Inserciones de impresión 3D

La fabricación aditiva tiene muchas ventajas, incluida la posibilidad de impresión de conjuntos de piezas en una sola impresión o geometrías complejas como un hilo. Sin embargo, en este último caso, el diseño de las roscas no está realizado para que exista la posibilidad de un montaje regular ya que, al ser de plástico, pueden deformarse y perder sus dimensiones o incluso fracturarse.

Cuando se quiere fabricar un determinado tipo de pieza en el mundo de la impresión 3D, son numerosas las ocasiones en las que es necesarioutilizar juntas resistentes para realizar piezas desmontables o para asegurar la unión permanente de elementos de gran volumen.

Los componentes mecánicos fabricados con tecnologías tradicionales se convierten en un soporte para piezas de fabricación aditiva. Y en el caso concreto de la unión de piezas, destacan especialmente los insertos.

¿Qué son las inserciones?

Una alternativa a la incorporación de tuercas en medio de una impresión es utilizar inserciones de metal. Los insertos metálicos son sujetadores roscados que se insertan en un orificio para proporcionar a la pieza una posible conexión roscada.

Imagen 1:Inserciones. Fuente:Filament2print.

Hay dos factores clave a tener en cuenta al seleccionar el mejor tipo de plaquita: resistencia a la extracción y resistencia a la torsión.

• La resistencia a la extracción es la resistencia del inserto para extraerse de su alojamiento cuando se aprieta el tornillo. Este es un valor que se puede aumentar aumentando la longitud de la inserción.

• La resistencia a la rotación es la oposición a que el inserto gire sobre sí mismo cuando se aprieta el tornillo. En este caso, cuanto mayor sea el diámetro del inserto, mayor será la capacidad de torsión, ya que habrá más superficie de sujeción en la pieza.

De forma genérica se tendrán en cuenta factores como el diámetro y el tamaño del inserto (para lo cual es necesario consultar la ficha técnica del fabricante). Y materiales, tanto del inserto como del plástico donde se va a realizar la instalación. Existe una gran variedad de insertos para ser instalados en cualquier tipo de material, ya sea para metal, madera, plástico o similar. El material más habitual en la fabricación de insertos es el latón, aunque también están apareciendo otros materiales como el acero inoxidable (resistente a la corrosión) o el aluminio (más ligero).

Para FDM (al fabricar con materiales termoplásticos) casi cualquier inserto sería adecuado, pero cuando se fabrica por SLA (que utiliza materiales termoendurecibles y por lo tanto una vez impreso no puede ser modificado por calor o presión) solo se pueden instalar insertos autorroscantes o helicoidales.

Es muy importante recalcar que a pesar de que en FDM se puede utilizar un inserto de casi cualquier tipo de material, el procedimiento de colocación de este inserto siempre va a ser más problemático que en las piezas SLA. Esto se debe a la no isotropía de la pieza, lo que significa que cuando se enfrenta a un inserto colocado en frío, la presión es tal que la pieza se delamina.

Hay muchos tipos de insertos, y la clasificación común es según su forma de inserción.

Tipos de inserciones

Inserción de calor: Los insertos térmicos se utilizan con materiales termoplásticos, que se derriten a bajas temperaturas. El método de uso es muy simple y solo requiere un soldador u otra fuente de calor (Modifi3D Pro), lo que hace que el inserto se caliente por contacto por transmisión de calor. Para colocar este tipo de inserto, debe existir un orificio en la pieza cuyo diámetro sea ligeramente menor que el diámetro exterior del inserto. Usando una herramienta de inserción y controlando la presión (porque es posible derretir la pieza alrededor del orificio), presione el inserto sobre el borde del orificio para expandir el plástico. El inserto quedará atrapado entre las fibras del plástico cuando se enfríe. El inserto estará en la posición correcta cuando ambos bordes, parte e inserto, estén al mismo nivel. Con el posicionamiento correcto de este tipo de inserto, se puede lograr una resistencia a la tracción de 15 kg y una resistencia a la torsión de 2,5 kg. Además, los insertos roscados en caliente tienen ambos orificios abiertos, por lo que pueden considerarse orificios pasantes, lo que significa que la longitud del inserto no será una limitación, incluso si el tornillo a roscar debe insertarse más profundo que la longitud del propio inserto.

