Cómo optimizar las tolerancias de la impresión 3D para ajustes para ingeniería

La tolerancia y el ajuste son conceptos esenciales para cualquier ingeniero que diseñe conjuntos mecánicos.

Tener en cuenta las tolerancias optimiza tanto la creación de prototipos como los procesos de producción, lo que reduce el coste de material para las iteraciones, el tiempo de posacabado y el riesgo de que se rompan las piezas accidentalmente.

En el mecanizado tradicional, los costes aumentan exponencialmente a medida que se reducen las tolerancias. Alcanzar un nivel limitado de tolerancia requiere pasos adicionales de mecanizado que ralentizan el proceso, a diferencia de los niveles de tolerancia más amplios. Por este motivo, las piezas mecanizadas se diseñan con las tolerancias más amplias admisibles para una aplicación específica.

A diferencia del mecanizado, la fabricación aditiva y la impresión 3D conllevan una sola fase de producción automatizada. Es posible que para alcanzar tolerancias más limitadas en la impresión 3D se requiera un mayor esfuerzo en la fase de diseño, pero esto puede dar lugar a un ahorro importante de tiempo y dinero en la creación de prototipos y en la producción.

En este artículo vamos a explicar los casos en los que es importante definir tolerancias para la impresión 3D. Después, hablaremos de los conceptos básicos de los distintos ajustes que existen para ingeniería, a saber, ajustes con juego, ajustes indeterminados y ajustes de presilla. También mencionaremos los casos en los que se debe emplear cada uno para el diseño de un ensamblaje.

La tolerancia es el rango previsto de valores que pueden adoptar las dimensiones de una pieza en el momento de la fabricación.

 


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Ejemplo paso a paso: cómo imprimir piezas en 3D con un grado exigente de tolerancia

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Tolerancias para ensamblajes voluminosos impresos en 3D y para la fabricación a pequeña escala

El coste fijo por cada pieza con la impresión 3D hace que sea un método efectivo para la creación de prototipos y la fabricación a pequeña escala, especialmente de piezas a medida que de otra forma requerirían una inversión considerable en moldes.

El posacabado de los ensamblajes de piezas impresas en 3D incluyen los siguientes pasos: limpieza, lijado, soportes y lubricación. El lijado de una superficie activa es un método razonable para lograr el ajuste adecuado si se trata de una pieza única, ya que se requiere menos trabajo para definir las tolerancias en la fase de diseño. Con los conjuntos más grandes o cuando quieras producir múltiples piezas, debes definir las tolerancias dimensionales de manera adecuada.


Libro blanco

Optimización del diseño para crear ensamblajes funcionales en 3D

La impresión 3D SLA ofrece una amplia gama de materiales para ingeniería, desde resinas resistentes a altas temperaturas para la fabricación de moldes hasta resinas diseñadas para soportar altos niveles de esfuerzo y deformación o resistir el desgaste a lo largo del tiempo. Descarga nuestro libro blanco para obtener información sobre las tolerancias recomendadas en el diseño.

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Elige el mejor tipo de ajuste para ingeniería

Para entender y diseñar tolerancias óptimas para la impresión 3D, es importante determinar qué tipo de ajuste funciona mejor para tu conjunto.

Las necesidades funcionales de tu conjunto definen la manera en la que deberían encajar las piezas.

Podemos definir tres tipos de ajustes para ingeniería: ajustes con juego, ajustes indeterminados y ajustes de presilla. Cada uno de estos tipos de ajustes puede dividirse en dos subcategorías principales.

Siempre se producirá cierta variación en las tolerancias debido a los distintos métodos de fabricación y de impresión 3D que se empleen, lo que significa que el proceso de ajuste funciona como un continuo y no como una fase completamente separada. Por ejemplo, los ajustes que ofrecen mucho juego sacrifican la precisión por libertad de movimiento. Los ajustes indeterminados son más resistentes, pero pueden provocar más desgaste en la conexión. Un ajuste de presilla que requiera más fuerza de adhesión será más difícil de desmontar.

Ajustes con juego

Para que un componente disfrute de libertad de movimiento, es necesario contar con espacio libre o con espacio entre las superficies activas. Para obtenerlo, asegúrate de que las zonas de tolerancia de las superficies activas no se solapen.

Una superficie activa se refiere a la zona de un modelo en la que dos superficies se tocan, lo que puede hacer que estas se muevan o tengan un ajuste estático.

Subcategorías

  • Un ajuste deslizante ofrece cierto juego lateral, mientras que un ajuste móvil apenas ofrece juego.
  • Un ajuste móvil conlleva un poco más de fricción, pero ofrece un movimiento más preciso.

 

Cuando hablamos de "juego", nos referimos a la cantidad de espacio que se deja para permitir el movimiento en una dirección no prevista dentro del mecanismo.

Ajuste indeterminado

Si no es necesario que se produzca movimiento entre las piezas, emplear un ajuste indeterminado facilita el montaje y el desmontaje. Los ajustes indeterminados tienen zonas de tolerancia que se solapan parcialmente.

Subcategorías

  • Con un ajuste tecleado, el componente se inserta con precisión en o alrededor de otra pieza y solo es necesario aplicar una ligera fuerza para instalarlo y quitarlo.
  • Con un ajuste por empuje, es necesario aplicar más fuerza para unir y separar las piezas, pero se pueden conectar a mano.

Ajuste de presilla

Un ajuste de presilla proporciona una conexión fuerte y sólida, pero requiere mucha más fuerza durante el ensamblaje. Las zonas de tolerancia se cruzan por completo en los ajustes de presilla.

Subcategorías

  • Un ajuste forzado requiere aplicar bastante fuerza durante la instalación, inclusive con herramientas adicionales de mano como un martillo. Está pensado para mantener las piezas unidas de forma permanente.
  • Un ajuste a presión requiere mucha más fuerza de instalación, por lo que es necesario utilizar prensas de husillo o herramientas similares.

Diseña conjuntos impresos en 3D con éxito

Los distintos tipos de ajuste para geometrías comunes se pueden aplicar de manera general a muchos diseños. Una vez hayas elegido el ajuste más adecuado, tendrás que seleccionar los materiales y diseñar las tolerancias para tu aplicación. Hemos escrito nuestro libro blanco "Ajustes para ingeniería: optimización del diseño para crear ensamblajes funcionales en 3D" para ayudarte a la hora de tomar estas decisiones.

Descarga el libro blanco para saber cómo medir y aplicar las tolerancias para cada tipo de ajuste, con recomendaciones específicas para la Tough Resin y la Durable Resin de Formlabs. Este recurso también incluye enlaces a modelos de ensayo descargables y sugerencias sobre lubricantes, componentes unidos y mecanizado.

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