Para los fabricantes, maximizar la velocidad de producción sin perder la alta calidad de las piezas es esencial para el éxito.
En esta guía, describimos los principios que hay detrás de la creación in situ de sujeciones con guía, fijaciones y otros accesorios para la fabricación eficaces, haciendo hincapié en cómo aprovechar la impresión 3D para reducir costes, acortar el tiempo de desarrollo y crear procesos de trabajo más eficientes desde el ingeniero de diseño al técnico de la fábrica.
¿Qué son las sujeciones con guía y fijaciones?
Las sujeciones con guía y fijaciones son herramientas que se utilizan en los procesos de fabricación y montaje para sujetar, sostener, fijar o asegurar productos y equipamiento.
En su forma más básica, las sujeciones con guía y fijaciones mantienen una pieza en una posición concreta mientras soportan fuerzas de una operación secundaria, sin que la pieza fijada sufra un grado inaceptable de flexión, movimiento o rotación. Forman parte de un grupo más amplio de herramientas denominadas accesorios para la fabricación, porque facilitan, agilizan o mejoran la eficacia de diversos procesos de fabricación y montaje.
Cómo imprimir en 3D in situ sujeciones con guía, fijaciones y otros accesorios para la fabricación
Este libro blanco describe los principios que hay detrás de crear in situ sujeciones con guía, fijaciones y otros accesorios para la fabricación eficaces.
La diferencia entre las sujeciones con guía y las fijaciones
Aunque tanto las sujeciones con guía como las fijaciones se utilizan en contacto con los productos y se denominan dispositivos de sujeción, tienen usos ligeramente distintos:
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Sujeciones con guía: herramientas y dispositivos diseñados para mantener sujeta la pieza de trabajo o producto, al tiempo que guían el equipamiento para que su alineación sea adecuada y evitar desvíos o daños
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Fijaciones: abrazaderas, mordazas, tornillos de banco, mandriles, cigüeñales u otros dispositivos que mantienen la pieza en su sitio para fijarla durante los procesos secundarios
Tanto las sujeciones con guía como las fijaciones se suelen personalizar para ajustarse a la geometría única de una pieza concreta y, en el caso de las sujeciones con guía, también se pueden personalizar para el equipamiento. Las sujeciones con guía y las fijaciones se utilizan con frecuencia en procesos como soldaduras, taladrados, moldeos o ensamblajes.
Una sujeción con guía mantiene la pieza en su sitio y guía la herramienta impresa con la Durable Resin en una impresora 3D SLA de Formlabs.
Una fijación de ensayo de Dorman Products (derecha) para ensayos de manguito presurizado y calibres pasa/no pasa, impresos en 3D en la Form 3 con la Grey Resin.
Fijaciones para soldadura personalizadas y rápidas con la impresión 3D
Descubre cómo optimizar tu proceso de utillaje con fijaciones de soldadura rápidas y modulables para acelerar el prototipado rápido y la producción de bajo volumen de piezas metálicas. El coordinador de nuestro taller de mecanizado de I+D comparte métodos y buenas prácticas para la impresión 3D de fijaciones de soldadura, que incluyen recomendaciones de diseño, un estudio de la temperatura de la herramienta, ejemplos prácticos y análisis de costes.
¿Para qué se usan las sujeciones con guía y fijaciones?
Las sujeciones con guía y fijaciones se utilizan en muchos tipos diferentes de procesos de fabricación, potenciando la eficiencia, resolviendo problemas y reduciendo costes en la fábrica. Los fabricantes utilizan grandes máquinas normalizadas para procesos repetidos como el fresado, el moldeo o el mecanizado, pero cada producto es diferente. Las sujeciones con guía y las fijaciones son las soluciones que permiten que una máquina sirva para muchos productos diferentes.
Lo tradicional es que muchos fabricantes de equipamiento proporcionen accesorios para la fabricación junto con sus máquinas, pero estos accesorios suelen estar normalizados para ajustarse a una serie determinada de piezas esperadas. La normalización también tiende a hacer que haya que trabajar con piezas metálicas más pesadas y voluminosas que pueden ser difíciles de manejar, y puede que no se ajusten a toda la gama de productos que creará el comprador de la máquina. Por eso, hacen falta sujeciones con guía y fijaciones personalizadas para que las máquinas funcionen incluso con la aparición de nuevos productos y procesos.