Imagen 2:Inserto de calor. Fuente:Filament2print.

Presión :Los insertos de presión, o remaches, requieren un orificio del mismo diámetro que el remache. Su instalación es muy sencilla ya que, como cualquier remache, simplemente hay que presionarlos con una herramienta de compresión. Como en el caso anterior, el inserto estará en la posición correcta cuando los dos bordes estén al mismo nivel. Es muy importante tener en cuenta que durante la instalación, los insertos deben presionarse correctamente ya que las piezas pueden aplastarse cerca de los orificios.

Autoprocesamiento :Para ciertos materiales utilizados en la impresión 3D de resina y SLS que se derriten a temperaturas muy altas o que no muestran un comportamiento estable cuando se calientan, los insertos autorroscantes son ideales. Caracterizados por una rosca interna y externa para una fácil instalación en la pieza, estos insertos se colocan mediante una herramienta de roscado tipo ensat. La pieza debe fabricarse con un orificio que tenga el mismo diámetro nominal que el inserto, ya que estos insertos crean una rosca en el plástico a medida que se instalan, lo que da como resultado un ensamblaje que puede estar sujeto a esfuerzos mucho mayores en comparación con los insertos térmicos. Además, estos insertos están fabricados en acero inoxidable, un material altamente resistente al desgaste y a los ambientes agresivos.

Imagen 3:Inserto autorroscante y herramienta. Fuente:Filament2print.

Helicoil :Al igual que los insertos autorroscantes, los insertos helicoidales también tienen 2 roscas y funcionan de la misma manera. El orificio en la pieza de trabajo debe dimensionarse de acuerdo con el estándar de la bobina helicoidal seleccionada. Para colocar el inserto, primero se debe crear la rosca en el orificio con un grifo y luego instalar con una herramienta. Finalmente, se rompe la pequeña brida en la parte inferior del inserto, que actúa como tope para la herramienta de instalación. Si bien es cierto que estos insertos no son económicos, la apariencia y la practicidad son notables.

Recomendaciones

Respecto al diámetro de los agujeros,se debe tener en cuenta que al imprimir la pieza existirán variaciones dimensionales entre el diseño 3D y la pieza, por lo tanto al diseñar los agujeros será necesario aplicarles una tolerancia. Además, el orificio debe ser lo suficientemente largo para la instalación del inserto, teniendo en cuenta también la longitud extra del saliente del tornillo. Otro aspecto a tener en cuenta relacionado con el diseño es el grosor de la pared; intenta aplicar valores lo suficientemente altos para que al mecanizar el agujero no entre en el relleno de la pieza.

Imagen 4:Inserción del inserto por calor. Fuente:Markforged.

En cuanto a la instalación, es muy importante asegurar ciertos aspectos como el posicionamiento y la rapidez de funcionamiento. Asegúrese siempre de que el inserto esté, en la medida de lo posible, centrado y perpendicular al orificio . Esto se aplica a los insertos de calor, presión o roscados, ya que la inserción del inserto puede provocar una rosca cruzada y daños en la rosca o incluso provocar una inserción incorrecta posterior del tornillo de conexión. Tener en cuenta que las piezas son de plástico y que el inserto es un elemento metálico afectará la velocidad de instalación, ya que la dureza del metal puede dañar las piezas impresas. Por eso habrá que controlar la velocidad para no dañar las paredes del agujero.

Como sabemos, la impresión 3D está en plena evolución y soluciones como esta son las que marcan la diferencia a la hora de obtener piezas con mayor complejidad y que responden con mayor precisión a las necesidades de la industria.