Enhebrado de piezas impresas en 3D: cómo utilizar el calor

Podemos hacer que nuestras piezas impresas en 3D sean aún más capaces cuando comenzamos a mezclarlas con algunas "vitaminas mecánicas" esenciales. Al combinar impresiones con tornillos, tuercas, sujetadores y pasadores, obtenemos un rico ecosistema para la fabricación de mecanismos con capacidades más allá de las que podríamos simplemente imprimir solos.

Hoy me gustaría compartir algunos consejos sobre una de mis técnicas de impresión 3D funcionales favoritas: agregar inserciones termofijadas. Como alguien que los ha estado instalando manualmente en piezas de plástico durante años, creo que muchas guías pasan por alto algunos detalles del proceso cruciales para obtener resultados consistentes.

No cometer errores; Ya existen varias guías de inserción [1, 2]. (De hecho, le animo a que mire allí primero para tener un buen punto de partida). Sin embargo, a lo largo de los años, he añadido mi propio movimiento final (nada exótico ni difícil), al que llamo Técnica de prensa de placa que me da una gran impulso a la coherencia.

Únase a mí a continuación mientras completo los vacíos de conocimiento (y algunos literales también) para enviarlo de regreso al laboratorio equipado con una técnica que le brindará inserciones perfectamente colocadas en todo momento.

Los insertos termofijados son piezas originales que añaden roscas a una pieza hecha de termoplástico. Dado que la impresión 3D se basa en el plástico que sale de las boquillas, literalmente todos los materiales impresos en 3D se ajustan a la definición de termoplástico, ¡así que todos funcionarán! En lo que respecta a las técnicas de combinación, ¡es casi como si estos insertos estuvieran hechos el uno para el otro! (Por desgracia, no lo eran, pero afortunadamente el plástico moldeado por inyección ha convertido estas piezas en un producto básico).

Los insertos termofijados funcionan suavizando el material circundante a medida que se instalan. Una vez instalado, retirar la fuente de calor hace que este plástico fundido se vuelva a solidificar alrededor de la característica moleteada de los insertos, manteniéndolo en su lugar. Consideremos pensar en este proceso en términos de transferencia de calor. Los orificios de instalación son más pequeños que los propios insertos (son de tamaño insuficiente), por lo que no podemos instalar los insertos a mano. Más bien, primero calentamos el inserto y luego conducimos ese calor al material circundante de manera que el orificio se deforme, acomodándose a la forma más grande del inserto.

A medida que pasa más tiempo, el calor se transfiere desde la herramienta de inserción, a través del inserto desde la superficie de contacto y, finalmente, hacia nuestra pieza impresa en 3D, donde se disipa. Cuanto más tiempo se dedique a insertar la pieza, más tiempo tendrá el calor para viajar hacia la pieza, donde puede deformar las áreas circundantes. En la fabricación a gran escala, este proceso se realiza a máquina. En nuestro caso, sin embargo, lo instalamos a mano, por lo que tendremos que tener en cuenta el tiempo. Finalmente, no olvide que cuando instalamos el inserto, desplazamos el plástico fundido para dejar espacio para el inserto termofijado. Ese plástico desplazado necesita ir a alguna parte y, por lo general, termina aplastado en el fondo del inserto.

Nuestras herramientas no tienen por qué ser caras. Utilizo una “punta de instalación” combinada con un soldador económico de 40 W de Amazon sin ningún control de temperatura. Estas “puntas de instalación” no son particularmente especiales, pero, a diferencia de las puntas de soldador, no son cónicas. El uso de una punta sin cono facilita su extracción una vez instalado el inserto.

Puede encontrar inserciones en McMaster-Carr (pn: 92160a115) o en Tindie. (Admito que uso el McMaster-Carr para insertos 4-40 y M2.5, ¡pero también con insertos M3, M4 y M5 sin ningún problema!)

Recomiendo encarecidamente el uso de una punta de soldador de vainilla por el siguiente motivo. La mayoría de estos consejos son cónicos. Si utilizamos una punta de soldador cónica, corremos el riesgo de que la punta del soldador se atasque en el inserto. Recuerde: el metal se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. A medida que instalamos el inserto de metal en la pieza impresa, disipamos el calor del inserto hacia la pieza, lo que hace que el inserto calentado se enfríe ligeramente y también se contraiga alrededor de la punta de hierro. El resultado neto es que cuando intentamos sacar la punta de la plancha, ¡el inserto viene con ella! Me imagino que este escenario es similar a una trampa para dedos china.

Dicho todo esto, este problema no me sucedía con demasiada frecuencia cuando usaba una punta de soldador de vainilla para este proceso, pero 1 de cada 5 impresiones arruinadas fue suficiente para conseguir los $ 10 adicionales y obtener el punta correcta.

Finalmente, mi última herramienta para este proceso es un pequeño cuadrado de chapa fina, de unos 150x150 mm (6″x6″). Esta hoja se convierte en una referencia “plana” que analizaré más adelante en el proceso.

Cuando se trata de dimensionar los orificios para los insertos, recomiendo seguir la información dimensional que viene con las hojas de datos de los insertos. Como referencia rápida, aquí hay un mini compendio de enlaces para algunas de mis inserciones preferidas y sus recomendaciones de tamaño de orificio.

