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Impresión 3D de roscas e insertos roscados para plásticos

3d printing - Adding Screw Threads to 3D Printed Parts

En Formlabs diseñamos múltiples piezas funcionales que se pueden imprimir en nuestras impresoras 3D de estereolitografía (SLA), como la Form 3. Estas piezas incluyen prototipos de uso interno para I+Ddispositivos de sujeción y fijaciones para nuestras líneas de fabricación y piezas para revisar los diseños antes de fabricar la versión final mediante moldeo por inyección a partir de un material como el nailon.

Independientemente de la aplicación, muchas veces nos vemos en la necesidad de combinar varios componentes impresos en 3D con tornillos y elementos de fijación roscados. Con nuestro creciente catálogo de resinas para ingeniería versátiles y fiables, las diferencias entre los prototipos de exhibición y los prototipos funcionales están disminuyendo.

Este artículo sirve de guía para imprimir roscas en 3D y usarlas para combinar piezas impresas en 3D. Hay muchas formas de combinar múltiples piezas impresas en 3D, pero si necesitas unir y separar continuamente los componentes y quieres una sujeción mecánica sólida, no hay nada mejor que las roscas de metal auténticas.

¿Te gusta más el aprendizaje visual? Ve el vídeo que aparece a continuación acerca de la impresión 3D de roscas e insertos roscados para plásticos impresos en 3D.


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Opciones de diseño para roscas impresas en 3D

Vamos a explorar algunas de las opciones de diseño para imprimir roscas en 3D que hemos recopilado a lo largo de los años en Formlabs y gracias a vuestras sugerencias. Hemos catalogado estas opciones empezando por la que creemos que es la mejor opción en términos generales. También citamos las ventajas e inconvenientes de cada una para distintos usos.

3D printing - Screw threads diagram


Formlabs - Sample part

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Insertos roscados de expansión para plásticos

Adding Screw Threads to 3D Printed Parts

Ventajas: fuerte sujeción de piezas impresas en 3D sin necesidad de pegamento. Las roscas de metal son resistentes y reutilizables.

Inconvenientes: es posible que los insertos se aflojen a altas temperaturas.

Imprime un orificio en 3D y elige su profundidad y diámetro en base a las especificaciones del inserto. Lava la pieza con alcohol isopropílico y deja que se seque antes del posacabado. Introduce el inserto en el orificio con la ayuda de un destornillador y utiliza un tornillo para expandirlo y fijarlo por completo en el plástico. Después, poscura la pieza para reducir la tasa de deformación y reforzar aún más la sujeción del inserto en el plástico. Realizar este paso en último lugar reduce la probabilidad de que el inserto provoque grietas en el orificio cuando se expanda.

 

Insertos termofijados para plásticos con pegamento

Glue in Heat-Set Inserts for Plastics

Ventajas: sujeción muy fuerte en componentes impresos en 3D. Las roscas de metal son resistentes y reutilizables.

Inconvenientes: requiere pegamento (¡no intentes utilizar un soldador!).

Los insertos roscados termofijados están diseñados para instalarse en materiales termoplásticos con un soldador con punta de instalación. Se pueden utilizar tal y como están diseñados en láminas de acrílico y en piezas fabricadas por modelado por deposición fundida (FDM), pero no se pueden instalar en piezas fabricadas por SLA con resina fotopolimerizable, ya que estas se desvían pero no se derriten cuando se calientan.

Lee nuestra guía exhaustiva sobre las impresoras 3D FDM y SLA para aprender en qué se diferencian en cuanto a la calidad de impresión, materiales, aplicaciones, proceso de trabajo y costes, entre otros factores.

Sin embargo, el moleteado y las rugosidades de los insertos termofijados hacen que sean muy efectivos para añadir roscas, siempre que pegues las piezas con resina epoxi de dos componentes o con pegamentos instantáneos. Mide las dimensiones del orificio en base al diámetro más grande del inserto y aplica una pequeña gota de pegamento antes de la instalación. Asegúrate de que la pieza esté completamente seca y curada para obtener mejores resultados.

Screw threads gluein

 

Tuerca en una muesca impresa en 3D a medida

3D printing - Nut in a Custom 3D Printed Pocket

Ventajas: puedes elegir una tuerca que se adapte al tamaño de tornillo que necesites.

Inconvenientes: las muescas laterales para las tuercas pueden eliminar la necesidad de utilizar pegamento, pero es posible que sea más difícil sujetar las piezas durante la impresión.

