Résistance aux UV des plastiques en impression 3D, usinage CNC et injection plastique

Lorsqu’on conçoit des produits devant résister de manière ininterrompue aux rayons UV du soleil, choisir les bons matériaux peut sembler être un véritable parcours du combattant. Des tuyaux d’irrigation fissurés sous la pression aux meubles d’extérieur décolorés, nous avons tous vu les dégâts que les rayons UV peuvent causer. Ce guide est là pour vulgariser la science et vous donner des conseils pratiques pour que vos plastiques restent durables et résistants.

Le rayonnement ultraviolet (UV) peut dégrader considérablement les plastiques, compromettant à la fois leur apparence et leur intégrité structurelle. Au niveau moléculaire, les rayons UV détruisent les liaisons chimiques des plastiques, entraînant une décoloration, une fragilisation et un craquèlement de surface. Par exemple, Xometry a mené une expérience dans laquelle une pièce blanche en stéréolithographie (SLA) a été exposée à l’extérieur pendant six mois, ce qui a entraîné un jaunissement et une extrême fragilité de la pièce.

Les plastiques résistants aux UV sont conçus pour résister à une telle dégradation, conservant ainsi leurs propriétés lors d’une exposition prolongée aux UV. Les normes d’essai courantes pour évaluer la résistance aux UV comprennent l’ASTM G154, qui utilise des lampes UV fluorescentes, et l’ISO 4892-2, qui utilise des lampes à arc au xénon pour simuler la lumière naturelle du soleil.

Regardez comment les plastiques résistants aux UV sont soumis au test suprême lors du défi de rayonnement UV « Will It Fade » de Xometry :

Guide de référence complet sur le choix des matériaux résistants aux UV

Comprendre la lumière UV et son impact

Le rayonnement UV fait partie du spectre électromagnétique, avec des longueurs d’onde situées entre la lumière visible et les rayons X. Il est divisé en trois principaux types selon sa longueur d’onde :

Sources d’UV : sources naturelles vs sources artificielles

Sources naturelles : Le soleil est la principale source naturelle de rayonnement UV. Bien que les rayons UVC soient en grande partie filtrés par l’atmosphère, les rayons UVA et UVB atteignent la surface de la Terre et sont les principaux responsables de la dégradation des matériaux exposés.

Sources artificielles : Des environnements industriels et médicaux peuvent utiliser des sources d’UV artificielles. Les lampes à lumière noire, les arcs de soudage et les lampes UV pour la stérilisation émettent des rayons UV, principalement UVA et UVC, qui peuvent accélérer la dégradation des matériaux dans les environnements fermés ou à forte exposition.

Matériaux d’impression 3D avec une résistance aux UV

Les matériaux résistants aux UV ne sont pas aussi largement disponibles pour l’impression 3D que pour les méthodes traditionnelles telles que le moulage par injection, mais l’impression 3D présente certains avantages intéressants. Avec des options telles que l’ASA, le polycarbonate, l’EPDM et le caoutchouc de silicone, il est parfait pour créer des pièces personnalisées, légères et complexes résistants aux UV en petites quantités. Qu’il s’agisse de joints d’étanchéité complexes, de garnitures ou de pièces architecturales, l’impression 3D vous permet de donner vie à des designs uniques sans les coûts élevés de la fabrication traditionnelle.

Matériaux de fabrication formative avec résistance aux UV

Les procédés de fabrication formative, tels que le moulage par injection, l’extrusion et le soufflage, offrent la gamme la plus large d’options de matériaux résistants aux UV, ce qui en fait un choix privilégié pour les productions à grande échelle.

Ces procédés sont idéaux pour des pièces telles que les meubles d’extérieur, les composants automobiles et les tuyauteries chimiques, pour lesquelles une exposition prolongée aux UV est attendue. Bien que les méthodes traditionnelles ne permettent pas d’avoir la liberté de design que permet l’impression 3D, elles excellent lorsqu’il s’agit de fournir une qualité et une durabilité constantes pour les applications à grand volume.

Matériaux d’usinage CNC résistants aux UV

L’usinage CNC offre un large choix de matériaux résistants aux UV, ce qui en fait un choix privilégié pour les applications à hautes performances. Contrairement à d’autres procédés, l’usinage CNC permet d’obtenir des tolérances étroites et des géométries complexes avec des matériaux tels que le polycarbonate, le PTFE et les élastomères stables aux UV. Cela le rend idéal pour la production de composants durables tels que les joints d’étanchéité chimiques, les isolants hautes performances et les garnitures automobiles qui résistent à une exposition intense aux UV.

Guide pratique de protection contre les UV pour les pièces plastiques dans l’industrie manufacturière : Choisir la bonne solution

La protection contre les UV des pièces plastiques produites par impression 3D, usinage CNC ou moulage par injection consiste à utiliser diverses approches, notamment l’ajout d’additifs, de stabilisants, de revêtements de surface et l’utilisation de techniques de design stratégiques. La meilleure méthode dépend des caractéristiques du composants, de l’exposition à l’environnement, et des contraintes de performance. Les composants automobiles utilisent des revêtements PVD ou stabilisés aux UV pour l’esthétique et la résistance aux intempéries, tandis que les matériaux de construction bénéficient de couches coextrudées ou de solutions pigmentées pour la durabilité.

Pour éviter que vos impressions SLA ne se fragilisent après une exposition aux UV, une excellente solution consiste à appliquer une finition laquée. Non seulement elle protège la surface des rayons UV nocifs, mais elle améliore également la durabilité et donne à vos pièces un aspect poli et professionnel. C’est une méthode simple mais efficace pour prolonger la durée de vie de vos impressions tout en préservant leur qualité au fil du temps.