Sujeciones con guía y fijaciones para potenciar la eficiencia de la fabricación
Ve este seminario web para descubrir cómo imprimir en 3D in situ sujeciones con guía, fijaciones y herramientas hechas a medida con las que optimizar las operaciones de fabricación y reducir los costes de producción.
Tipos de sujeciones con guía y fijaciones
Hay tantos tipos de sujeciones con guía y fijaciones como de procesos de fabricación y de piezas: cada sujeción con guía y fijación está diseñada para realizar una función específica con una pieza concreta. Pueden ser tan simples como bloques, o tan complicadas como cigüeñales de varias piezas.
Aquí enumeramos varios tipos de sujeciones con guía y fijaciones que se usan habitualmente en la fabricación. Muchos de estos tipos de sujeciones con guía también pueden utilizarse como fijaciones, es decir, una sujeción con guía puede guiar a una pieza, pero también puede limitarse a mantener la pieza en su sitio.
| Sujeciones con guía | Fijaciones | |||
|---|---|---|---|---|
| Sujeciones con guía para moldeo | Fijaciones de mordaza lisa | |||
| Sujeciones con guía para mecanizado | Abrazaderas | |||
| Sujeciones con guía para montaje | Tornillos de banco | |||
| Sujeciones con guía para pintura/revestimiento/posacabado | Mandriles | |||
| Sujeciones con guía para conformado | Cigüeñales | |||
| Fijaciones para inspección/comprobación |
Las sujeciones con guía, las fijaciones y las piezas de recambio se consideran accesorios para la fabricación y se pueden imprimir en 3D in situ de forma eficaz y rentable, para reducir los tiempos de inactividad y mejorar la productividad.
Cómo hacer tus propias sujeciones con guía y fijaciones
Tradicionalmente, las sujeciones con guía y fijaciones se han creado mediante moldeo, mecanizado y fresado, y con frecuencia, quien las fabrica ha sido el fabricante de la máquina en la que se van a utilizar. Por ejemplo, un fabricante de brocas puede crear y suministrar una serie de fijaciones de guía de broca junto con la broca. Aunque estas sujeciones con guía o fijaciones pueden servir para varias piezas, solo están diseñadas para un pequeño conjunto de productos, por lo que los fabricantes no pueden aprovecharlas cuando tienen un producto nuevo o modificado.
A causa de estas limitaciones, la impresión 3D se está convirtiendo en un método cada vez más utilizado para fabricar accesorios para la fabricación, como sujeciones con guía y fijaciones. Estas sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D se pueden fabricar bajo demanda y en tu misma empresa, y resultan rentables de producir en pequeñas cantidades o para usos personalizados.
Diseño de sujeciones con guía y fijaciones personalizadas impresas en 3D
Es posible diseñar sujeciones con guía y fijaciones personalizadas con facilidad usando herramientas de medición adecuadas y un método de fabricación que permita crear geometrías complejas, como la impresión 3D. En primer lugar, diseña el modelo en CAD basándote en diseños CAD, mediciones de calibres o escaneos 3D de las piezas y del equipamiento. El diseño resultante puede imprimirse en 3D, mecanizarse o utilizarse como patrón maestro a partir del cual crear un molde.
Buenas prácticas para el diseño de sujeciones con guía y fijaciones personalizadas
Hay varios modos de optimizar tu proceso de diseño de sujeciones con guía y fijaciones personalizadas, como los siguientes:
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Aumentar la complejidad geométrica: La impresión 3D permite crear modelos con elementos complejos y añadir números, nombres, fechas y otra información relevante sin coste adicional.
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Reducir el número de piezas: Moldear sujeciones con guía y fijaciones compuestas por varias piezas ha tenido tradicionalmente cierta dificultad, pero a menudo pueden imprimirse en 3D en una sola pieza, lo que simplifica el proceso de trabajo.
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Incorporar en el diseño detalles de referencia: Las sujeciones con guía y fijaciones que incluyen un elemento idealizado, como un ángulo recto perfecto, facilitan la inspección de la pieza acabada y la hacen más precisa.
