Si eres diseñador de productos o ingeniero, es probable que algún día tengas que fabricar una carcasa a medida. Puede que se trate de un contenedor sencillo para organizar pequeños objetos o de un prototipo impreso en 3D completamente funcional para mostrar a los socios de la empresa o para someterlo a ensayo antes de pasar al modelo por inyección.
Utilizando software de diseño asistido por ordenador (CAD) y una impresora 3D de escritorio, puedes crear carcasas a medida impresas en 3D con fijaciones mediante presillas y engranajes en cinco sencillos pasos.
Introducción a la impresión 3D por estereolitografía (SLA) de escritorio
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Paso 1: prepara el diseño de tu carcasa a medida
Mide tu componente electrónico (izquierda). Empieza tu modelo en 3D con cajas básicas (derecha).
Para este proyecto, vamos a diseñar una carcasa para un Pine 64, un ordenador de una sola placa (descarga el archivo STL en Pinshape para seguir la explicación). Para este tutorial hemos utilizado Solidworks por su popularidad en el diseño de productos y la ingeniería, pero puedes utilizar otro software de diseño 3D parecido.
En primer lugar, utiliza calibres digitales o una regla para medir tu componente electrónico. A nosotros nos gusta empezar los diseños de las carcasas con un proceso de ingeniería inversa de la placa de circuito impreso (o PCB, por sus siglas en inglés), midiendo el tamaño de la placa, la ubicación de los orificios de montaje y cualquier puerto o enchufe que deba ser accesible a través de la carcasa. Puedes optar por medir simplemente las dimensiones máximas generales como si se tratase de una caja, pero es esencial saber exactamente dónde se encuentran las características principales para que puedas adaptarlas al espacio. Reproduce las mediciones en Solidworks como un conjunto de cajas básicas en un archivo de una sola pieza.
Paso 2: parte inferior de la carcasa
Es mejor diseñar la carcasa como un conjunto en Solidworks, de forma que cada mitad de la carcasa esté diseñada como una pieza separada. Empieza por la mitad de la carcasa que funcionará como la base y créala como una pieza nueva. La primera decisión importante que debes tomar en este paso es cuánta tolerancia vas a dejar entre el perímetro del PCB y la carcasa. Esto depende del proceso de impresión 3D que vayas a utilizar para imprimir las piezas en 3D. La impresión SLA y las impresoras 3D SLS ofrecen una alta precisión, así que puedes ajustar las tolerancias a un valor de 0,5 mm sin correr demasiados riesgos.
Por otra parte, es posible que una impresora 3D FDM de escritorio deforme tu diseño y lo levante de la base de impresión, así que debes dejar siempre una tolerancia más amplia, de entre 1,5-2 mm, para asegurarte de que la PCB quepa dentro de la carcasa incluso si las paredes están algo deformadas.
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.
Añade espacio entre el perímetro de tu componente electrónico y la carcasa (izquierda). Construye las paredes de la parte inferior de la carcasa en tu modelo 3D (derecha).
El siguiente paso es empezar a recortar las aperturas para los puertos. Un error frecuente es recortar el material justo para exponer la conexión del puerto, ya sea USB o HDMI, sin tener en cuenta que hay muchos cables con conectores machos voluminosos y que tienen que encajar en tu carcasa para poder conectarse al puerto (en especial si el puerto se inserta en el borde de la PCB, lejos de la carcasa). Por lo tanto, es mejor ser generosos con las aperturas para los puertos. Un buen punto de partida es dejar 2 mm adicionales alrededor del puerto.
Añade cortes extrudidos y ranuras en la carcasa inferior para encajar los puertos.
Como puedes ver en la imagen, hemos incluido cortes extrudidos que llegan hasta la parte superior y una ranura para una tarjeta Micro SD. El motivo por el que algunos de los cortes llegan hasta la parte superior es que los puertos de la placa sobresalen por el borde de la PCB, así que para encajar la PCB necesitamos dejar espacio para que se puedan deslizar. Vamos a cerrar algunos de estas aperturas con la parte superior de nuestra carcasa, pero también puedes optar por crear una carcasa inferior más grande para que toda la PCB y los puertos quepan dentro. Si optas por esta opción, ten en cuenta que tendrás introducir los cables conectores a más profundidad dentro de la carcasa.
