3D výtlačok, ktorý vyzerá skvele na polici v interiéri, môže už po niekoľkých týždňoch vonku sklamať: vyblednuté farby, krehké hrany, prvé praskliny. Dôvodom je takmer vždy materiál. Štandardné PLA je cenovo dostupné a ľahko sa tlačí, no UV žiareniu, vlhkosti ani výkyvom teplôt odoláva len veľmi slabo. Namiesto toho sa stáva krehkým, stráca svoj tvar alebo mení farbu.

Naopak, filamenty vhodné na použitie v exteriéri, ako sú ASA, PETG, PC alebo nylon, sa vďaka svojim materiálovým vlastnostiam výborne hodia na vonkajšie použitie. Ponúkajú UV stabilitu, odolnosť voči poveternostným vplyvom a mechanickú pevnosť - teda základné predpoklady na to, aby vytlačený diel zostal stabilný a dobre vyzeral aj po mesiacoch strávených vonku!

Čo možno tlačiť z filamentov na vonkajšie použitie?

Možností využitia je veľa. Stručne povedané, všade tam, kde je diel dlhodobo vystavený slnku, dažďu alebo chladu, sa oplatí siahnuť po skutočnom filamente určenom na použitie v exteriéri:

• Záhradné dekorácie: kvetináče, zápichy k rastlinám, figúrky, vtáčie búdky, hmyzie hotely
• Držiaky a upevňovacie prvky: nástenné držiaky na hadice a náradie, káblové klipy, opory pre popínavé rastliny
• Označenia: čísla domov, menovky, informačné tabule do záhrady alebo na terasu
• Technické diely: kryty pre vonkajšie senzory, držiaky pre solárne svietidlá, náhradné diely pre záhradnú techniku
• Šport: držiaky a príslušenstvo pre outdoorové športové vybavenie, ktoré musí odolávať poveternostným vplyvom aj mechanickému zaťaženiu

Prehľad materiálov: silné a slabé stránky

► ASA - univerzálny materiál na použitie v exteriéri

ASA sa považuje za klasický filament na vonkajšie použitie a je vo väčšine prípadov prvou voľbou, keď je prioritou odolnosť voči UV žiareniu. Dôvod spočíva v štruktúre materiálu: ASA namiesto UV citlivej butadiénovej kaučukovej fázy, ktorá sa nachádza v ABS, obsahuje polyakrylátovú kaučukovú fázu, ktorá je prirodzene výrazne odolnejšia voči UV žiareniu. Práve preto bol ASA pôvodne vyvinutý pre automobilový priemysel, kde musia vonkajšie diely odolávať poveternostným vplyvom počas 5 až 10 rokov.

Vonkajší výkon do detailov: v praxi vykazujú výtlačky z ASA aj po niekoľkých rokoch na priamom slnku len minimálne zmeny farby a štruktúry. Na rozdiel od ABS nedochádza k povrchovému "chalkingu", pretože polyakrylátová kaučuková fáza nepodlieha rovnakej oxidačnej degradácii polymérnych reťazcov ako polybutadién v ABS. Dôležité: ASA síce absorbuje len malé množstvo vlhkosti, pred tlačou by sa však mal vysušiť, aby sa predišlo tvorbe bublín a povrchovým chybám!

Najlepšie sa hodí na: záhradné figúrky, čísla domov, držiaky, technické kryty, nábytkové a dekoračné prvky, ktoré sú dlhodobo vystavené priamemu slnečnému žiareniu a majú si dlho zachovať svoju farbu.

► PETG - odolný a rezistentný voči vlhkosti, no s obmedzenou UV odolnosťou

PETG sa tlačí výrazne jednoduchšie ako ASA a ponúka dobré základné vlastnosti, má však jedno dôležité obmedzenie, ktoré býva často nesprávne interpretované: PETG sa v mnohých zdrojoch označuje ako "vhodný na vonkajšie použitie“, voči UV žiareniu je však odolný len čiastočne. Esterové väzby PET sú UV žiarením narúšané (dochádza k štiepeniu polymérnych reťazcov), čo môže časom viesť k zožltnutiu, zakaleniu a zníženiu pevnosti v ťahu aj predĺženia pri pretrhnutí.