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Reforzar la pieza para aumentar la rigidez: Añadir nervios y filetes de refuerzo proporciona una estructura adicional sin aumentar drásticamente el coste o el tiempo de fabricación de la pieza.
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Añadir insertos roscados para mejorar la durabilidad: Añadir insertos roscados o cavidades a las piezas impresas en 3D para sujetar las tuercas mientras se aprieta un tornillo mejora la durabilidad de una sujeción con guía o fijación impresa en 3D.
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Dejar márgenes que permitan eliminar los restos del mecanizado: Añadir ranuras, canales y bordes redondeados a las sujeciones con guía y fijaciones facilita la eliminación del material sobrante que se genera mientras se utilizan para fijar una pieza durante procesos sustractivos que crean restos.
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Tener en cuenta la experiencia del usuario: Diseña las sujeciones con guía y fijaciones para que puedan utilizarse con una sola mano, identificar fácilmente los errores de colocación y mantener fija la pieza sin necesidad de un apoyo o interacción por parte de los usuarios.
Un posicionador de esquina típico fresado y montado, compuesto por tres placas atornilladas, crea más oportunidades para que los fragmentos queden atrapados.
Una geometría típica para un posicionador de esquina sin juntas y con bordes suavizados, canales y cavidades lisas para la eliminación de restos. Todo ello sin aumentar el coste de la pieza.
Materiales para sujeciones con guía y fijaciones personalizadas
Las sujeciones con guía y fijaciones pueden fabricarse con una gran variedad de materiales, y a menudo se fabrican con los mismos materiales (y mediante los mismos procesos) que usa el proceso al que sirven de apoyo. Por lo general, los fabricantes mecanizan sus herramientas en metal (aunque a veces utilizan polioximetileno/Delrin u otros plásticos), sea en sus propias instalaciones o externalizando el proceso a terceros. Mecanizar las piezas requiere costes elevados de equipo y mano de obra para los ajustes de CAM y el uso de las máquinas. Además, la mayoría de las herramientas están formadas por conjuntos de varias piezas, lo que aumenta la complejidad, y la externalización conlleva un tiempo de entrega de semanas y más costes elevados. Por eso, producir herramientas de este tipo de forma personalizada y con plazos ajustados puede resultar difícil. Sin embargo, teniendo en cuenta las fuerzas que tendrá que soportar la pieza, no siempre es necesario fabricar esas herramientas con metal.
Al elegir un material, ten en cuenta el coste, la facilidad de fabricación, los tiempos de espera y las necesidades estructurales. Es posible fabricar sujeciones con guía y fijaciones personalizadas hechas de diversos materiales plásticos mediante fabricación aditiva o mediante un proceso más tradicional como el fresado.
Ashley Furniture utiliza la impresión 3D para reemplazar fijaciones externalizadas de un taller de mecanizado, reduciendo su coste a la mitad.
Estos pasadores de alineación, impresos en las impresoras SLA de la serie Form 3 con la Durable Resin, reubican rápidamente los pernos en una estructura de cuadrícula sencilla.
Las máquinas de ensamblaje automatizadas de Koshi Kagaku Kogyo utilizan muchas sujeciones con guía y fijaciones impresas con la impresora 3D SLS Fuse 1.
Los plásticos que se usan para la fabricación aditiva pueden tener una amplia gama de propiedades, desde materiales blandos y gomosos como la Elastic 50A Resin o la Flexible 80A Resin de Formlabs, hasta materiales rígidos y resistentes como la PEEK, la Rigid 10K Resin de Formlabs o materiales para SLS de Formlabs como el Nylon 12 Powder. Los materiales especializados como la ESD Resin ofrecen ventajas únicas como disipar de forma segura las descargas electrostáticas, que es algo esencial para aplicaciones como el ensamblaje de componentes electrónicos.
Este abanico de opciones de materiales permite a los fabricantes ajustar su diseño o el material que eligen en función del rendimiento que quieren obtener, sin dejar obsoletos los accesorios mecanizados o moldeados. Las sujeciones con guía y fijaciones de plástico fabricadas de forma aditiva suelen tener tiempos de espera mucho más cortos y se pueden fabricar en tu misma empresa en cuestión de horas.