Paso 3: parte superior de la carcasa
En general, la parte superior de la carcasa refleja la geometría de la parte inferior de la carcasa.
Ahora que has terminado la carcasa inferior, es fácil diseñar la carcasa superior. La imagen que aparece arriba muestra el efecto de la línea de partición alrededor del perímetro entre las dos mitades de la carcasa. La parte superior de la carcasa incluye los mismos detalles recortados que la inferior para ajustarse a algunos de los puertos más altos. También incluye material adicional para cerrar algunos de los huecos que deja la parte inferior de la carcasa. También hemos añadido una sección opcional hundida en el centro.
Optimización del diseño para crear ensamblajes 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. Descarga nuestro libro blanco para saber más acerca de las tolerancias y los ajustes en la impresión 3D en diseños funcionales de conjuntos impresos en 3D.
Paso 4: diseño de la junta con fijación mediante presilla
Si incluyes una presilla voladiza básica en el interior, puedes alargar la cantidad de plástico que interactúa con la presilla para conseguir un cierre más resistente.
Hay muchos diseños para componentes de fijaciones mediante presilla, pero hemos optado por una junta voladiza básica en el interior. En la imagen puedes ver los detalles principales del diseño para la fijación mediante presilla, que es exactamente igual en ambos lados (en las partes macho y hembra) de la carcasa. Dependiendo del espacio del que dispongas para trabajar, puedes alargar la protuberancia que va a interactuar con la cavidad de la presilla para crear un cierre más fuerte. En nuestro conjunto de fijación mediante presilla solo mide 1,2 mm, pero una longitud de 2 mm o más aportaría mucha más seguridad. En este diseño en particular, los pernos de la PCB ocupan mucho espacio, por lo que el cierre está diseñado para que quepa en el espacio justo para proporcionar la fuerza suficiente para asegurar el cierre de la carcasa. La junta voladiza está extrudida para alcanzar una longitud de 20 mm, lo que añade resistencia.
Esta vista detallada por secciones muestra los detalles de la presilla en ambos lados.
En la imagen superior puedes ver una vista detallada por secciones de los detalles de la presilla en la carcasa, junto con la ubicación de los pernos de la PCB (en negro), que limitan el tamaño de la junta voladiza. Si no quieres que la cavidad de la presilla esté escondida dentro de la parte inferior de la carcasa, puedes optar por recortar este detalle hacia el exterior, de forma que puedas alargar las juntas de la fijación mediante presilla.
Puedes añadir pequeñas extrusiones a modo de tope que se encajan en la carcasa opuesta para fijar las dos mitades.
Añade extrusiones a tu diseño para evitar que las dos mitades se separen. Estas pequeñas extrusiones se insertan en la carcasa opuesta. Como hemos creado dos juntas para la fijación mediante presilla en lados opuestos, puede que necesitas colocar las extrusiones en los dos lados que quedan libres. Para este caso particular de mayor tamaño, las hemos colocado en cada esquina. El material solo sobresale 3 mm, pero es suficiente para evitar que se muevan los engranajes impresos en 3D.
Esta carcasa básica con fijación mediante presilla se puede adaptar a casi cualquier componente electrónico pequeño.
Paso 5: añade los detalles finales a tu carcasa
Aunque llegados a este punto tu proyecto ya cuenta con suficientes detalles, añadir unas cuantas características adicionales puede darle un toque distinto a tu carcasa impresa en 3D. Para este diseño, hemos añadido texto en relieve para escribir "Pine 64" e indicar la ubicación de la tarjeta SD. Hemos incluido el logotipo de Pine 64 como elemento visual, pero también para que funcione como mecanismo de ventilación en la parte superior, ya que las placas se pueden calentar. Además, añadir este tipo de detalles reduce la cantidad de material de impresión 3D que se utiliza. Por último, hemos añadido un par de marcas donde se sitúa la junta de la fijación mediante presilla para indicar el lugar donde debemos presionar con los dedos para abrir la carcasa.
El diseño final incluye detalles únicos en toda la carcasa con fijación mediante presilla. De esta forma, ya estaría lista para la impresión.
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