La sustitución de sujeciones con guía y fijaciones por piezas impresas en 3D

Las sujeciones con guía y fijaciones se utilizan para simplificar los procesos de  fabricación  y montaje y hacerlos más fiables, reduciendo los tiempos de ciclo y mejorando la seguridad de los trabajadores.

Tradicionalmente, los fabricantes realizan un mecanizado de su utillaje en metal, sea en sus propias instalaciones o externalizando el proceso a terceros. Sin embargo, según las fuerzas que tenga que soportar la pieza, es posible que no siempre sea necesario fabricar esas herramientas con metal.

Los materiales para impresión 3D por estereolitografía (SLA)  han avanzado mucho en los últimos tiempos y hay diversas resinas funcionales adecuadas para imprimir en 3D sujeciones con guía y fijaciones. Entre ellas están las  resinas estándar  y las  resinas para ingeniería de Formlabs. Fabricantes de todo el mundo han usado estos materiales para reemplazar fijaciones de metal en operaciones de mecanizado automatizadas, cadenas de montaje de electrónica, fundiciones y otras instalaciones de fabricación.

Sujeciones con guía personalizadas impresas en 3D para la fabricación de engranajes de motocicletas en Pankl Racing Systems.

Descubre siete ejemplos específicos de sujeciones con guía y fijaciones que se pueden imprimir en 3D para pensar en ideas con las que empezar a integrar la impresión 3D en tu cadena de montaje.

Esta publicación en el blog es un fragmento de nuestro libro blanco, Diseño de sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D. Descarga el libro blanco completo para contar con una exploración exhaustiva de las bases del diseño de dispositivos de sujeción y fijaciones, buenas prácticas para el diseño de sujeciones con guía y fijaciones impresos en 3D y consejos para la validación de fijaciones impresas.

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Insertos de mordaza lisa para tornillos de banco

Los insertos de mordaza lisa están diseñados a medida para acomodar la geometría única de una pieza en particular, lo que permite la sujeción de piezas más complejas y evita los desperfectos en piezas de metal blando o de plástico. La impresión 3D con un material como la  Tough Resin  de Formlabs es una buena opción para la fabricación de insertos de mordaza lisa y sujeciones con guía por su rápida velocidad de producción y su bajo coste de fabricación a la hora de trabajar con formas complejas.

 

Una pieza sujeta entre insertos de mordaza lisa impresos con Tough Resin de Formlabs.

Guías de broca

Las guías de broca evitan que una broca se desvíe y mantenga los requisitos de tolerancia angular y tolerancia cilíndrica.

Un aislador pasante ajustado a presión en una sujeción para taladrar, impresa con Tough Resin de Formlabs.

Hay aisladores pasantes para guías de broca ajustados a presión o atornillados, y se pueden comprar a proveedores industriales como  McMaster-Carr. Los aisladores pasantes que se diseñan específicamente para usarse con plásticos funcionan mejor con sujeciones impresas mediante SLA.

Usa las directrices de tolerancia de nuestro  libro blanco de ajustes para ingeniería  para determinar las medidas correctas del orificio para el ajuste a presión.

Calibre pasa/no pasa

Una simple comprobación de tolerancia usando una plantilla o calibre puede ayudar a un inspector de control de calidad a determinar rápidamente si una pieza servirá para su uso final. Los calibres pasa/no pasa son útiles cuando el funcionamiento correcto de la pieza se determina a partir de pequeñas diferencias de forma y dimensiones, y dichas dimensiones no se pueden evaluar fácil o rápidamente con calibres de otro tipo, micrómetros y otras herramientas estándar de metrología, como en el caso de las piezas de goma complejas.

Un calibre pasa/no pasa para inspeccionar una guarnición de caucho, impreso con Clear Resin de Formlabs.

Los calibres pasa/no pasa son una manera rápida y de bajo coste de implementar comprobaciones de control de calidad adicionales en una cadena de montaje o de fabricación.

