Incrustar tuercas en piezas impresas en 3D para lograr resistencia de sujetadores de grado industrial

La mayoría de los plásticos impresos en 3D luchan por producir roscas o agujeros roscados fiables, especialmente en cavidades de tamaño reducido. Su resistencia intrínseca al cedencia queda por detrás de la de sujetadores metálicos convencionales, y las diminutas dimensiones de las roscas a menudo superan los límites de las impresoras de consumo típicas. Incluso cuando se usan polímeros reforzados con fibra como la Mark Two o X7, las fibras de refuerzo no aumentan sustancialmente la resistencia de la rosca porque son demasiado pequeñas para afectar la geometría de la rosca. En contraste, las roscas metálicas son inherentemente más precisas y ofrecen un enganche más fiable.

Caso de estudio: Ejército de EE. UU.

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Aunque los inserts roscados por calor pueden añadir metal a una pieza de plástico y reflujar el material circundante para mayor resistencia, vienen con limitaciones de diseño. El insert debe quedar a ras en la superficie de la pieza, y su resistencia a la extracción no puede superar las propiedades del plástico circundante.

El sobreimpresión —o co-procesado e impresión embebida— ofrece una alternativa práctica. El concepto refleja el sobremoldeo en moldeo por inyección: un componente se coloca dentro del molde y el plástico se funde alrededor. En impresión 3D, se pausa la construcción, se inserta el componente y se reanuda, encapsulándolo efectivamente dentro de la estructura impresa.

Resumen

Al incrustar tuercas en piezas impresas en 3D, crea conexiones de perno ocultas de grado industrial que superan el rendimiento de inserts convencionales. El material adicional entre perno y tuerca, junto con refuerzo de fibra opcional, produce una unión más fuerte y fiable. El proceso implica diseñar una cavidad del tamaño de la tuerca, pausar la impresión antes de la capa superior de la cavidad, insertar la tuerca y continuar la construcción.

Directrices de diseño

1. Tolerancias: En la Mark Two, un juego de 0,05–0,08 mm en todos los lados suele producir un ajuste ceñido. Sobredimensione ligeramente la cavidad para acomodar tolerancias de fabricación y variabilidad de la impresora.
2. Superficie superior: El techo de la cavidad debe permanecer por debajo del cabezal de impresión una vez insertada la tuerca. Si la cavidad tiene techo plano, el cabezal puede depositar directamente sobre él. Para techos no planos, diseñe la cavidad para que no interseque la trayectoria del cabezal.
3. Material de soporte: Evite soportes cuando sea posible, ya que pueden obstruir la cavidad. Si son inevitables, planee retirarlos durante la pausa antes de insertar la tuerca.
4. Selección del tipo de tuerca: Las tuercas cuadradas resisten el desprendimiento de las paredes de la cavidad bajo torque, pero las tuercas hexagonales son más comunes y funcionarán bien para la mayoría de aplicaciones.

Incrustar tuercas en el plano XY

1. Diseño de la cavidad – Mida las dimensiones de la tuerca con calibre y esboce una cavidad centrada en el agujero del perno. Añada ~0,05 mm de juego en cada lado (total +0,10 mm) para asegurar un ajuste seguro. Por ejemplo, una tuerca hexagonal M5 medida a 7,85 mm × 3,85 mm se convierte en una cavidad de 8,0 mm × 4,0 mm tras redondeo.

Extruya el esbozo a la profundidad de cavidad deseada. Evite chaflanes o filetes dentro de la cavidad, ya que pueden dificultar la inserción de la tuerca.

2. Añadir una pausa – En Eiger, habilite la opción «pausa tras capa» justo antes de la capa superior de la cavidad. Desactive soportes a menos que sean absolutamente necesarios (Ajustes Avanzados).

3. Añadir fibra – Refuerce las secciones adyacentes a la cavidad con fibra. Coloque la fibra en los lados de la tuerca o en las paredes de la cavidad para aumentar la resistencia a la extracción.

4. Imprimir la pieza – Inicie la construcción. Cuando se active la pausa, inserte la tuerca (y pieza secundaria opcional, si se necesita), aplique opcionalmente una fina capa de pegamento de placa de construcción en la cara superior para mejorar la adhesión, luego reanude.

5. Gestión de soportes y geometrías complejas – Si se requieren soportes, retírelos con alicetes de punta fina durante la pausa. Para cavidades con techos no planos, considere usar voladizos angulares o una pieza secundaria para proporcionar una superficie de inserción plana.

Impresión de piezas secundarias para incrustar tuercas en otros planos

Incrustar tuercas en planos no XY requiere una característica secundaria que ofrezca un techo plano para el cabezal de impresión. Por ejemplo, para incrustar una tuerca hexagonal con su eje paralelo a la placa de construcción, diseñe una pieza secundaria que rellene la cavidad sobre la tuerca, dejando un pequeño juego.

Imprima la pieza secundaria y el componente principal juntos. Cuando la construcción se pausa, inserte tanto la tuerca como la pieza secundaria, luego reanude para que la boquilla imprima sobre la parte superior plana de la pieza secundaria.

Usando esta técnica, puede incrustar tuercas en cualquier ángulo y en cualquier plano, abriendo nuevas posibilidades para ensamblajes complejos. ¡Siéntase libre de experimentar y compartir sus hallazgos en Twitter, Facebook o Instagram!