Vonkajší výkon do detailov: praktické skúsenosti ukazujú, že pri intenzívnom slnečnom žiarení sa prvé známky žltnutia pri transparentných alebo svetlých variantoch PETG objavujú už po 3 až 6 mesiacoch a po 6 až 18 mesiacoch môže dôjsť k výraznému zakaleniu povrchu. Tmavé, nepriehľadné farby tento efekt citeľne spomaľujú, pretože UV žiarenie preniká hlbšie do materiálu v menšej miere. Dôležité pre zákazníkov: PETG je skôr "odolný voči poveternostným vplyvom počas obmedzeného času alebo v polotieni“ než "trvalo odolný voči UV žiareniu“. Pre objekty, ktoré majú stáť dlhé roky na priamom slnku, je bezpečnejšou voľbou ASA.

Najlepšie sa hodí na: zápichy k rastlinám, príslušenstvo na zavlažovanie, držiaky v polotieni, diely často vystavené vlhkosti, ale len miernemu priamemu slnečnému žiareniu alebo ako cenovo dostupné riešenie s dodatočnou UV ochrannou vrstvou.

►PC (polykarbonát) - maximálna odolnosť, stredná UV odolnosť

PC je správnou voľbou, keď nejde ani tak o samotnú odolnosť voči poveternostným vplyvom, ale predovšetkým o mechanickú odolnosť, nárazuvzdornosť a tepelnú odolnosť. Z hľadiska UV odolnosti sa PC nachádza medzi PETG a ASA: je výrazne odolnejší než PETG, no nedosahuje úroveň ASA.

Odolnosť v exteriéri podrobnejšie: neošetrený PC je veľmi priepustný pre UV žiarenie a pri intenzívnom slnečnom žiarení začína viditeľne žltnúť už približne po 2 až 4 mesiacoch, pri miernejšom slnečnom žiarení po 1 až 2 rokoch. UV stabilizované varianty PC (s HALS alebo benzotriazolovými absorbérmi) tento proces výrazne spomaľujú - podľa konkrétneho zloženia na 12 až 18 mesiacov pri intenzívnom, resp. 4 až 5 rokov pri miernom UV zaťažení. Na dlhodobé použitie v exteriéri by ste preto mali siahnuť po UV stabilizovanom PC, nie po bežnom PC.

Najvhodnejší na: ,echanicky vysoko zaťažované exteriérové diely, ako sú držiaky ťažkých predmetov, kryty solárnych zariadení, držiaky náradia alebo súčiastky, ktoré musia odolávať nárazom aj vysokým teplotám - za predpokladu, že sa použije UV stabilizovaný variant.

►Nylon – húževnatý a odolný, no do exteriéru len s UV stabilizátorom

Nylon (polyamid, najčastejšie PA6 alebo PA12) vyniká najmä pri mechanicky veľmi namáhaných dieloch. Je však dôležité vedieť, že štandardný nylon bez UV stabilizátora nie je vhodný na dlhodobé použitie v exteriéri: žltne, krehnie a pôsobením UV žiarenia stráca pevnosť. Pre exteriérové projekty je preto vhodné používať nylon s UV stabilizátormi, ktorý je špeciálne upravený na tento účel.

Odolnosť v exteriéri podrobnejšie: najväčšou výzvou pri nylone nie je len UV žiarenie, ale aj absorpcia vlhkosti. Voda absorbovaná materiálom pôsobí ako zmäkčovadlo medzi polymérnymi reťazcami a merateľne mení mechanické vlastnosti materiálu. Testy ukazujú, že pri PA6 kondicionovanom vlhkosťou môže tuhosť klesnúť až na tretinu hodnoty suchého materiálu. PA12 je týmto javom ovplyvnený podstatne menej, a preto je vhodnejším základom do vlhkého exteriérového prostredia. Na skutočné použitie v exteriéri sú navyše potrebné UV stabilizátory, ktoré chránia pred fotochemickým žltnutím a krehnutím. Bežný nestabilizovaný nylon akéhokoľvek typu na tento účel vhodný nie je.

Najvhodnejší na: pohyblivé alebo mechanicky veľmi namáhané exteriérové diely, ako sú pánty, ozubené kolesá, kolieska, komponenty náradia alebo náhradné diely záhradnej techniky - s UV stabilizovanou receptúrou a ideálne na báze PA12 pri vysokej vlhkosti.