Consejo:  En determinadas aplicaciones, los calibres pueden desgastarse con el tiempo, lo que provoca fallos de control de calidad. Debido a su bajo coste y facilidad de fabricación, los calibres impresos en 3D se pueden reimprimir y reemplazar según un programa determinado o según sea necesario, para evitar una pérdida de calidad por el desgaste de los calibres. Este desgaste es más acusado cuando las piezas que entran en contacto con el calibre pasa/no pasa están hechas de metales duros.

Soportes para montaje

Hay muchos productos en los que conectar las piezas y añadir elementos de fijación para crear subconjuntos o conjuntos de montaje es la parte más ardua del proceso. La impresión 3D de soportes de montaje hechos a medida para piezas específicas reduce los tiempos de ciclo, mejora el proceso de trabajo ergonómico para los técnicos de montaje y mejora la uniformidad de los resultados entre las unidades de producción.

Un soporte para montaje usado para la fabricación de la impresora 3D Form 2 de Formlabs.

Soportes para desmontaje

Por otro lado, es necesario realizar desmontajes para examinar un producto que no haya superado la inspección, corregir un error o acceder a un dispositivo para su reacondicionamiento y reparación. Usar un soporte de desmontaje agiliza este proceso y reduce el riesgo de rotura. Por ejemplo, separar un cierre a presión requiere que todas las sujeciones se abran de forma simultánea para que las piezas no sufran daños.

Soporte de desmontaje para separar un cierre a presión realizado con la White Resin de Formlabs.

Herramientas de encolado

El bajo coste de las herramientas de encolado impresas en 3D hace que la sustitución regular de estas piezas sea más aceptable que el uso de otras mecanizadas a partir de plástico o metal. En teoría, las herramientas de encolado y las fijaciones están bien diseñadas y mantenidas, de modo que no es necesario renovar su superficie o tirarlas. En la práctica, depende mucho de la mano de obra de un taller y su ética de trabajo.

Aplicación de un adhesivo a una pieza en una herramienta de encolado impresa con la Durable Resin de Formlabs.

 

Consejo:  Recubrir una herramienta de encolado con un agente de liberación facilitará la limpieza de cualquier adhesivo solidificado que se haya derramado sobre la sujeción.

Plantillas de etiquetado, marcado y enmascaramiento

Las sujeciones impresas en 3D son útiles para aplicaciones de escasa fuerza, como asegurarse de que una etiqueta esté colocada en el mismo lugar exacto en múltiples unidades o enmascarar una zona para su marcado.

Con la ayuda de la  Flexible Resin de Formlabs, se puede diseñar una plantilla de enmascaramiento conforme que se adapte perfectamente a la superficie de la pieza. La  Durable Resin  funciona bien para aplicaciones en las que se necesita una plantilla más rígida.

Sujeción con bisagra para aplicar marcas volumétricas, impresa con la Tough Resin y la Durable Resin de Formlabs.

Piezas de sustitución

Aunque no son fijaciones o sujeciones propiamente dichas, las piezas de sustitución se suelen usar para someter a ensayo fijaciones o sujeciones con guía antes de su uso con las piezas de fabricación finales, de manera que las cadenas de fabricación y montaje se pongan en marcha más rápidamente y se resuelvan los problemas del proceso antes de que lleguen las presiones de la fabricación.

Las piezas de sustitución permiten validar el proceso de fabricación con impresiones 3D de bajo coste, en vez de arriesgar componentes caros y delicados como ensamblajes electrónicos.

Las impresiones por SLA son adecuadas para realizar piezas de sustitución por su alta precisión dimensional y su capacidad de reproducir detalles precisos relevantes para resolver cuestiones de fabricación o de utilización que el modelado por deposición fundida (FDM) u otros procesos de impresión no admiten. Además, dado que las piezas impresas mediante SLA son muy isotrópicas, se comportarán de forma más parecida a sus equivalentes moldeados por inyección que las piezas de FDM anisotrópicas.

 Google ATAP usó piezas de sustitución  impresas con la High Temp Resin de Formlabs, reduciendo así el tiempo de elaboración de un componente crucial en un 85 % y ahorrando más de 100 000 $.

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