Las sujeciones con guía y fijaciones hechas de metal se deben seguir utilizando para aplicaciones en las que haya temperaturas muy altas, cargas muy pesadas o en las que el proceso vaya a seguir siendo el mismo durante cientos o miles de repeticiones, lo que hace que el desgaste y la durabilidad sean muy importantes. Los accesorios para la fabricación hechos de metal son más caros que los de plástico, suelen tener un tiempo de espera de al menos dos semanas y son más pesados y menos ergonómicos.
Métodos de fabricación de sujeciones con guía y fijaciones personalizadas
Por lo general, los fabricantes necesitan sujeciones con guía y fijaciones en cantidades reducidas o como piezas únicas. A menudo, un accesorio para la fabricación se puede utilizar para muchas repeticiones de un proceso, o es necesario para un proceso personalizado que no se repetirá. En función de la cantidad que haga falta, la mayoría se fabrica mediante fresado, un proceso sustractivo que talla una pieza a partir de un bloque macizo de material, o mediante fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D. Estos dos procesos se prestan a crear piezas muy precisas y personalizadas, y a menudo tienen tiempos de espera más cortos que los procesos tradicionales de varios pasos, como el moldeo.
Si el uso que vas a dar a las piezas requiere una sujeción con guía o fijación hecha de metal o se trata de una aplicación que somete las piezas a grandes fuerzas o temperaturas, el mecanizado es el método de fabricación adecuado. Sin embargo, a medida que las tecnologías de impresión 3D mejoran en cuanto a precisión y disponibilidad de materiales, presentan una alternativa que suele ser más asequible y rápida. En muchos casos, los fabricantes pueden usar polímeros avanzados, como la Rigid 10K Resin o los polvos de nylon, para fabricar sujeciones con guía y fijaciones que antes solo se hacían con metales.
Impresión 3D de sujeciones con guía y fijaciones personalizadas
En los últimos años, las impresoras 3D de alta resolución han pasado a ser más asequibles, fáciles de usar y fiables. Por consiguiente, la tecnología de impresión 3D es ahora más accesible para más empresas, pero a veces resulta difícil elegir entre las distintas soluciones de impresión 3D disponibles. Lee esta guía para comparar las tres tecnologías de impresión 3D más establecidas hoy en día: el modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (SLA) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).
Las sujeciones con guía y las fijaciones impresas en 3D se fabrican a menudo con el FDM porque es rápido, fácil de usar y económico. Sin embargo, la SLA y el SLS son más adecuados para accesorios para la fabricación que requieran:
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Mayor resolución y precisión y un acabado de la superficie más liso
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Características mecánicas superiores, como la resistencia y la durabilidad
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Diseños complejos
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Mayor productividad
La siguiente tabla resume algunas consideraciones importantes a la hora de elegir entre la SLA o el SLS para imprimir en 3D accesorios para la fabricación. Consulta la comparación de tecnologías pormenorizada de Formlabs si quieres conocer más detalles.
Impresión 3D SLA - Serie Form
- Detalles precisos y acabado de la superficie liso
- Una gama de materiales más amplia
- Más fácil de usar
- Menor coste del hardware
| Impresión 3D SLA - Serie Form |
|---|
| Detalles precisos y acabado de la superficie liso |
| Una gama de materiales más amplia |
| Más fácil de usar |
| Menor coste del hardware |
Impresión 3D SLS - Serie Fuse
- Herramientas resistentes, estables y duraderas
- Sin soportes, más adecuada para diseños complejos
- Mayor productividad
- Más rentable para la producción de gran volumen
| Impresión 3D SLS - Serie Fuse |
|---|
| Herramientas resistentes, estables y duraderas |
| Sin soportes, más adecuada para diseños complejos |
| Mayor productividad |
| Más rentable para la producción de gran volumen |
Ventajas de las sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D
La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, es una solución eficaz para fabricar accesorios para la fabricación de forma rápida y económica en tu empresa. Imprimir en 3D las sujeciones con guía y fijaciones es una forma de que los fabricantes obtengan un mayor control sobre su cadena de suministro, aumenten la eficiencia de sus operaciones, reduzcan los costes y disminuyan los errores, los productos dañados o el desperdicio.
