最佳户外3D打印材料

魔猴君  知识堂   13天前

您可能熟悉最坚固、最灵活或最耐用的3D打印塑料，但什么材料最适合您的户外使用零件或产品？您只需要考虑抗紫外线能力吗？今天，魔猴网就和大家一起探讨户外3D打印塑料相关知识。

大多数非3D打印户外产品（例如家具、花园设备和玩具）均由聚丙烯或聚乙烯(PE)制成，在游乐园游乐设施、游乐场设备和海洋结构等应用中，它们正在迅速取代木材。不幸的是，PE不适用于3D打印，因为它的熔点很低（远低于PLA）且层间附着力差。

无论是功能性部件还是装饰性部件，选择正确的材料可以显着提高对阳光、热、冷、化学品和潮湿等环境因素的抵抗力。让我们探索一些专为户外应用量身定制的最佳3D打印聚合物材料以及帮助它们抵御天气的属性。

户外所需的3D打印部件并不缺乏，例如相机支架、节日灯座和Tesla充电器底座

来源：Printables via RealPrint_200387/Ondrej_Krames_139779/Gizmotoy）

但首先，了解户外因素如何影响聚合物会很方便。

紫外线是对塑料最具破坏性的环境因素。来自太阳的紫外线辐射通过称为光降解的过程破坏聚合物中的化学键，这不仅会导致外观变化，例如泛黄或泛白（“粉化”），还会降低物理性能。对塑料第二大破坏性因素是水分。我们通常认为塑料是防水的，但不同的聚合物实际上以不同的速度吸水，导致难以察觉的膨胀，但随着时间的推移，对户外部件的强度和功能的损害同样不小。

热和冷也是需要考虑的重要因素。尽管大多数塑料即使在最热的室外环境中也不会熔化，但它们可能软化到足以发生机械故障，这对于支架、扣环或外壳等任何功能部件来说都是一个问题。另一个需要考虑的问题是您的部件是否会接触任何化学品、溶剂、油等，例如泳池化学品、自行车油脂，甚至大量污染物。

由于没有一种3D打印聚合物材料具有出色的抗紫外线、耐化学性、耐热性和耐湿性，因此您需要选择具有特定强度的材料来适合您的应用。

让我们来看看户外使用的六大聚合物及其主要属性。

各种聚合物的耐候性

在地球外部使用的3D打印产品，例如这些帐篷排和园艺铲，需要具有强度和防潮性

（来源：Ffirstgizmo/xSXHCx的Printables）

下面我们介绍了一些用于户外相关部件的最佳3D打印聚合物材料以及将它们列入我们列表的属性。我们列表底部的PLA UV仅供比较参考，因为它最不适合户外：暴露在阳光下时会变色。

请记住，并非您购买的每根长丝都可能具有所有这些特定属性，因为个别长丝制造商可以使用添加剂来改变颜色或其他可能影响材料特性的品质，特别是在生物相容性和食品安全方面，因此请务必阅读您的材料的规格表。同样，也可能存在并且通常存在通过添加剂增强紫外线防护的材料版本。您会发现多种聚合物具有额外的紫外线防护能力。

*吸湿率是指材料吸湿行为的程度，表明材料容易膨胀的程度。它降低了塑料的玻璃化转变温度和强度。最广泛使用的测量塑料吸水率的标准是ASTM D570，它确定浸入水中24小时后吸收的水的百分比。在上表中，我们列出了按重量计算的最大吸水百分比。

*耐热性以Tg“玻璃化转变温度”来衡量，这是聚合物开始从硬态转变为更柔韧状态的点。这会影响零件的结构完整性。对于柔性TPU和半柔性PP，玻璃化转变温度是其从所需的柔性状态转变为脆性状态的点，该温度远低于冻结点。

1、PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯）

PETG是各种3D打印户外项目的理想材料，包括花盆和户外照明（来源：Filamentive/Mrmakerspace via Printables）

PETG因其优异的强度、抗冲击性和耐候性而成为户外3D打印的热门选择。它具有良好的抗紫外线性能，因此长时间暴露在阳光下时不易泛黄或降解，但不如另一种透明材料PC那样具有抗紫外线能力。

