En un mundo en el que cada detalle cuenta, la capacidad de diseñar roscas internas y externas adaptadas a su proyecto puede marcar la diferencia. Ya sea que trabaje con calibres de rosca finos, perfiles de rosca complejos o roscas métricas o en pulgadas específicas, la impresión 3D le permite agregar roscas de tornillos con confianza, sabiendo que funcionarán como se espera.
¿Cómo incorporar hilos en un diseño 3D?
Incorporar hilos a un diseño presenta ciertos desafíos. Afortunadamente, existen varias formas de agregar hilos a una pieza impresa en 3D.
Hilos de impresión
Una de las formas más efectivas de incorporar hilos a un diseño es imprimiéndolos directamente en el diseño. Esto permite una gran flexibilidad en la personalización y ofrece la máxima flexibilidad.
Sin embargo, imprimir directamente diámetros más pequeños es bastante difícil, por lo que es mejor utilizar esta técnica con hilos mayores a 6 mm o Tornillos M6.
Además, recuerda que las roscas no soportan ciclos de montaje más largos ya que no son lo suficientemente fuertes como para añadir o quitar un tornillo.
Por último, la impresión directa no es una solución viable para realizar múltiples copias. En esos casos, es mejor tener impresoras adicionales, pero implica un costo adicional.
Uso de insertos termoendurecibles
Esta técnica es excelente porque los materiales termoplásticos y termoendurecibles se utilizan comúnmente en la impresión 3D.
En el caso de las piezas termoplásticas, los insertos termoendurecibles utilizan una combinación de calor y presión para incorporar de forma permanente las roscas a una pieza. Este proceso requiere mucho tiempo, ya que requiere que la pieza se enfríe, pero es muy simple y fácil.
El uso de insertos termoendurecibles para piezas termoendurecibles requiere una sujeción adicional con pegamento. Este proceso también tiene un tiempo de entrega elevado, ya que el pegamento debe curarse antes de la instalación del tornillo.
Taladrado y roscado manual
Esta técnica es probablemente la forma más rápida y económica de incorporar hilos a un diseño impreso en 3D. El equipo necesario para este proceso es de fácil acceso para todos. Sin embargo, la sujeción de los hilos puede no ser tan duradera. Además, todo el proceso requiere bastante tiempo.
Combinación de múltiples métodos
El uso de una combinación de técnicas puede resultar la forma más eficaz de incorporar hilos. La incorporación de hilos impresos en 3D en zonas con accesibilidad limitada, junto con el uso de la combinación de los métodos anteriores, puede proporcionar los mejores resultados. Sin embargo, el tiempo de entrega será significativo, ya que estos métodos suelen requerir un tiempo de procesamiento considerable.
¿Qué son los hilos impresos en 3D?
Las roscas impresas en 3D son ranuras helicoidales creadas mediante tecnología de impresión 3D, diseñadas para funcionar de manera similar a las roscas de tornillos tradicionales que se utilizan en sistemas mecánicos y de sujeción. Sin embargo, las roscas no se limitan a los tornillos; también se encuentran en tuberías, transmisiones lineales, engranajes sinfín y otros dispositivos.
La estructura de las roscas tiene varias características que definen su forma, funcionalidad y compatibilidad con los componentes acoplados. Estos son los elementos principales de la estructura de la rosca:
- Trayectoria helicoidal: Las roscas siguen una trayectoria helicoidal alrededor de la superficie cilíndrica, que puede ser interna o externa.
- Perfil de la rosca: El perfil o forma de la sección transversal de la rosca puede ser triangular (rosca en V), cuadrada, trapezoidal (Acme) y redondeada.
- Paso: La distancia entre puntos correspondientes en roscas adyacentes.
- Raíz: Es la parte inferior de la superficie del hilo que corre alrededor del cuerpo del hilo.
- Cresta: Este es el punto más alto del perfil de la rosca.
- Diámetro mayor: El diámetro más grande de la rosca, también conocido como diámetro nominal.
- Diámetro menor: El diámetro más pequeño de la rosca.
- Diámetro de paso: El diámetro en el cual el espesor de la rosca es igual al espacio entre las roscas.
- Ángulo de la rosca: El ángulo entre los flancos de la rosca, que conectan la cresta con la raíz.
Normas de hilos impresos en 3D
Todos los tornillos comerciales están estandarizados. Por lo tanto, cuando modela un elemento roscado, debe basarse en un estándar. Esto hace que su modelo sea más adaptable a las piezas disponibles comercialmente.
Las regulaciones distinguen entre roscas métricas y roscas en pulgadas: las métricas se utilizan en todo el mundo en Europa, el Reino Unido y Asia, mientras que las imperiales se usan predominantemente en los EE. UU.
Hilos en pulgadas y sus tamaños de rosca estándar se nombran con números que se pueden encontrar en el Estándar Unificado de Roscas (UTS). El tamaño se determina por el diámetro mayor o menor y las roscas por pulgada (TPI).