Añadir una muesca hexagonal en la parte posterior de una pieza para encajar una tuerca a presión crea contactos reutilizables y robustos de metal a metal. Para añadir resistencia de rotación, puedes optar por utilizar una tuerca cuadrada. La tuerca puede ser de plástico o incluir elementos de fijación. De ser necesario, añade una gota de pegamento instantáneo para que la pieza se quede en su sitio, pero el uso de muescas laterales elimina totalmente la necesidad de emplear pegamento. Utiliza una distancia de 0,1 mm alrededor de la tuerca para conseguir un ajuste a presión y deja un espacio libre alrededor del propio tornillo.

Tornillos de rosca cortante o tornillos roscados diseñados para plásticos

Thread-Cutting or Thread-Forming Screws Designed for Plastics

Ventajas: puedes utilizar el mismo hardware tanto en la creación de prototipos como en las piezas producidas mediante moldeado por inyección. Las tuercas fabricadas con Tough Resin (o Durable Resin) no se suelen resquebrajar si sigues las instrucciones de diseño de la tuerca del fabricante del tornillo.

Inconvenientes: los tornillos proporcionan un buen ajuste, pero las roscas no aguantarán un uso repetido de la misma forma que las roscas de metal. También se pueden utilizar resinas estándar, pero hay más probabilidades de que se agrieten.

Sigue las instrucciones del fabricante para calcular las dimensiones de la tuerca e imprímela utilizando materiales para ingeniería de alta resistencia a impactos (como nuestras resinas Tough Resin o Durable Resin). Realiza un poscurado completo de las piezas antes de usar los tornillos. Si vas a crear un prototipo para una pieza fabricada por moldeo por inyección que requerirá el uso de tornillos roscados o tornillos de rosca cortante durante su ensamblaje final, esta es una buena opción para imprimir la pieza y someterla a ensayo.

Tornillo para madera

3D printing - Wood Screws

Ventajas: no es necesario adquirir tornillos especiales para plásticos.

Inconvenientes: los tornillos proporcionan un buen ajuste, pero las roscas no aguantarán un uso repetido de la misma forma que las roscas de metal.

También sometimos a ensayo los tornillos para madera con nuestra resina Tough Resin y descubrimos que funcionan igual de bien que los tornillos de rosca cortante diseñados para plásticos. Asegúrate de que el diámetro del orificio donde se insertará el tornillo se sitúe entre el diámetro superior (roscado) del tornillo y el diámetro inferior. El tornillo que aparece en la imagen es un tornillo para madera #8 con un diámetro del orificio de 0,16 pulgadas (0,406 cm).

Roscas impresas en 3D

3D Printed Threads

Ventajas: pueden funcionar para la creación de prototipos de roscas de gran tamaño y para los diseños de roscas a medida.

Inconvenientes: no es una solución de sujeción duradera ni reutilizable, especialmente a pequeña escala.

Las roscas impresas en 3D funcionan mejor si se fabrican con nuestras resinas estándar en vez de con la Tough Resin, ya que son mucho más resistentes. Aun así, las roscas impresas en 3D son relativamente delicadas dependiendo del tamaño de la rosca y no son la mejor opción para un sistema de sujeción permanente y reutilizable.

Por lo general, un tamaño de rosca de al menos ¼–20 es suficiente para crear piezas funcionales que no requieren posacabado. Para tornillos más pequeños, se deberían fabricar roscas a medida para lograr una mejor fijación. Por ejemplo, para conseguir que la rosca tenga un mejor ajuste y sufra menos desgaste, se puede imprimir un perfil de rosca semicircular (en un tornillo y una tuerca) y emplear una distancia de 0,1 mm. Para todos los tornillos, es mejor orientar las piezas de forma que las estructuras de soporte no toquen las roscas.


White Paper - Engineering Fit: Optimizing Design for Functional 3D Printed Assemblies - Formlabs
Libro blanco

Ajuste para ingeniería: optimización del diseño para crear conjuntos funcionales en 3D

Diseñar tolerancias y ajustes adecuados reduce el tiempo de posacabado, facilita el ensamblaje y reduce el coste del material para las iteraciones.


Conclusión

Esperamos que esta guía te haya sido de utilidad para conocer algunas de las opciones de sujeción mecánica disponibles para los componentes impresos en 3D. Si quieres ver el modelo real de ensayo que hemos utilizado, descarga el archivo STL.

 

Puedes adquirir las piezas que hemos mencionado en esta guía en McMaster a través de los siguientes enlaces:

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