Ci-dessous, nous décrivons les cas d’utilisation courants et les solutions correspondantes pour vous aider à choisir la bonne stratégie de résistance aux UV pour vos pièces plastiques.

1. Votre composant en plastique est-il épais ?
   Les composants épais risquent une pénétration des UV en profondeur, entraînant une dégradation du matériau au fil du temps. Utilisez des absorbeurs UV tels que les benzotriazoles ou des pigments de noir de carbone pour bloquer efficacement les UV.
2. Votre composant plastique a-t-il des parois fines ?
   Les pièces à parois fines sont plus vulnérables aux dommages causés par les UV en raison de leur section transversale plus petite. Appliquez des stabilisants d’amine à encombrement stérique (HALS) ou utilisez la technologie de coextrusion pour améliorer la durabilité.
3. Votre pièce sera-t-elle exposée aux conditions extérieures ?
   Les applications extérieures sont constamment exposées à la lumière du soleil et aux intempéries, entraînant une décoloration et une fragilisation. Utilisez des pigments de noir de carbone ou des revêtements traditionnels résistants aux UV avec des propriétés d’étanchéité pour une protection durable.
4. L’aspect esthétique constitue-t-il une priorité ?
   Maintenir l’attrait visuel tout en protégeant contre les dommages causés par les UV est crucial pour les pièces décoratives. Utilisez le dépôt physique en phase vapeur (PVD) pour une finition élégante ou des revêtements traditionnels résistants aux UV dans des options transparentes ou pigmentées.
5. Votre composant doit-il rester clair ou transparent ?
   Les pièces transparentes doivent conserver leur clarté optique tout en résistant à la dégradation UV. Appliquez des revêtements transparents résistants aux UV ou utilisez des absorbeurs UV pour les polymères transparents afin de préserver l’apparence et la fonctionnalité.
6. Votre pièce devra-t-elle résister à des conditions environnementales extrêmes ?
   L’exposition à des climats rigoureux, à des températures élevées ou à l’humidité peut accélérer les dommages liés aux UV. Utilisez des HALS ou la technologie de co-extrusion pour garantir des performances constantes.
7. Votre pièce nécessite-t-elle une protection au-delà de la résistance aux UV ?
   Lorsque des caractéristiques supplémentaires telles que la résistance aux rayures, à l’abrasion ou aux produits chimiques sont requises, choisissez des solutions multifonctionnelles. Optez pour des revêtements hybrides qui combinent des stabilisateurs UV avec une durabilité accrue.

Les facteurs environnementaux tels que la localisation géographique, les variations saisonnières de température, l’exposition atmosphérique et les contraintes mécaniques influencent considérablement le choix des méthodes de protection. Les fabricants doivent tenir compte de ces variables pour garantir des performances durables.

Normes courantes pour les essais de vieillissement et d’exposition aux UV

Les fabricants sélectionnent des polymères stables aux UV qui répondent aux contraintes des applications en simulant les conditions réelles à l’aide de techniques de vieillissement accéléré telles que les lampes à arc xénon et les lampes UV fluorescentes. Ces tests fournissent des informations cruciales, telles que l’identification des matériaux sujets à défaillance en conditions réelles, la prédiction de la durée de vie utile dans des emplacements spécifiques et le soutien aux analyses coûts/bénéfices des stratégies de protection contre les UV. En adhérant à des méthodes normalisées, les fabricants peuvent garantir des performances fiables, étayées par des données vérifiables pour les garanties et les déclarations de performance.

Paramètres clés des essais UV

Les paramètres d’essai sont étalonnés pour refléter les conditions réelles, fournissant ainsi des informations précieuses sur les performances et la durée de vie des matériaux :

• Intensité des UV : Ajustée en fonction des niveaux de rayonnement UV géographiques pour garantir que les matériaux puissent résister aux conditions locales, en particulier dans les régions à forte exposition aux UV. 
• Température : Des températures plus élevées peuvent accélérer la dégradation de nombreux polymères rigides et flexibles, rendant le contrôle de la température crucial.
• Cycles d’humidité : L’alternance de cycles humides et secs reproduit les cycles météorologiques naturels, évaluant la résistance des matériaux aux contraintes combinées des UV et de l’humidité.
• Durée d’exposition : Les cycles jour-nuit simulent la transition entre le jour et la nuit, révélant si les matériaux se rétablissent entre les expositions ou subissent une dégradation cumulative.
• Orientation et pivotage des échantillons : La rotation des échantillons garantit une exposition uniforme aux lumières UV, car les angles variables influent sur les taux d’usure. 

Considérations finales pour les plastiques résistants aux UV

En ce qui concerne les applications extérieures, la résistance aux UV n’est pas simplement un avantage souhaitable, mais bien un élément crucial du processus de design. Mais trouver un bon équilibre entre coût et performance peut s’avérer délicat. Si vous devez choisir entre plusieurs options, focalisez-vous sur les besoins réels de votre projet. Avez-vous besoin de quelque chose qui durera des décennies dans des conditions difficiles, ou pouvez-vous vous contenter d’une solution à court terme ?

Que votre projet consiste à utiliser l’impression 3D, le moulage par injection ou l’usinage CNC, explorez le moteur de devis instantané Xometry et notre sélecteur de matériaux en impression 3D pour trouver celui adapté à une application nécessitant différents niveaux d’exposition aux UV.

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