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 que van más allá de lo que simplemente podríamos imprimir solos.

Hoy me gustaría compartir algunos consejos sobre una de mis técnicas favoritas de impresión 3D funcional: agregar insertos termofijados. 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 hay un puñado de guías de inserción [1, 2]. (De hecho, lo animo a buscar allí primero un buen comienzo). Sin embargo, a lo largo de los años, he agregado mi propio movimiento final (nada exótico o difícil) al que llamo la Técnica Plate-Press que me da una gran impulso en la consistencia.

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

Los insertos termofijados son piezas estándar que agregan hilos a una pieza hecha de un termoplástico. Dado que la impresión 3D se basa en la exudación de plástico de las boquillas, literalmente, todos los materiales impresos en 3D se ajustan a la definición de termoplástico, ¡así que todos funcionarán! En cuanto a las técnicas de emparejamiento, ¡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 una mercancía).

Los insertos termoestables funcionan suavizando el material circundante a medida que se instalan. Una vez instalada, la eliminación de la fuente de calor hace que este plástico fundido se vuelva a solidificar alrededor de la característica estriada de los insertos, manteniéndolos 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 demasiado pequeños), 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 modo que el orificio se deforme, acomodando la forma más grande del inserto.

A medida que transcurre más tiempo, el calor se transfiere desde la herramienta de inserción, a través del inserto desde el área de contacto de la superficie y, finalmente, hacia nuestra pieza impresa en 3D, donde se disipa. Cuanto más tiempo pase insertando la pieza, más tiempo tiene el calor para viajar a 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, estamos instalando a mano, por lo que debemos tener en cuenta el tiempo. Finalmente, no olvide que cuando instalamos el inserto, estamos desplazando plástico fundido para hacer espacio para el inserto termofijado. Ese plástico desplazado debe ir a alguna parte y, por lo general, termina aplastado en la parte inferior del inserto.

Nuestras herramientas no tienen por qué ser caras. Utilizo una "punta de instalación" de inserción 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 los soldadores, no son afiladas. El uso de una punta sin conicidad facilita la extracción de la punta una vez que se instala 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!)

Desaconsejo encarecidamente el uso de una punta de soldador de vainilla por la siguiente razón. La mayoría de estos consejos son cónicos. Si usamos una punta de soldador cónica, corremos el riesgo de que la punta de hierro 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 un poco y también se contraiga alrededor de la punta de hierro. El resultado neto es que cuando tratamos de sacar la punta de hierro, ¡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 mí para buscar los $ 10 adicionales y obtener el punta derecha

Finalmente, mi última herramienta para este proceso es un pequeño cuadrado de lámina delgada de metal, de unos 150x150 mm (6″x6″). Esta hoja se convierte en una referencia "plana" que discutiré en el proceso más adelante.

Cuando se trata de dimensionar agujeros para insertos, recomiendo seguir la información dimensional que viene con las hojas de datos de insertos. Como referencia rápida, aquí hay un mini compendio de enlaces para algunos de mis insertos favoritos y sus recomendaciones de tamaño de agujero.

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 a donde ir y no llene la cavidad donde debería estar el inserto.

Otras guías sugieren agregar una pequeña conicidad a la función de agujero. Esta es una característica ingeniosa que permite que los insertos se asienten en el orificio antes de instalarlos con calor. Algunas plaquitas son ahusadas, lo que tiene el mismo efecto de asentamiento en un agujero no ahusado. No es necesario agregar esta característica cónica (o comprar los 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 impresora 3D, a saber, 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 esté "agarrando" el 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 la medida en que se forman hendiduras externas en la pieza cuando los insertos se sitúan cerca de la superficie externa de una pieza. Estas muescas 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 a medida que se enfría. 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 las piezas para los insertos, pasemos al procedimiento de instalación.

Primero, asegúrese de que su soldador haya alcanzado por completo la temperatura establecida antes de usarlo para instalar insertos. Si tratamos de instalar un inserto mientras la plancha todavía 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 parte, causando que se deforme.

A continuación, con el inserto colocado en el orificio, aplique calor al inserto. Deje que el peso de la herramienta de soldador aplique la fuerza suave necesaria para empujar el inserto a su posición. La gravedad debería estar haciendo la mayor parte del trabajo aquí. Este proceso tarda unos 10-15 segundos. Continúe aplicando calor hasta que su inserto esté asentado en un 90 % en su parte.

Ok, aquí es donde nos descarrilamos de la convención. Con el inserto aproximadamente al 90 % dentro de su parte, retire la plancha y voltee rápidamente la parte sobre una superficie plana resistente al calor y empuje suavemente la parte hacia abajo hasta que se asiente al ras con el material. (Utilizo una pequeña pieza de chapa para este paso). Espere unos 6-10 segundos más para que la pieza se enfríe, ¡y listo! Llamaré a esta maniobra la técnica de prensa de placas.

Este paso final del proceso parece extraño, pero es crítico 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 inflamado mientras instalamos el inserto.

Si todo salió bien, debería tener un inserto atractivo que esté al ras con la superficie de la pieza. En la imagen de abajo, usé la plancha para asentar estas partes la mayor parte del tiempo y luego las enfrié al ras con la técnica de planchado.

En el siguiente ejemplo a continuación, este inserto se fijó sin usar 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 quitar cuando usamos la técnica final de planchado.

Me imagino que ajustar tanto la temperatura de la plancha como la velocidad de inserción podría reducir o eliminar este efecto de abultamiento si practicamos la instalación de estos insertos en diversas condiciones. Pero esa necesidad hipotética de práctica es exactamente lo que hace que la técnica de 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 "aplanamos" el inserto en su lugar final y listo. El resultado es una inserción al ras con poco esfuerzo y sin práctica. Es cierto que esta técnica no es como la gente de la industria lo hace para la producción en masa, pero seguro que es consistente, incluso un truco.

¡Eso es todo! Espero que esta guía le sirva bien para clavar hermosos insertos al ras cada vez sin demasiados problemas con las manos. Aquí hay un fragmento rápido de algunas otras partes que hice para poner algo de perspectiva sobre qué esperar.

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