Ý chính
- Tia UV phá chi tiết trước cả nhiệt và nước. Chọn vật liệu theo độ bền UV, không theo khả năng chống nước.
- PLA ngoài trời trở nên giòn và bạc màu trong vòng vài tháng, kể cả khi không bị ướt.
- PETG chống nước tốt nhưng ngả vàng và mất độ dai dưới nắng trực tiếp. Nó là vật liệu cho chỗ có mái che.
- Thiết kế thoát nước và thành dày bù được nhiều hơn phần lớn mọi người nghĩ — nước đọng trong hốc kín là nguyên nhân hỏng phổ biến.
Câu hỏi thường được đặt là "nhựa nào chống nước tốt nhất", và đó là câu hỏi sai. Ở khí hậu Việt Nam, nước gần như không bao giờ là thứ phá chi tiết trước. Tia UV làm việc đó, rồi tới nhiệt bề mặt, và mãi sau mới tới nước.
Xếp đúng thứ tự ba tác nhân này thì lựa chọn vật liệu trở nên rõ ràng.
Và đây là con số đặt nền cho cả bài. Theo Cổng thông tin điện tử TP. Hồ Chí Minh, thành phố có nhiệt độ trung bình năm 27,3 °C và độ ẩm không khí trung bình năm 78,3 %, với khoảng 1.800 mm mưa mà 93 % rơi vào mùa mưa; các tháng mùa khô độ ẩm mới xuống dưới 75 %. Hà Nội ở mức tương đương. Nghĩa là suốt phần lớn năm, cả cuộn nhựa trong xưởng lẫn chi tiết ngoài trời đều sống trong môi trường mà nylon và PETG hút ẩm liên tục — xem nguồn.
Tác nhân thứ nhất: tia UV
Bức xạ tử ngoại phá vỡ mạch polymer ở bề mặt chi tiết. Kết quả không phải là chi tiết mềm ra mà là ngược lại: bề mặt trở nên giòn, mất màu, xuất hiện các vết nứt li ti, và những vết nứt đó trở thành điểm khởi đầu cho hỏng hóc cơ học.
| Vật liệu | Kiểu hỏng do UV | Dùng ngoài trời |
|---|---|---|
| PLA | Giòn nhanh, bạc màu, nứt tế vi | Không nên |
| PETG | Ngả vàng, giảm độ dai va đập | Chỉ nơi có mái che |
| ABS | Bạc màu như phấn, nứt bề mặt | Không nên |
| ASA | Rất chậm — chính là loại được thiết kế cho việc này | Có |
| PC | Ngả vàng dần, giữ độ bền cơ khá lâu | Có, nếu có tráng phủ |
| PA6-GF | Bề mặt xơ ra, hút ẩm trở lại | Có, nếu được sơn phủ |
| TPU | Cứng dần và mất độ đàn hồi | Chỉ ngắn hạn |
ASA chính là ABS đã thay thành phần dễ hỏng dưới tia UV. Thông số in gần như giống nhau, giá chênh không nhiều, và đó là toàn bộ khác biệt giữa một chi tiết sống được và một chi tiết bạc màu sau một mùa.
Tác nhân thứ hai: nhiệt bề mặt
Nhiệt độ không khí ngoài trời không phải con số cần quan tâm. Một chi tiết màu tối phơi nắng trực tiếp nóng hơn không khí quanh nó rất nhiều, và nếu nó gắn lên mái tôn hoặc bề mặt kim loại thì còn nhận thêm nhiệt dẫn từ đó.
- Chi tiết màu sáng, gắn nơi thoáng gió: thường vẫn trong khoảng an toàn của PETG.
- Chi tiết màu tối, phơi nắng trực tiếp: hãy giả định nó vượt 70 °C, tức là đã ra khỏi vùng của PETG.
- Chi tiết gắn trên mái tôn hoặc vỏ máy kim loại: cộng thêm nhiệt dẫn, và chỉ ASA, PC hoặc PA6-GF là hợp lý.
Tác nhân thứ ba: nước và chu kỳ ẩm
Nước ít khi phá polymer trực tiếp. Nó gây hại theo ba đường gián tiếp, và cả ba đều xử lý được bằng thiết kế:
- Đọng nước trong hốc kín. Chi tiết in 3D có rất nhiều hốc. Nước vào rồi không ra, đọng lại, và mở đường cho nấm mốc cùng ăn mòn phần kim loại lắp trong đó.
- Nước lọt vào giữa các lớp. Chi tiết in mà thành chỉ có hai lớp không kín nước dù vật liệu kín nước. Đường lớp là đường rò.
- Chu kỳ ẩm với nylon. Polyamide hút nước từ không khí, và ở mức ẩm mùa mưa của Việt Nam — trên nền trung bình năm 78,3 % ở TP.HCM — nó hút đủ để mềm ra và đổi kích thước. Chi tiết nylon ngoài trời cần được sơn phủ kín.
Bốn quyết định thiết kế cho chi tiết ngoài trời
- 01
Cho nước một đường ra
Mọi hốc phải có lỗ thoát ở điểm thấp nhất theo hướng lắp thật, đường kính tối thiểu 3 mm để không bị bụi bịt kín. Đây là thay đổi rẻ nhất và hiệu quả nhất trong danh sách này.