PETG具有良好的耐化学性，适用于经常接触各种元素的户外环境。然而，作为一种热塑性聚酯，与热固性塑料相反，它会在高温下变形，因此应避免全天阳光直射，以避免变形。

有一些特殊版本的PETG增加了抗紫外线能力，例如Eolas Prints PETG抗紫外线长丝，经过改造，使其具有更强的抗紫外线能力，承诺颜色至少在五年内保持不变。代价是该版本的PETG不符合食品安全。您还可以使用Nanovia等公司的另一种变体，即玻璃纤维增强PETG GF UV来提高抗紫外线PETG的强度。

结论

PETG是户外打印的首选材料，因为它兼具多种特性、价格实惠以及可回收版本的广泛可用性。

2、ASA（丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯）

这种户外水槽设计应采用耐用、抗紫外线且耐化学腐蚀的材料印刷，例如ASA（来源：Subsite_2448 via Printables）

ASA经过专门设计，可承受恶劣的户外条件，使其成为3D打印户外产品和零件的理想选择，且不会失去机械性能或颜色。它具有高抗紫外线能力，可确保长期的颜色稳定性并防止因长时间暴露在阳光下而变质。

ASA还能在很宽的温度范围内保持其机械性能，进一步增强其对全年户外使用的产品的适用性，这些产品可能会在冬季结冰，夏季闷热。ASA对化学品、油和溶剂具有良好的耐受性，使其适用于预期接触各种物质的应用。

另外，请考虑提供更高机械性能的ASA共混物，例如ASA/PC和ASA/PVC。

结论：

虽然ASA是为户外使用而设计的，并且具有很强的机械性能，但它不是我们首选的唯一原因是ASA在打印时会散发出潜在有害的烟雾，并且需要喷嘴温度可达230°C左右的3D打印机。但是，如果您从魔猴网打印零件，ASA将是我们所有类型户外零件的最佳选择。

3、PA（聚酰胺）11

PA 11尼龙以其强度、韧性和灵活性而闻名，使其成为户外应用的多功能材料。它具有出色的抗冲击性，可以承受弯曲和挠曲而不会破裂或断裂，使其适合承受不同负载的功能部件。尼龙具有良好的耐化学性，可以承受暴露在潮湿环境中而不会明显降解。

PA有多种变体，包括PA6和PA12，以及碳纤维PA、玻璃纤维PA和凯夫拉纤维PA。在这里，我们重点关注PA11，因为它通常具有最佳的抗紫外线能力，并且源自可再生植物来源（通常是蓖麻子），使其成为一种生物基聚合物。相比之下，PA 12通常由石化产品生产。

丰田赛车GR86杯上的3D打印尼龙碳纤维引擎盖勺（来源：Stratasys）

PA11通常用于需要长时间暴露在阳光下的户外应用，例如汽车部件、户外设备和建筑固定装置。它还以其对许多常见化学品的耐受性而闻名，包括油、油脂、燃料、溶剂和碱性溶液。

如果您正在寻找专为户外使用而设计的PA11特性，请寻找包含添加剂的紫外线稳定聚酰胺11。

结论：

如果您最关心的是户外功能部件的强度和耐用性，那么没有什么比PA11更好的了，尤其是碳纤维或玻璃纤维增强版本。这种材料是我们户外运动用品和具有闩锁等功能的零件的首选材料。它也非常适合可能遇到化学物质的零件，例如发动机排气。

4、PC（聚碳酸酯）

聚碳酸酯是无人机零件的流行材料选择（来源：Raise3D）

对于要求最高抗紫外线能力的应用，聚碳酸酯通常是3D打印材料中的首选，通常比PETG更好，但通常更昂贵。它特别适合暴露在阳光下是一个重要因素的户外应用。广泛用于户外照明灯具

PC因其优异的机械性能（例如高抗冲击性、强度和韧性）以及良好的耐热性和尺寸稳定性而广泛应用于3D打印。它是著名的玻璃替代品，因为它是透明的，抗冲击能力是玻璃的250倍，并且可以钻孔而不会出现任何破裂问题。

当然，PC不只是清楚的。它可以呈现颜色并保持半透明或完全不透明。它还与其他塑料混合以提高抗冲击性。例如，PC-ABS有黑色和白色两种颜色，用于需要比单独使用ABS更高强度的产品，例如无人机机身和替换零件。您还会发现含有碳纤维等添加剂的PC。