Čo sa s materiálom skutočne deje pri vystavení UV žiareniu

Ak chcete pochopiť, prečo niektoré filamenty vydržia v exteriéri roky, zatiaľ čo iné sa začnú rozpadávať už po niekoľkých týždňoch, musíte sa pozrieť na chemické procesy prebiehajúce priamo v materiáli.

Fotooxidácia ako hlavný vinník

Slnečné svetlo obsahuje UV žiarenie s dostatočnou energiou na narušenie chemických väzieb v molekulách plastov. Určité skupiny molekúl v polymérnom reťazci, nazývané chromofóry, túto UV energiu absorbujú obzvlášť ľahko. Vznikajú pritom voľné radikály, ktoré reagujú s kyslíkom zo vzduchu a doslova štiepia polymérne reťazce (dochádza k štiepeniu reťazcov) alebo ich nekontrolovane zosieťujú. Výsledkom na povrchu sú zmeny farby (najčastejšie zožltnutie), krehnutie a vznik mikrotrhlín. Tento proces sa v materiálovej vede nazýva fotooxidácia a pri väčšine bežných plastov predstavuje hlavnú príčinu poškodenia vplyvom poveternostných podmienok.

Prečo je ASA výrazne lepší ako ABS

ABS a ASA sú si chemicky veľmi podobné, no líšia sa v jednej zásadnej vlastnosti: ABS obsahuje polybutadiénovú kaučukovú fázu, ktorá je mimoriadne náchylná na fotooxidáciu, a práve tam sa rozklad materiálu takmer vždy začína. ASA túto zložku nahrádza polyakrylátovou kaučukovou fázou, ktorá je prirodzene výrazne odolnejšia voči UV žiareniu. Aj preto bol ASA pôvodne vyvinutý pre automobilový priemysel, kde musia vonkajšie diely odolávať poveternostným vplyvom 5 až 10 rokov. Štandardizované skúšky starnutia materiálov, ako ISO 4892 alebo ASTM G154, to opakovane potvrdzujú: ASA si zachováva svoje mechanické vlastnosti aj farbu výrazne dlhšie než ABS, PETG alebo PLA.

Začarovaný kruh pri PLA

PLA má hneď dve slabé miesta: esterové väzby v polyméri sú napádané UV indukovanou fotooxidáciou aj hydrolýzou (rozkladom spôsobeným absorbovanou vlhkosťou). Mimoriadne problematický je pritom samourýchľujúci sa efekt: keď sa povrch v dôsledku degradácie stane pórovitejším, absorbuje ešte viac vlhkosti, čím sa proces rozkladu ďalej zrýchľuje. Bez zabudovaných UV stabilizátorov práve to vysvetľuje, prečo čisté výtlačky z PLA v exteriéri často viditeľne stmavnú už po niekoľkých týždňoch a po niekoľkých mesiacoch skrehnú.

Úloha UV stabilizátorov a HALS

Filamenty s pridanými aditívami (napr. UV stabilizovaný nylon alebo PC) zvyčajne obsahujú tzv. HALS (Hindered Amine Light Stabilizers) alebo UV absorbéry. HALS zachytávajú voľné radikály vznikajúce počas fotooxidácie skôr, než môžu ďalej poškodzovať polymérny reťazec, pričom sa pritom chemicky takmer nespotrebúvajú. Fungujú teda ako neustále aktívny ochranný mechanizmus. UV absorbéry pracujú odlišne - samotné absorbujú UV žiarenie a premieňajú ho na neškodné teplo ešte skôr, než môže reagovať s polymérnym reťazcom.

Prečo zohráva vlhkosť pri nylone a PETG osobitnú úlohu

Nylon je silne hygroskopický, čo znamená, že absorbuje vlhkosť priamo zo vzduchu. Tieto molekuly vody pôsobia ako zmäkčovadlo medzi polymérnymi reťazcami, čím menia mechanické vlastnosti materiálu, a to nezávisle od samotného pôsobenia UV žiarenia. Pri PETG je absorpcia vlhkosti podstatne nižšia, no bez UV aditív zostáva jeho hlavnou slabinou práve nízka odolnosť voči UV žiareniu, nie vlhkosť.

