紫外線の放射線は、高分子構造に光化学反応を起こすことが知られています。 これは、紫外線レーザーを使って印刷する樹脂ベースの3Dプリンター（SLA）に関しては、ありがたいことです。

もし、あなたが日中外で使用するモデルを作る場合、紫外線や日光に強くするために、どのような素材が最適なのか、この記事を参考にしてください（すみません）。

PLAはUV耐性がないので、長期間日光に当たると悪影響を受けます。 ABSの方がUV耐性は優れていますが、ABSから代替したASAというフィラメントがあります。 ABSよりプリントしやすいだけでなく、全体的に耐久性が高いです。

さらに詳しく、PLA、ABS、PETGといった人気の印刷素材に対する紫外線や太陽光の影響も見ていきましょう。

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各素材のUV耐性について

PLA ( ポリ乳酸 )

PLAは、サトウキビやトウモロコシのデンプンなど、再生可能な資源から作られる生分解性プラスチックです。

生分解性だからといって、必ずしも外で日光に当たらないとは限りません。 もろくなったり、剛性が落ちたりすることはありますが、機能しない限りは、ほとんどの場合、本来の形と強度を保つことができます。

基本的にPLAは、見た目の美しさを追求するのであれば太陽に当てておいてもいいのですが、例えばハンドルやマウントのようなものはダメなんです。

Makers Museによる以下のビデオは、PLAを1年間太陽の下に放置した場合の効果を示しており、UVカラーに変化するクールなPLAが紹介されています。

この現象については、「PLAフィラメントはなぜ脆くなるのか、折れるのか」という記事をご覧ください。

PLAは生分解性であるため、3Dプリントに使用される他のプラスチックに比べて風化しやすい。 PLAをUVCで30～90分照射すると、劣化の時間を短縮できることが分かっている。

UVCとは何かというと、最も強力な紫外線で、浄水器の殺菌として使われています。

また、紫外線にさらされると、素材に含まれる着色顔料がゆっくりと破壊され、表面にカルキが発生することがあります。 純粋な状態のPLAは、紫外線に対してより耐性があります。

購入したPLAフィラメントにポリカーボネートや着色料などの不純物が含まれていると、太陽光による紫外線で劣化が早まります。 物理的な特性はあまり影響しませんが、化学的な分解が進みます。

PLAを分解するには、高温・高圧という特殊な条件が必要です。 これを実現する特殊な植物が存在するので、太陽の力を当てにしてはいけません。 高温・高圧のコンポストにPLAを入れておくと、分解に数ヶ月かかります。

また、PLAは有機物でできているため、PLAを食べようとする動物がいることも知られています！

最も一般的で経済的な3Dプリント素材であるにもかかわらず、PLAプラスチックは、屋内や軽度の屋外使用のみに使用することを推奨されることが多いようです。

ABS ( アクリロニトリル ブタジエン スチレン )

ABS樹脂は、PLA樹脂と比較して、屋外での使用において多くの利点があります。 その主な理由は、PLA樹脂と比較して生分解性のないプラスチックであるためです。

ABSはPLAに比べて耐熱性が高いため、太陽光に長時間耐えることができます。 剛性が高く、引張強度が高いため、短期間の屋外使用には適しています。

ABSは紫外線のエネルギーを吸収してフリーラジカルを発生させることがないため、長時間日光に当てると劣化してしまいます。

また、紫外線や日光に長時間さらされると、ABSの風化が早まることがあります。 さらに、日光に長時間さらされると、温度変化による反りの原因になることもあります。

この材料の劣化は、PLAの劣化と同様の症状として観察される。 ABSは、長時間暴露されると色が抜けて淡くなり、表面に白いカルキ状の物質が現れ、機械的な力でしばしば析出することがある。

しかし、ABSはPLAに比べ、屋外での使用期間が長く、構造的な安定性は高いのですが、色あせが早いことが知られています。

熱による悪影響が大きいので、ABSは耐熱性が高く、太陽光や紫外線に強くなっています。

屋外用の3Dプリント素材にUV保護を施すには、外側にラッカーを塗るのが一般的です。 この問題を解決するために、UV保護ニスを簡単に手に入れることができます。

私が使う耐紫外線ニスは、Amazonの「Krylon Clear Coatings Aerosol (11-Ounce) 」です。 数分で乾くだけでなく、湿気に強く、黄変しない永久コーティングです。 とても手頃で便利です！

ABSは、実は長時間日光にさらされるロングボードのような屋外用途に使われています。

PETG

PETGは、通常のPET（ポリエチレンテレフタレート）をグリコールで変性させたもので、3Dプリントによく使われる3つの素材の中で、紫外線に長時間さらされた場合に最も耐久性があります。

天然PETGは添加物や着色顔料がない分、純粋な状態で市場に出ている方がUV耐性に優れています。

上記で述べたように、どのようなプラスチックでも、より純粋な形状のものは紫外線の影響を受けにくいです。

ABS樹脂に比べ剛性が低く、柔軟性に富んでいるため、屋外に長く置かれた場合、温度条件に応じて伸縮します。

PETGは滑らかな仕上げのため、表面に降り注ぐ放射線のほとんどを反射し、その透明な外観が放射線の熱エネルギーを保持しないようになっています。

これらの特性により、PLAやABSに比べて紫外線に対する耐久性は高いのですが、紫外線や太陽光に対する耐久性は高くても、表面が柔らかいため、屋外で使用する場合は摩耗しやすくなっています。

PETGは屋外専用に使われる形が多いので、メーカーによっては最適な選択ができます。

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日差しに強い素材はどれ？

PETGは、紫外線にさらされたときの耐久性は高いものの、その他の欠点があるため、屋外での使用には向かないということがわかりました。

ABSが持つ強度や剛性といった特性を持ちながら、紫外線に強いプリント素材があれば、とてもうれしい。 でも、がっかりしないでください、ありますよ。

ASA（アクリル・スチレン・アクリロニトリル）

強度と紫外線に対する耐久性を併せ持つ、両者のいいとこ取りのプラスチックです。

ASAは、ABS樹脂の代替品として開発されたもので、印刷が難しく、高価な素材ですが、多くの利点があります。

UVカットとともに、耐摩耗性、耐熱性、高い耐衝撃性も兼ね備えています。

このような特性から、ASA樹脂の一般的な用途としては、屋外の電子機器筐体、自動車の外装部品、屋外看板などが挙げられます。

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このフィラメントは、耐紫外線性、耐候性に優れているので、屋外で使用するプロジェクトでは、このフィラメントを使用することをお勧めします。

紫外線や温度変化に弱い屋外用フィラメントも簡単に購入できます。 メーカーショップ3Dのフィラメント屋外用コーナーでは、さまざまな色や素材を取り揃えています。

自動車部品に使用する素材は？

自動車の内装材を印刷したり試作したりする場合は、安価で風化しにくい、古き良きABSにこだわることをお勧めします。

3Dプリンターで自動車の小さな外装部品を作る場合、紫外線や日光に強い上記のASAにこだわるのがベストな選択でしょう。

もし、自動車用の軽量で丈夫な試作品のアイデアがあれば、ABSに炭素繊維を練り込んだような炭素繊維複合材を使うのがベストな選択でしょう。

炭素繊維は、空力部品やボディなど、高性能な自動車のほとんどに使用されており、マクラーレンやアルファロメオなどのスーパーカーの極限まで軽量化された強靭なシャーシにも使用されています。

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