпечатан със 100% запълване, какъвто е случаят с повечето обекти за външна употреба поради ограниченията във времето и разхода на материал, си заслужава да го импрегнирате още преди лакирането. Течен импрегниращ препарат като DIAMANT Polymer dichtol AM UV Protection прониква във фините пори и преходите между печатните слоеве, запечатва ги отвътре и осигурява допълнителна UV защита. Мнозина пропускат тази стъпка, но при запълване под 100% тя често е по-важна от нанесения отгоре лак.

Стъпка 4: Нанасяне на грунд (праймер)

След като импрегниращият слой изсъхне, следва нанасянето на грунд. Той осигурява равномерна основа за сцепление на боята и допълнително запечатва печатните слоеве отвън. Спрей грундът може да се нанесе равномерно и на тънък слой. Важно: нанасяйте няколко тънки слоя вместо един дебел и оставяйте достатъчно време за изсъхване между тях. В противен случай грундът може да се разтече или да разтвори филамента, особено при PETG и PLA.

Стъпка 5: Нанасяне на боя (по избор)

Ако желаете да оцветите обекта, сега можете да нанесете боята – със спрей или четка в зависимост от желания завършек и нивото на детайлност.

Стъпка 6: UV защитен лак/прозрачен лак като последен слой

Накрая се нанася устойчив на UV лъчение прозрачен лак – гланцов, сатенен или матов според желания външен вид. Именно този последен слой действително предпазва цвета от избледняване. Без него дори най-красивото оцветяване ще избледнее с течение на времето независимо от основния материал.

Практически съвети за всички стъпки:

• Винаги работете при сухо време и умерени температури от около 15–25 °C. В противен случай лакът и импрегниращият препарат могат да изсъхнат неравномерно.
• Оставяйте достатъчно време за изсъхване между слоевете. Спазвайте указанията на производителя – обикновено са необходими поне 30–60 минути, а при дебели слоеве и повече.
• При PETG и PLA бъдете внимателни със спрейове, съдържащи разтворители. Направете тест на незабележимо място, за да проверите дали материалът няма да бъде повреден.
• Проверявайте защитния слой на всеки 1–2 години и го подновявайте при първите признаци на атмосферно износване, вместо да чакате да бъде засегнат самият основен материал.

Нашето заключение

Не съществува един съвършен филамент за външна употреба – правилният избор зависи от конкретното приложение: ASA за зони с интензивно UV лъчение, PETG за добър компромис между лесен печат и защита от влага, PC за максимално механично натоварване и найлон за жилави, силно натоварени детайли. С подходящата последваща обработка – UV прозрачен лак, импрегниране или грундиране – можете да постигнете максимална издръжливост на открито с всеки от тези материали!

Какво се променя в момента: класическото правило „ASA – да, PETG/PC/найлон – по-скоро не“ става все по-неточно. Все повече производители предлагат специално модифицирани, UV стабилизирани варианти на материали, които по-рано са се считали за категорично неподходящи за външна употреба:

• UV стабилизираният PETG със специален пакет от UV добавки вече се предлага като самостоятелен, сертифициран UV устойчив материал – съществена разлика спрямо стандартния PETG, който без такива добавки пожълтява с течение на времето, както е описано в сравнението на материалите.

• Вариантите на ASA, подсилени със стъклени или въглеродни влакна (ASA-GF/CF), съчетават UV стабилността на ASA с по-висока твърдост и по-малко деформиране.

• Лекият/разпенващ се ASA (LW-ASA) се разпенва по време на печат и така намалява теглото и разхода на материал, като същевременно запазва UV устойчивостта.

• UV стабилизираните разновидности на PC и найлон с HALS или бензотриазолови добавки все повече запълват нишата, която преди можеше да бъде покрита единствено от ASA.

Какво означава това за решението за покупка: класът на материала сам по себе си („PETG“, „найлон“) вече дава по-малко информация от преди. Все по-решаващи са конкретният продукт и неговият технически информационен лист. PETG, обозначен като „UV устойчив“, вече може да бъде равностоен на стандартен ASA при някои приложения, докато евтин „ASA без данни от производителя“ не се представя непременно по-добре от висококачествен PETG с добавки. Нашият съвет: при проекти на открито не гледайте само наименованието на материала, а търсете конкретни обозначения като „UV стабилизиран“, „тествана устойчивост на атмосферни влияния“ или препратки към съответните стандарти, например ASTM G154 или ISO 4892. Те предоставят по-надеждна информация от самото наименование на материала.

Често задавани въпроси относно филаментите за външна употреба

► Подходящ ли е PLA за външна употреба?

Стандартният PLA не се препоръчва за продължителна употреба на открито, тъй като не понася добре продължителното излагане на UV лъчение и влага и става крехък. Той може да бъде подходящ за краткосрочни приложения или защитени места, но за трайна градинска декорация или технически компоненти на открито ASA, PETG, PC или найлон са по-добрият избор.

► Кой филамент е най-устойчив на UV лъчение?

ASA обикновено се счита за особено UV стабилен и затова най-често е първата препоръка за компоненти, които са постоянно изложени на пряка слънчева светлина.

► Трябва ли допълнително да обработвам филаментите за външна употреба?

Това невинаги е необходимо, но е препоръчително: допълнителното UV запечатване или импрегниране осезаемо удължава експлоатационния живот и стабилността на цвета, особено при интензивно слънчево греене или променливи атмосферни условия.

► Кой материал е най-подходящ за технически компоненти на открито?

За технически части, подложени на силно механично натоварване, PC често е най-здравият избор благодарение на високата си удароустойчивост и топлоустойчивост – за предпочитане в комбинация с UV защитна обработка.