Prečo ochranná vrstva skutočne chráni vnútro materiálu

Z vedeckého hľadiska je zaujímavé, že pri mnohých plastoch sa pôsobením UV žiarenia najskôr vytvorí tenká degradovaná povrchová vrstva, ktorá obmedzuje prístup kyslíka aj UV žiarenia k materiálu pod ňou. Práve tento princíp využívajú UV ochranné laky a impregnačné prípravky: vytvárajú umelú stabilnú bariérovú vrstvu ešte predtým, než dôjde k poškodeniu samotného základného materiálu, a tým výrazne spomaľujú začiatok fotooxidácie vo vnútri výtlačku.

Ako zabezpečiť, aby bol váš výtlačok skutočne vhodný do exteriéru: správna následná úprava

Aj ten najlepší filament určený na použitie v exteriéri profituje zo správnej následnej úpravy, najmä ak má výtlačok zostať vonku niekoľko rokov. Aby nezostalo len pri dobrých úmysloch, prinášame konkrétny postup krok za krokom v správnom poradí.

Krok 1: príprava a čistenie výtlačku

Pred každou následnou úpravou by mal byť výtlačok čistý, bez prachu a mastnoty. Najlepšie je utrieť ho izopropylalkoholom - odstráni odtlačky prstov, zvyšky separačných prostriedkov aj jemný prach, ktoré by inak zhoršovali priľnavosť laku alebo impregnačného prípravku.

Krok 2: oprava spojov a nerovností (iba pri viacdielnych výtlačkoch)

Ak bol objekt vytlačený z viacerých častí a následne zlepený, je potrebné najskôr vyplniť spoje a väčšie medzery tmelom. Po zaschnutí povrch jemne prebrúste (napr. brúsnym papierom so zrnitosťou 320 až 400), aby zostal rovnomerný. Je to dôležité, pretože práve na týchto miestach sa môže neskôr hromadiť a prenikať vlhkosť.

Krok 3: impregnácia, najmä pri nižšom infille

Ak diel nebol vytlačený so 100 % výplňou (čo je pri väčšine exteriérových objektov bežné z časových aj materiálových dôvodov), odporúča sa vykonať impregnáciu ešte pred lakovaním. Riedky impregnačný prípravok, ako napríklad DIAMANT Polymer dichtol AM UV Protection, preniká do jemných pórov a prechodov medzi jednotlivými vrstvami tlače, utesňuje ich zvnútra a zároveň poskytuje dodatočnú UV ochranu. Mnohí tento krok vynechávajú, pritom práve pri výplni menšej než 100 % býva často dôležitejší než samotný vrchný lak.

Krok 4: nanesenie základného náteru (primer)

Po zaschnutí impregnácie nasleduje základný náter. Ten zabezpečí rovnomerný podklad pre farbu a zároveň dodatočne utesní vrstvy tlače z vonkajšej strany. Sprejový primer sa nanáša rovnomerne v tenkých vrstvách. Dôležité je aplikovať viac tenkých vrstiev namiesto jednej hrubej a medzi jednotlivými vrstvami dodržať dostatočný čas schnutia. V opačnom prípade môže základný náter stekať alebo narušiť filament (najmä pri PETG a PLA).

Krok 5: nanesenie farby (voliteľné)

Ak chcete objekt farebne upraviť, teraz je čas naniesť samotnú farbu - buď sprejom alebo štetcom, podľa požadovaného vzhľadu a úrovne detailov.

Krok 6: UV ochranný lak/bezfarebný lak ako posledná vrstva

Na záver sa nanesie UV odolný bezfarebný lak (lesklý, polomatný alebo matný podľa požadovaného vzhľadu). Práve táto posledná vrstva chráni farbu pred vyblednutím. Bez nej by časom vybledla aj tá najkrajšia povrchová úprava bez ohľadu na použitý základný materiál.

Praktické tipy pre všetky kroky

• Vždy pracujte za suchého počasia a pri miernych teplotách (cca 15 - 25 °C), inak lak aj impregnačný prostriedok schnú nerovnomerne.
• Medzi jednotlivými vrstvami dodržte dostatočný čas schnutia (riaďte sa pokynmi výrobcu, zvyčajne min. 30 - 60 minút, pri hrubších vrstvách aj dlhšie).
• Pri PETG a PLA buďte opatrní pri sprejoch obsahujúcich rozpúšťadlá. Nenápadný test na skrytom mieste ukáže, či nedôjde k poškodeniu materiálu.
• Každé 1 - 2 roky skontrolujte ochrannú vrstvu a pri prvých známkach zvetrávania ju obnovte, namiesto čakania, kým sa poškodí samotný základný materiál.