- 02
Làm thành dày hơn mức bạn nghĩ là cần
Tia UV chỉ phá lớp ngoài. Một thành dày 3 mm với bốn lớp vỏ còn nguyên phần lõi khoẻ sau khi bề mặt đã suy giảm; một thành 1,2 mm thì không. Dày thành là cách mua thêm tuổi thọ.
- 03
In đặc ở chỗ cần kín nước
Với chi tiết phải kín, hãy dùng đầu phun 0,6 mm, đặt 100 % infill ở vùng thành, và dùng lớp trên/dưới kiểu concentric để đường đùn chạy theo mặt kín thay vì cắt ngang nó.
- 04
Sơn phủ nếu vật liệu không tự bền UV
Một lớp sơn phủ gốc acrylic chống UV làm được nhiều cho PETG hoặc PC hơn bất kỳ thông số in nào. Nó không biến PLA thành vật liệu ngoài trời, nhưng nó kéo dài đáng kể tuổi thọ của PETG và PA6-GF.
Bảng chọn nhanh theo trường hợp
| Ứng dụng | Nên dùng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Vỏ cảm biến, hộp điện ngoài trời | ASA | Màu sáng để phản nhiệt, có lỗ thoát nước |
| Ngàm kẹp, giá đỡ trên mái | ASA hoặc PC | Kiểm tra cả tải trọng gió, không chỉ tải tĩnh |
| Chi tiết trong sân, có mái che | PETG | Rẻ hơn, in dễ hơn, không cần buồng kín |
| Bảng hiệu, chi tiết trang trí | ASA | Giữ màu, đây là điểm mạnh chính của nó |
| Chi tiết chịu lực kết cấu | PC hoặc PA6-GF | Nên sơn phủ chống UV |
| Gioăng, đệm ngoài trời | TPU 95A | Coi là vật tư tiêu hao, thay định kỳ |
| Hệ thống tưới, chi tiết ngâm nước | PETG hoặc PC | In đặc, đầu phun 0,6 mm |
Một lưu ý về PLA "phân huỷ sinh học"
PLA được gọi là phân huỷ sinh học, và điều đó khiến nhiều người nghĩ nó sẽ tự tan trong môi trường ngoài trời. Thực tế là ngược lại về mặt hữu dụng: PLA cần điều kiện ủ công nghiệp — nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát cùng vi sinh vật thích hợp — mới phân huỷ. Ngoài trời tự nhiên, nó không tan; nó chỉ trở nên giòn, bạc màu và vỡ thành mảnh nhỏ.
Nói cách khác, PLA vừa là vật liệu ngoài trời tệ, vừa không phân huỷ ngoài trời. Hãy dùng nó cho đúng việc của nó: bản mẫu và chi tiết trong nhà. Chi tiết hơn về khoảng nhiệt của từng loại nằm ở bài chọn PLA, PETG hay ABS, còn danh mục ASA có sẵn thông số in đầy đủ.
Câu hỏi thường gặp
Nhựa in 3D nào dùng được ngoài trời?
ASA là lựa chọn đúng cho phơi nắng lâu dài, vì nó có khả năng chịu nhiệt của ABS mà không bị tia UV phá. PETG chấp nhận được ở nơi có mái che. PC và PA6-GF dùng được nếu có sơn phủ chống UV. PLA và ABS không phù hợp để dùng ngoài trời.
PETG có chống được tia UV không?
Không thật sự. PETG chống nước và chống hoá chất nhẹ rất tốt, nhưng dưới nắng trực tiếp nó ngả vàng và mất độ dai va đập. Nó phù hợp cho chỗ có mái che, hoặc cho chi tiết ngoài trời ngắn hạn, hoặc khi được sơn phủ chống UV.
Chi tiết in 3D có kín nước không?
Vật liệu kín nước nhưng chi tiết in thì không tự động kín. Đường lớp là đường rò. Để kín nước, hãy dùng đầu phun 0,6 mm, in đặc ở vùng thành, dùng lớp trên và dưới kiểu concentric, và thiết kế lỗ thoát cho mọi hốc kín.
PLA có tự phân huỷ khi để ngoài trời không?
Không. PLA cần điều kiện ủ công nghiệp với nhiệt độ, độ ẩm và vi sinh vật được kiểm soát mới phân huỷ. Ngoài trời tự nhiên nó chỉ trở nên giòn, bạc màu và vỡ thành mảnh nhỏ, đúng như các loại nhựa khác.
Chi tiết in 3D màu tối phơi nắng nóng tới bao nhiêu?
Nóng hơn không khí quanh nó đáng kể — một bề mặt tối phơi nắng trực tiếp thường vượt 70 °C ở điều kiện Việt Nam, và cao hơn nữa nếu gắn trên mái tôn hoặc vỏ kim loại. Hãy đo bằng nhiệt kế hồng ngoại tại đúng chỗ lắp thay vì dựa vào nhiệt độ dự báo.