尽管本身具有抗紫外线能力，但一些PC材料在配方中添加了额外的紫外线稳定剂，以进一步增强其户外耐用性。

结论：

对于坚固且抗紫外线的户外部件，特别是那些需要透明或半透明的部件，PC是一个不错的选择。这种材料是我们户外照明的首选材料。它也非常适合暴露在室外紫外线下且即使在高温下也需要保持刚度的无人机和无人机部件。

5、TPU（热塑性聚氨酯）

牵引轮是3D打印TPU的常见应用（来源：ShakeAndBake的Printables）

如果您的户外部件需要灵活，例如软管连接器或轮子，那么TPU就是您的最佳选择，部分原因是3D打印的替代品并不多。与TPU相比，TPE（热塑性弹性体）具有更高的耐化学性，TPC（热塑性共聚酯）具有更好的耐热性，但根据您的应用，这些细微的改进可能不足以证明增加的成本是合理的。

TPU通常具有耐候性，但在极端温度条件下（尤其是高温下）可能表现不佳。与其他一些材料相比，它的熔点相对较低，这可能会导致3D打印零件在高温环境中变形。不过，暂时不要放弃TPU。它是一种高度定制的聚合物，长丝制造商已针对所有类型的特定应用对其进行了调整。例如，巴斯夫Forward AM提供Ultrafuse TPU 85A，其配方具有高耐磨性和耐磨性，具有非常好的低温柔韧性以及对油、油脂、氧气和臭氧的高耐受性。

结论：

尽管许多品牌的TPU会随着时间的推移，由于紫外线辐射和吸水性的影响而在户外降解，但仍有一些品种的配方可以耐受户外。

6、PP（聚丙烯）

3D打印的户外喷水器非常适合用聚丙烯打印（来源：Falcone20cne，来自Go-3Dprint）

聚丙烯(PP)是一种多功能热塑性聚合物，因其物理强度和卓越的耐化学性而被广泛使用，但当它出现在户外使用时，它的出名之处在于其低吸湿性和高度不渗透性。这使得PP非常适合需要坚固且防水的户外项目，例如喷水灭火系统。PP通常通过传统制造（例如注塑成型）用于草坪家具，因为它在温暖的夏季表现出韧性和柔韧性，但在寒冷的冬季会变脆。

PP的缺点是在抗紫外线方面不如其他聚合物。除非您的聚丙烯长丝含有紫外线阻挡添加剂，否则长时间暴露在紫外线下可能会导致降解。

PP的关键特性之一是其优异的强度重量比，使其成为轻质耐用产品的首选材料，例如管道、水箱和配件，因其在各种家庭和工业应用中的耐腐蚀性和耐用性。PP通常通过传统制造（例如注塑成型）用于草坪家具，因为它在温暖的夏季表现出韧性和柔韧性，但在寒冷的冬季会变脆。

结论：

对于与水相关的3D打印项目，例如软管连接器、空调通风口和喷泉项目，没有什么比PP更好的了。是的，PVC通常用于管道，您可以用它进行3D打印，但其高毒性和3D打印过程中的危险促使我们推荐使用PP。

7、PLA UV变色

iSanmate的UV变色PLA长丝在户外时会变色（来源：iSanmate）

目前，许多制造商都提供PLA UV变色灯丝，它们具有常见的PLA特性，不适合长期户外使用，但它的一个独特功能是暴露在紫外线下时能够变色，例如就像户外的阳光一样。

这些细丝与抗紫外线相反，实际上吸收阳光，从而引发颜色变化。当从光线中移开时，3D打印部件将恢复其原始颜色。哪种颜色会变成哪种阳光激活颜色在长丝制造商中并不通用，因此请查看标签。例如，材料制造商R3D提供引人注目的白到蓝灯丝和更微妙的黄到绿灯丝。

如果您想知道为什么普通PLA没有出现在我们的户外适合材料列表中，这主要是因为它的耐热性低。PLA在40°C左右时容易变形和下垂。如果您确实想在室外使用PLA，请寻找一种专门配制的高温PLA。

结论：

对于旨在享受阳光的有趣3D打印项目（例如儿童沙滩玩具），这是一个完美的选择。因为它可能只能耐用几个季节。