Para acomodar el material desplazado, sugiero aumentar la profundidad del orificio en aproximadamente un 50 % de la longitud del inserto. Este cambio asegura que el plástico desplazado tenga un lugar adonde ir y no llene la cavidad donde debería estar el inserto.

Otras guías sugieren agregar una pequeña forma cónica a la característica del orificio. Esta es una característica ingeniosa que permite que los insertos se asienten solos en el orificio antes de instalarlos con calor. Algunas inserciones son ahusadas, lo que tiene el mismo efecto de asiento en un orificio no ahusado. No es necesario agregar esta característica cónica (o comprar insertos cónicos un poco más caros), pero facilita el proceso de instalación.

Con un diseño listo para usar, recomendaría ajustar primero una configuración de Slicer de la impresora 3D, es decir, las capas perimetrales. Slic3r tiene por defecto dos capas perimetrales para las características de los agujeros. Recomendaría aumentar este valor hasta al menos 4 perímetros por dos razones.

Primero, queremos asegurarnos de que nuestro inserto instalado todavía se “agarre” del material después de instalarlo. Un inserto instalado desplaza el material hacia afuera durante la instalación, por lo que agregar capas mejora las probabilidades de que no lo hayamos derretido durante la instalación.

En segundo lugar, agregar más capas perimetrales también reduce el grado en que se forman muescas externas en la pieza cuando los insertos están situados cerca de la superficie externa de una pieza. Estas hendiduras se denominan marcas de hundimiento y, en realidad, también son un problema común que se encuentra en las piezas moldeadas por inyección. Las marcas de hundimiento se producen porque una pieza se contrae al enfriarse. Descubrí que agregar más perímetros reduce este efecto. No puedo decir con certeza por qué es así, pero mi mejor suposición es que agregar material sólido reduce el espacio libre dentro de la pieza, lo que dificulta que las geometrías internas cambien de forma.

Ahora que ya dominamos el diseño y la preparación de piezas para insertos, pasemos al procedimiento de instalación.

Primero, asegúrese de que su soldador haya alcanzado completamente la temperatura establecida antes de usarlo para instalar insertos. Si intentamos instalar un inserto mientras la plancha aún está subiendo a su punto de ajuste, el proceso lleva más tiempo y todo ese calor de la plancha pasa más tiempo difundiéndose en nuestra pieza, provocando que se deforme.

A continuación, con el inserto colocado en el orificio, aplique calor al inserto. Deje que el peso de la herramienta de soldadura aplique la fuerza suave necesaria para empujar el inserto a su posición. La gravedad debería hacer la mayor parte del trabajo aquí. Este proceso dura entre 10 y 15 segundos. Continúe aplicando calor hasta que el inserto esté asentado aproximadamente en un 90% en su pieza.

Bien, aquí es donde nos descarrilamos de la convención. Con el inserto aproximadamente al 90% dentro de su pieza, retire la plancha y voltee rápidamente la pieza sobre una superficie plana resistente al calor y empuje suavemente la pieza hacia abajo hasta que quede al ras con el material. (Yo uso un pequeño trozo de chapa de metal para este paso). Espere entre 6 y 10 segundos más para que la pieza se enfríe y ¡listo! Llamaré a esta maniobra técnica de prensa de placa.

Este paso final del proceso parece extraño, pero es fundamental por dos razones. Primero, asienta el inserto de modo que quede vertical y completamente al ras con la parte superior de la pieza impresa. En segundo lugar, aplana cualquier material abultado que se haya ensanchado mientras instalábamos el inserto.

Si todo salió bien, debería tener un inserto atractivo y al ras con la superficie de la pieza. En la imagen a continuación, utilicé la plancha para asentar estas piezas en su mayor parte y luego las enfríe al ras con la técnica de prensa de placa.

En el siguiente ejemplo, este inserto se colocó sin utilizar la técnica de prensa de placa. Observe ese desagradable "bulto" de exceso de material que se acumula alrededor del inserto. Ese es precisamente el bulto que podemos eliminar cuando utilizamos la técnica final de prensa con placa.

Me imagino que ajustar tanto la temperatura de la plancha como la velocidad de inserción podría reducir o eliminar este efecto abultado si practicamos la instalación de estos insertos en diversas condiciones. Pero esa hipotética necesidad de práctica es exactamente lo que hace que la técnica de la prensa de placas sea tan valiosa. En pocas palabras, la técnica de prensa de placa nos brinda resultados consistentes sin la necesidad de niveles de precisión de robot. Simplemente “aplastamos” el inserto en su lugar final y listo. El resultado es un inserto al ras con poco esfuerzo y sin práctica. Es cierto que esta técnica no es la que utiliza la gente de la industria para la producción en masa, pero seguro que es consistente, incluso un truco.

¡Eso es todo! Espero que esta guía le resulte útil para clavar hermosas inserciones al ras en todo momento sin demasiadas molestias. Aquí hay un breve fragmento de algunas otras partes que hice para poner una perspectiva sobre qué esperar.

Empecé a publicar mis productos con #beautifulinserts y me encantaría ver cómo te va a esta técnica. Si haces algo divertido, ¿por qué no inspirar a otros miembros de la comunidad uniéndose a la conversación?