Accesibilidad de las sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D
Las impresoras 3D se pueden comprar e instalar en tu empresa con unos costes o requisitos de espacio relativamente bajos. Las impresoras 3D de escritorio como la Formlabs Form 3+ están disponibles por menos de 2500 € y permiten usar materiales con una amplia gama de propiedades. Las máquinas para el banco de trabajo como la impresora 3D Form 3L de Formlabs o las tecnologías de sinterizado láser de potencia industrial como las impresoras 3D SLS de la serie Fuse también tienen un precio accesible y no requieren los complejos sistemas de infraestructura de muchas impresoras 3D tradicionales de gran tamaño.
La Form 3+ es una impresora 3D SLA de escritorio de calidad industrial asequible.
Las impresoras 3D SLS de la serie Fuse tienen un proceso de trabajo intuitivo y conveniente, además de ocupar una superficie reducida y tener un precio asequible.
Mayor control de la cadena de suministro
Disponer de estas tecnologías en tu empresa significa que los empleados responsables de un proceso, como el termoformado o la pintura, pueden acceder fácilmente a la tecnología de impresión 3D para fabricar una sujeción con guía o fijación personalizada. Todo el proceso puede durar menos de un día, lo que reduce el tiempo de inactividad y supone mejoras casi inmediatas en el proceso de trabajo. El fabricante controla más elementos de la producción y puede identificar fácilmente las áreas en las que una sujeción con guía o fijación personalizada podría tener un impacto positivo inmediato en el proceso de trabajo.
Reducción del número de productos dañados con sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D
La impresión 3D es una buena solución para crear sujeciones con guía o fijaciones que reduzcan el número de productos o equipamientos dañados. Los sistemas de sujeción tradicionales como los tornillos de banco y las abrazaderas no pueden sujetar y dar soporte a elementos amorfos o piezas con detalles muy precisos. Si se utilizan, pueden provocar daños por un mal ajuste o una fijación forzada. Por ejemplo, las fijaciones de posicionamiento que se imprimen en 3D en un material más blando podrían reducir las sacudidas en el proceso de ensamblaje, más que las fijaciones rígidas fabricadas a partir de un bloque fresado de plástico o metal.
Casos de estudio
Equipamiento de mecanizado: Sujeciones con guía personalizadas para tornos automáticos
El proveedor automovilístico Pankl Racing Systems está especializado en el desarrollo de componentes de motor y transmisión para coches de competición, vehículos de alto rendimiento y aplicaciones aeroespaciales. Pankl incorporó la impresión 3D SLA in situ para producir sujeciones con guía y otras herramientas de forma personalizada.
Para un pedido concreto, tuvieron que fabricar cajas de cambios de motocicletas pasando por varias fases de mecanizado del acero con tornos automáticos. Cada fase de torneado en los tornos automáticos requiere sujeciones con guía personalizadas para cada tipo de engranaje. Externalizar las sujeciones iba a suponer una espera de seis semanas, pero al imprimirlas in situ con las impresoras SLA de Formlabs, redujeron el tiempo de espera un 90 % y los costes un 80-90 %, generando un ahorro de 150 000 €.
Las sujeciones con guía están impresas en 3D con la Tough Resin y se unen a la cinta transportadora mediante lanzaderas convencionales. Cada sujeción se imprime con un identificador único en el lado.
Pankl utiliza las impresoras de Formlabs y sus materiales para optimizar sus operaciones y reducir costes durante la fabricación y el ensamblaje.
Termoformado de láminas de distintos tamaños: Abrazaderas en Productive Plastics
El termoformado es un proceso de fabricación que calienta y moldea láminas de plástico para darles una forma deseada, sometiéndolas al vacío, a presión o a fuerzas mecánicas. En uno de los trabajos de Productive Plastics, el marco de la abrazadera de la máquina era mayor que el molde, lo que hizo que hubiera que parar para esperar a tener una fijación separadora personalizada o habría que utilizar una lámina de plástico innecesariamente grande, aumentando los costes. Productive Plastics utilizó la impresión 3D in situ para fabricar una fijación personalizada que corrigiera la separación entre el molde y el marco.