Por lo tanto, cuando desee diseñar elementos roscados, debe obtener las especificaciones de paso, ángulo y todo el resto de las tablas estándar recomendadas.
Hilos métricos Se designan con la letra “M” y un número que representa el diámetro exterior nominal de una rosca en milímetros. Por ejemplo, la rosca M6 tiene un diámetro exterior nominal de 6 mm.
En el caso de las roscas externas, el diámetro exterior nominal es equivalente al diámetro mayor. El diámetro exterior nominal de una rosca interna se puede determinar midiendo el diámetro menor y examinando una tabla de roscas métricas.
Tabla de roscas métricas
A tabla de roscas métricas es una herramienta de referencia que proporciona información detallada sobre las roscas de tornillos métricas, comúnmente utilizadas en ingeniería y fabricación. La tabla incluye varios parámetros como diámetros mayores y menores, paso de rosca y diámetro de paso que definen las dimensiones y tolerancias de las roscas.
Estos parámetros y los perfiles de rosca métrica ISO garantizan compatibilidad y confiabilidad en una amplia gama de aplicaciones. Los perfiles de rosca métrica ISO hacen referencia a los perfiles de rosca estandarizados definidos por la Organización Internacional de Normalización (ISO) para su uso en roscas de tornillos.
Estos son los elementos clave que normalmente se encuentran en una tabla de roscas métricas:
- Tamaño del hilo
- Paso
- Diámetro mayor
- Diámetro menor
- Diámetro de paso
- Tamaño de la broca para macho de roscar
El tamaño de la broca para macho de roscar se refiere a la diferencia entre el diámetro nominal (diámetro mayor) y el paso de la rosca. El tamaño de la broca para macho de roscar permite crear un orificio que permite que el macho de roscar corte roscas en el material de manera eficiente sin causar una tensión excesiva ni dañar el macho de roscar o la pieza de trabajo.
Para leer correctamente una tabla de roscas métricas, es necesario conocer a fondo todas las medidas anteriores. Esto le permitirá elegir entre roscas gruesas y finas. Esto dependerá de los requisitos de la aplicación: las roscas gruesas son adecuadas para un montaje rápido y entornos difíciles, mientras que las roscas finas ofrecen mayor precisión y resistencia.
Ventajas de los hilos impresos en 3D
Las roscas impresas en 3D ofrecen múltiples ventajas en comparación con el uso de tornillos comerciales. La ventaja de las roscas impresas en 3D es su excepcional adaptabilidad y precisión. Este proceso cumple con los requisitos de roscado específicos con precisión y mejora la eficiencia de fabricación.
Repasemos los beneficios más destacados de los hilos impresos en 3D:
Producción y creación de prototipos optimizados
El uso de roscas impresas en 3D reduce el tiempo de producción porque permite la integración de las roscas directamente en la pieza impresa en 3D. Esto elimina la necesidad de operaciones posteriores a la impresión, como taladrado y roscado, lo que acelera la producción. Como resultado, puede crear prototipos y probar rápidamente los componentes roscados, lo que facilita la iteración de los diseños y su mejora.
Accesibilidad
Se pueden imprimir roscas en lugares a los que es difícil llegar con herramientas convencionales, como cavidades internas o piezas complejas. La impresión 3D le permite agregar roscas en lugares que serían difíciles de perforar y roscar después de la impresión. Resistencia e integridad
Las roscas impresas como parte del componente suelen ser más resistentes y están mejor alineadas que las que se añaden después. Como no es necesario perforar la impresión después para instalar las roscas, se puede utilizar un porcentaje de relleno menor en las impresiones. Esto da como resultado una mejor distribución de la carga y un menor riesgo de desalineación o falla.
Proporcionando precisión
Con la impresión 3D, la geometría de la rosca se puede modificar fácilmente para lograr ajustes y funciones precisos. La impresión 3D puede producir formas de rosca complejas que podrían ser imposibles de lograr con los métodos tradicionales de mecanizado o fundición.
Eficiencia de costo
Las roscas impresas en 3D también son una opción rentable, especialmente para configuraciones a pequeña escala. El proceso de fabricación reduce el desperdicio de material al taladrar o roscar. También elimina la necesidad de herramientas y equipos especializados para roscar.
Guía de diseño para hilos de impresión 3D
La elección del software CAD adecuado es crucial para diseñar roscas para impresión 3D. Su selección debe coincidir con sus necesidades de diseño, los tipos específicos de roscas que planea crear y la compatibilidad con los formatos de archivo utilizados en la impresión 3D.
Para diseñar hilos impresos en 3D tienes dos opciones: puedes utilizar una caja de herramientas con la que viene equipado tu software CAD o modelarlo desde cero.
Por lo general, no es necesario diseñar una pieza desde cero. La mayoría de los programas CAD contienen cajas de herramientas con piezas estándar, por lo que es probable que no tengas que diseñar un modelo utilizando una pieza existente disponible en el mercado.