Náš záver

Neexistuje jeden univerzálny outdoorový filament - správna voľba závisí od konkrétneho použitia: ASA je ideálny pre prostredie s intenzívnym UV žiarením, PETG predstavuje dobrý kompromis medzi jednoduchou tlačou a odolnosťou voči vlhkosti, PC ponúka maximálnu mechanickú odolnosť a nylon je vhodný na húževnaté, silne namáhané diely. Správnou následnou úpravou - UV ochranným lakom, impregnáciou alebo základným náterom - výrazne predĺžite životnosť každého z týchto materiálov vo vonkajšom prostredí.

Čo sa v súčasnosti mení: klasické pravidlo "ASA áno, PETG/PC/nylon skôr nie“ už dnes neplatí tak jednoznačne. Čoraz viac výrobcov uvádza na trh špeciálne aditivované, UV stabilizované varianty materiálov, ktoré boli kedysi považované za nevhodné na použitie v exteriéri:

• UV stabilizovaný PETG so špeciálnym balíkom UV aditív je dnes dostupné aj ako samostatne certifikovaný materiál odolný voči UV žiareniu - ide o výrazný rozdiel oproti štandardnému PETG, ktorý bez týchto prísad časom žltne, ako bolo opísané v porovnaní materiálov.

• Varianty ASA vystužené sklenenými alebo uhlíkovými vláknami (ASA-GF/CF) spájajú UV stabilitu ASA s vyššou tuhosťou a menšou deformáciou.

• Lightweight or foaming ASA (LW-ASA) počas tlače napení materiál, čím znižuje hmotnosť aj spotrebu materiálu pri zachovaní UV odolnosti.

• UV stabilizované varianty PC a nylonu s aditívami HALS alebo benzotriazolom čoraz viac zapĺňajú medzeru, ktorú kedysi pokrývalo iba ASA.

Čo to znamená pri výbere materiálu? Samotná kategória materiálu ("PETG“, "nylon“) dnes prezrádza menej než v minulosti. Rozhodujúce je konkrétne zloženie výrobku a údaje uvedené v technickom liste. PETG označené ako "UV stabilizované“ môže byť v niektorých aplikáciách porovnateľné so štandardným ASA, zatiaľ čo lacný "ASA bez údajov od výrobcu“ nemusí automaticky poskytovať lepšie výsledky než kvalitné aditivovaný PETG. Naša rada: pri projektoch určených do exteriéru sa neorientujte iba podľa názvu materiálu, ale hľadajte označenia ako "UV stabilizované“, "testované na odolnosť voči poveternostným vplyvom“ alebo odkazy na normy (napr. ASTM G154, ISO 4892). Tie poskytujú spoľahlivejšiu informáciu než samotný názov materiálu.

Často kladené otázky o outdoorových filamentoch

► Je PLA vhodný na použitie v exteriéri?

Štandardný PLA filament sa na dlhodobé použitie v exteriéri neodporúča, pretože zle odoláva UV žiareniu a vlhkosti a časom krehne. Na krátkodobé alebo chránené použitie môže postačovať, no pre trvalé záhradné dekorácie alebo technické diely vo vonkajšom prostredí sú vhodnejšou voľbou ASA, PETG, PC alebo nylon.

► Ktorý filament je najodolnejší voči UV žiareniu?

ASA je všeobecne považovaný za materiál s veľmi vysokou UV odolnosťou, a preto je najčastejšou voľbou pre diely, ktoré budú dlhodobo vystavené priamemu slnečnému žiareniu.

► Musím outdoorové filamenty dodatočne ošetriť?

Nie je to vždy nevyhnutné, no určite sa to odporúča. Dodatočný UV ochranný náter alebo impregnácia výrazne predlžujú životnosť aj farebnú stálosť, najmä pri intenzívnom slnečnom žiarení alebo premenlivom počasí.

► Ktorý materiál je najvhodnejší na technické diely do exteriéru?

Na mechanicky silno namáhané technické diely je PC vďaka vysokej odolnosti voči nárazom a teplu často najrobustnejšou voľbou, ideálne v kombinácii s UV ochrannou povrchovou úpravou.