Guía esencial para diseñar plantillas y útiles de sujeción efectivos

Las plantillas son herramientas que mantienen una herramienta de fabricación en su lugar mientras realiza una tarea repetitiva como taladrar o roscar agujeros. Los útiles de sujeción, por otro lado, no guían una herramienta de fabricación sino que mantienen una pieza de trabajo estable en una posición, orientación o ubicación fija. Un torno de banco estándar es un ejemplo común de un útil de sujeción.

Diferencias aparte, tanto las plantillas como los útiles de sujeción son herramientas que marcan una gran diferencia. Aumentan la productividad, mejoran la repetibilidad de las piezas, facilitan el ensamblaje y desensamblaje de piezas, e incluso ayudan a crear un entorno de trabajo seguro. Casi todos los procesos de fabricación industrial automatizados dependen de plantillas y útiles de sujeción para construir consistentemente piezas que funcionen correctamente. Los ingenieros pueden asegurar que sus plantillas y útiles sean resistentes y bien diseñados teniendo en cuenta estas consideraciones clave.

Conceptos básicos de diseño de plantillas y útiles

La clave para fabricar plantillas y útiles comienza con entender cómo funcionan los grados de libertad. Cualquier objeto en el espacio tiene seis grados de libertad —arriba/abajo, izquierda/derecha, adelante/atrás, y la capacidad de rotar sobre 3 ejes (X, Y y Z). Un útil de sujeción bien diseñado necesita restringir estas libertades lo máximo posible para mantener la pieza bloqueada en posición, pero no tanto que la pieza esté sobre-restringida.

La sobre-restricción ocurre cuando fuerzas redundantes intentan hacer el mismo trabajo y terminan trabajando contraproducente. Una silla de cuatro patas es un excelente ejemplo de esto —la cuarta pata es mecánicamente innecesaria y causará balanceo si la silla está en una superficie irregular. En el mejor de los casos, las fuerzas sobre-restringidas no tendrán efecto en los útiles, pero en los peores casos, resultan en mala calidad de pieza y mayor riesgo para el operador.

Es esencial que los ingenieros sean precisos cuando se trata de libertades. Un diseño de útil menos restrictivo es mejor para piezas como fundiciones que tienen un poco más de variación, mientras que un diseño de útil más restrictivo es mejor para piezas mecanizadas CNC o moldeadas por inyección con superficies más precisas.

Un diseño exitoso de plantilla y útil tiene en cuenta cómo operará la herramienta así como cómo se sentirá operarla. Cada aplicación será diferente, pero los ingenieros siempre deberían incorporar diseño centrado en el humano en sus planes. Comience con estos cálculos fijos de diseño de plantillas y útiles:

1. Diseñe una plantilla o útil que no necesite asistencia humana para sostener una pieza durante operaciones secundarias.
2. Opte por geometrías que hagan obvios los errores de desalineación. Esto puede reducir lesiones en el lugar de trabajo.
3. Considere cómo la plantilla o el útil encajará en el flujo de trabajo de producción general.
4. Intente crear un diseño que use la menor cantidad de pasos. Esto reduce los tiempos de ciclo y mantiene los movimientos repetitivos fatigosos al mínimo.

Las plantillas y útiles pueden fabricarse usando mecanizado CNC e impresión 3D, pero en general, la impresión 3D ofrece una serie de ventajas. En este caso, la fabricación aditiva es más barata y rápida que el mecanizado CNC por un amplio margen. Además, solo la impresión 3D ofrece a los ingenieros la flexibilidad de re-optimizar el diseño con frecuencia.

Mejores prácticas de fabricación para plantillas y útiles

Las plantillas y útiles pueden construirse usando materiales metálicos o plásticos, pero el plástico tiende a ser más asequible y a menudo puede cumplir todos los requisitos de rendimiento. El modelado por deposición fundida (FDM) industrial, HP Multi Jet Fusion y Carbon Digital Light Synthesis (DLS) dan excelentes resultados, pero la estereolitografía (SLA) y el sinterizado selectivo por láser (SLS) también pueden ser buenas opciones. Para moldeo por inyección rápido, los termoplásticos de grado de ingeniería pueden producir fácilmente piezas isotrópicas en altos volúmenes.

Para plantillas y útiles de alto rendimiento y duraderos, mantenga estas mejores prácticas de fabricación en mente:

1. La impresión 3D de plantillas y útiles permite a los equipos de producto aumentar la complejidad del diseño sin aumentar el costo de la pieza, por lo que beneficiará a los diseñadores aprovechar este principio durante la fase de diseño. Considere qué funcionalidades adicionales pueden construirse para mejorar el rendimiento de la pieza.
2. Verifique la precisión dimensional del útil usando herramientas de metrología e incorpore características de referencia en el diseño para facilitar la inspección y verificación.
3. Use nervaduras y filetes para aumentar la rigidez.
4. Use insertos roscados de metal para aumentar la durabilidad.
5. Evite la deformación causada por resinas SLA aflojando los tornillos y aliviando las fuerzas de sujeción después de que las operaciones secundarias estén completas.
6. Use resortes para facilitar la expulsión.
7. Si se fabrica mediante mecanizado CNC, tenga en cuenta los desechos en el plan de diseño. Por ejemplo, los ingenieros pueden dejar un espacio en la plantilla para permitir que se formen rebabas sin interferir con la herramienta. Minimice cualquier pequeño espacio, ranura o bolsillo donde las virutas puedan expandirse en cuñas.

Después de que la plantilla o el útil haya sido fabricado, debe validarse para forma y función. Los ingenieros deben comparar la herramienta terminada contra el modelo CAD original para asegurar que es dimensionalmente sólida. Un útil bien diseñado soportará la pieza y la mantendrá en su lugar, una vez aplicada la sujeción, sin ninguna inclinación, flexión o desplazamiento.

Haga mejores útiles con Fast Radius

Las plantillas y útiles son componentes esenciales de cualquier proyecto de fabricación. Aumentan la productividad, aceleran los cronogramas de producción y permiten la producción de mejores piezas. Como tal, es crítico que los ingenieros hagan lo posible para hacer sus plantillas y útiles lo más funcionales posible. Un socio de fabricación experimentado puede ayudar.

El equipo de Fast Radius está comprometido a ayudar a los equipos de producto a dar vida a sus ideas. Nuestros expertos en diseño e ingeniería están felices de ayudarle a arquitectar una aplicación innovadora o asegurar que sus plantillas y útiles se basen en un diseño impecable y funcional. Trabajamos con clientes desde el concepto hasta la entrega, asegurando que todo el ciclo de vida del producto esté optimizado para velocidad y rentabilidad. Contáctenos hoy para comenzar.

Para más guías prácticas y artículos llenos de consideraciones clave para ingenieros, consulte el centro de recursos de Fast Radius.

¿Listo para fabricar sus piezas con Fast Radius?

Solicite su presupuesto