La fijación de agarre está diseñada para mantener un espaciado de 0,63 cm. Se imprimió en 3D en la Fuse 1 con Nylon 12 Powder para obtener resistencia y durabilidad.
No fue necesario ningún otro método de acabado, ya que la fijación encajó directamente en el equipamiento.
Costes de las sujeciones con guía y las fijaciones
Antes, producir piezas personalizadas era un proceso caro, pero gracias a los avances en la fabricación aditiva, la personalización ahora es asequible y accesible. Para las sujeciones con guía y fijaciones, esto significa que hay una gama más amplia de geometrías posibles y que se ajustan mejor a procesos específicos que antes dependían de piezas normalizadas. Las sujeciones con guía y fijaciones personalizadas bajo demanda también facilitan mucho los procesos manuales, como muchos tipos de ensamblaje o embalaje, y pueden reducir la carga de trabajo de los empleados de la fábrica, liberando su tiempo para tareas más importantes.
| Impresión 3D | Mecanizado CNC | |||
|---|---|---|---|---|
| Tiempo de espera | 5-9 horas | 2-3 semanas | ||
| Coste | 8–25 € | 40–300 € |
Examinamos la comparación de costes de la producción de sujeciones con guía de Pankl Racing Systems: la impresión 3D in situ es 48 veces más rápida y 12 veces más barata que externalizar el fresado.
Producción in situ vs. externalización
La fabricación in situ de sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D puede reducir el tiempo de inactividad al acortar la distancia entre el problema y la solución. Los empleados que estén familiarizados con el flujo de fabricación pueden identificar los problemas antes de que surjan y diseñar sujeciones con guía y fijaciones para optimizar los procesos antes de que se puedan producir los problemas. Al poder comunicarse fácilmente con sus compañeros, pueden identificar los puntos débiles del proceso y diseñar en 24 horas sujeciones con guía y fijaciones que hagan los procesos más seguros, eficientes o precisos.
En cambio, la externalización de las sujeciones con guía y fijaciones es un proceso inherentemente reactivo, y que una ayuda a la fabricación personalizada que resuelva un problema llegue después de que este surja puede causar días o semanas de inactividad.
Externalización vs. internalización: ¿cuándo tiene sentido realizar la impresión 3D SLS en la propia empresa?
En este libro blanco, evaluamos la propuesta de valor de incorporar las impresoras 3D SLS en tus instalaciones, en comparación con la externalización de piezas de SLS a una empresa de servicios.
Empieza a crear sujeciones con guía y fijaciones personalizadas
Las fábricas modernas deben adaptarse constantemente a los cambios en los requisitos de los clientes y buscar nuevas formas de mantenerse eficientes, ágiles y competitivas. Las empresas ya están aprovechando el poder de la tecnología de impresión 3D in situ para otras aplicaciones, como el prototipado rápido, la fabricación rápida de herramientas y la producción de piezas de uso final. Lee las guías de Formlabs para descubrir cómo las piezas impresas en 3D pueden reemplazar a los métodos tradicionales en estas situaciones.
Los accesorios a la fabricación, como las sujeciones con guía y fijaciones personalizadas, pueden mejorar todas las facetas de la producción; son muy beneficiosas para las operaciones de fabricación, ya que reducen el tiempo de inactividad, mejoran la eficiencia, evitan la pérdida de material o los daños en el equipamiento e impulsan la producción. Con la tecnología de impresión 3D in situ, los mismos equipos que se encargan de la producción pueden asumir un control mayor de sus procesos y crear piezas personalizadas para las particularidades de su trabajo.
La impresión 3D ofrece materiales con diversas propiedades y una forma asequible de producir sujeciones con guía o fijaciones resistentes y geométricamente complejas que pueden dar apoyo a cualquier proceso de trabajo. Tanto los sistemas de SLA como los de SLS son asequibles y fáciles de integrar en las configuraciones que ya tengan los talleres, lo que permite a los fabricantes empezar a trabajar con estas tecnologías inmediatamente.
Descarga nuestro libro blanco para obtener instrucciones y recomendaciones detalladas sobre el diseño y la fabricación de sujeciones con guía y fijaciones, y ponte en contacto con nuestros especialistas en impresión 3D para encontrar la solución adecuada para tu aplicación.