Sin embargo, hay casos en los que es necesario modelar las roscas desde cero. En ese caso, es necesario utilizar una herramienta de modelado en el programa CAD. Si se comprenden los conceptos básicos de la impresión de roscas, es fácil manipular los modelos y los valores de entrada para generar las roscas deseadas.
También es fundamental tener en cuenta el material que se utilizará para la impresión, ya que determinará la durabilidad y la eficacia de la pieza.
Uno de los materiales más populares utilizados para la impresión 3D es el PLA porque es fácil de imprimir, sin embargo, puede que no sea tan duradero o resistente al calor como otros materiales.
Por otro lado, el ABS es un material duradero y resistente a los impactos. Es adecuado para prototipos funcionales y piezas que requieren resistencia mecánica. Sin embargo, el ABS puede ser más difícil de imprimir y requiere una plataforma de construcción calentada.
También se puede utilizar la impresión 3D de metal con aluminio o acero inoxidable. Permite una alta resistencia, durabilidad y precisión. Es adecuada para producir piezas metálicas funcionales con geometrías complejas, especialmente componentes roscados.
Proceso de impresión 3D
Antes de imprimir elementos roscados, hay algunos pasos cruciales de configuración de la impresora que se deben completar. Asegúrese de que la impresora esté correctamente calibrada, incluida la calibración del extrusor. Además, es muy recomendable nivelar la plataforma de impresión.
Dependiendo del propósito de su impresión, debe optar por imprimir los hilos en forma vertical u horizontal. La impresión de hilos en forma vertical requiere menos soportes y menos posprocesamiento, pero la orientación horizontal permite una mayor resistencia.
Intente imprimir sin ningún soporte, especialmente los que van dentro de la rosca. Puede resultar difícil quitarlos y mantener el rendimiento adecuado, especialmente cuando se trata de roscas internas.
Para garantizar la durabilidad del hilo impreso, utilice al menos cuatro capas verticales. La altura de las capas también es un parámetro crucial que debe tener en cuenta al imprimir hilos. Para un funcionamiento sin problemas, las capas deben ser lo más delgadas posible. Como guía, los hilos más grandes que M12 o 1/2″ se pueden imprimir con éxito con capas de 0,2 mm, mientras que los hilos más pequeños requieren capas más delgadas.
Además, es importante ajustar la densidad del relleno y garantizar que haya suficiente espacio entre las roscas para que encajen correctamente.
Para mejorar la durabilidad y la funcionalidad de las roscas, considere una densidad de relleno de al menos el 25 %, manteniendo una holgura de 0,15 a 2 mm entre las roscas acopladas. Además, optar por perfiles de rosca adecuados para plásticos es una consideración de diseño fundamental.
Después de imprimir el prototipo, compruebe si las roscas encajan y funcionan como se esperaba. Ajuste el diseño según sea necesario en función de estas pruebas.
Aplicaciones reales de hilos impresos en 3D
La importancia de los hilos impresos en 3D se hace patente en su uso generalizado en múltiples sectores. Desde el campo aeroespacial hasta la industria automotriz y el sector de la salud, estos hilos desempeñan un papel crucial en los procesos de fabricación contemporáneos.
Prototipado y desarrollo de productos
Los hilos impresos en 3D pueden acelerar la creación de prototipos, lo que permite una rápida iteración y adaptación. Reduce significativamente el tiempo y el costo asociados con los métodos de creación de prototipos tradicionales, que requieren más mano de obra.
Accesorios y herramientas personalizados
Los accesorios y herramientas personalizados se benefician de la precisión de las roscas impresas en 3D, lo que mejora la eficiencia del flujo de trabajo y la precisión de las tareas. Esta precisión permite la creación de diseños altamente personalizados y complejos adaptados a tareas o maquinarias específicas.
Componentes de uso final
Las roscas impresas en 3D pueden facilitar la producción en pequeños volúmenes, lo que permite ahorrar costos y ofrece libertad de diseño. Son fundamentales para combinar piezas en productos cohesivos y optimizar el diseño y el ensamblaje.
Conclusión
Para dominar la creación de roscas impresas en 3D es necesario prestar atención a los detalles en varias áreas clave. Es esencial elegir las dimensiones de rosca y la orientación de impresión correctas, seleccionar los materiales más adecuados y comprender los diferentes métodos para incorporar roscas a los diseños. Ya sea que se opte por la impresión directa, los insertos termoendurecidos o las técnicas manuales, cada enfoque responde a necesidades específicas. La aplicación de los métodos de posprocesamiento adecuados puede mejorar aún más la calidad y la durabilidad del producto final. Centrarse en estos aspectos permite aprovechar la impresión 3D para crear componentes roscados precisos, eficientes y efectivos para diversas aplicaciones.
Crédito de la imagen destacada: Eray Eliaçık/Bing
