Al realizar prototipos, piezas funcionales, recintos, plantillas o accesorios, se debe decidir cómo manejar las roscas antes de imprimir. Las roscas impresas directamente, los sujetadores estándar y los insertos de rosca metálicos incrustados requieren diferentes espacios de espacio. Esta guía analizará estas opciones una por una.
La impresión 3D construye piezas capa por capa. Este proceso afecta la geometría del hilo fino de varias maneras específicas.
Los hilos no son imposibles de imprimir. Pero un diseño que parece correcto en CAD puede comportarse de manera diferente después de la impresión. Es necesario dejar un margen para estas desviaciones en el diseño.
Artículo de comparación | Hilos impresos en 3D | Hilos mecanizados |
Precisión dimensional | Las capas, la contracción y la orientación afectan la precisión | La precisión está bajo control |
Acabado superficial | Las líneas de las capas son visibles y existe la posibilidad de detectar la estructura de soporte restante. | La superficie lisa es fácil de crear |
Más aplicable a | Utilizado en prototipos, hilos más grandes y cargas ligeras. | Se utiliza en ensamblajes repetitivos, cargas más pesadas y ajustes que necesitan una tolerancia estricta. |
Vida útil del montaje | Se desgasta más rápido después de un uso repetido. | Se mantiene eficiente durante numerosas transiciones |
plazo de entrega | Rápido y sin complicaciones | Requiere más mecanizado y roscado. |
No todos los hilos son aptos para la impresión 3D directa. Algunos hilos funcionan mejor con inserciones, sujetadores estándar o mecanizado rápido posterior a la impresión. La siguiente parte explica cómo juzgar.
Las roscas internas impresas directamente se adaptan a roscas grandes, baja frecuencia de ensamblaje, conexiones de plástico a plástico y prototipos iniciales. Pueden guardar el paso de inserción posterior. En muchas aplicaciones de carga ligera, los hilos impresos pueden cumplir directamente con los requisitos de ajuste.
Los hilos pequeños, el desmontaje frecuente y las conexiones de alta carga son una historia diferente. Cuanto menor sea el tamaño de la rosca interna, más rápido disminuirá la precisión de la impresión. El desgaste también se vuelve más evidente después de apretar repetidamente.
La impresión con hilos externos es más confiable que los hilos internos. La impresora puede procesar directamente el perfil externo. Se adapta a tapas, carcasas, perillas, conectores y cubiertas personalizadas.
Las roscas externas aún necesitan un espacio adecuado para engranar correctamente con tuercas o piezas acopladas. Imprimir el perfil externo es más fácil de lograr, pero también es necesario considerar de antemano la contracción y las tolerancias del material.
Cuando una pieza necesita ser ensamblada y desarmada muchas veces, o necesita mantener una fuerza de sujeción estable, vale la pena dar un paso adicional con los insertos roscados. Los métodos comunes incluyen:
Los insertos metálicos son muy adecuados para carcasas electrónicas, gabinetes industriales, accesorios y prototipos funcionales que necesitan reparación in situ. Si en el futuro es necesario abrir el producto para repararlo, la durabilidad de las inserciones metálicas es mucho mayor que la de los hilos de plástico impresos directamente.
A veces, las ranuras para tuercas, las ranuras para topes de tuercas hexagonales o las ranuras para tuercas de cartucho son más simples y confiables que imprimir directamente roscas complejas. Esto permite el uso de tuercas ya preparadas, sin depender de la precisión de las roscas impresas, y da como resultado una mejor estabilidad del ensamblaje.
Los hilos pequeños tienen más probabilidades de tener problemas que los hilos grandes, lo que involucra múltiples aspectos de geometría y proceso:
Cuanto más pequeño es el hilo, más necesita una evaluación integral combinada con el proceso de impresión, el material y el posprocesamiento, sin limitarse a observar un solo parámetro.
Los sujetadores estándar son fáciles de conseguir y baratos de reemplazar. También facilitan el montaje a los clientes. Los pasos de rosca personalizados pueden resolver un problema de diseño específico, pero vinculan la pieza a un único proveedor y a una única herramienta. Recomendamos utilizar estándares de hilos comunes siempre que sea posible:
El M10 × 1,5 marcado en el archivo CAD es un valor ideal. No garantiza que la pieza impresa se atornille suavemente en un perno M10 estándar. Pueden producirse diferencias entre el tamaño real y los datos CAD. Las razones incluyen:
Por lo tanto, las dimensiones CAD sólo se pueden utilizar como referencia de diseño. Antes de la producción en masa, debe confirmar mediante pruebas físicas que el ajuste de la rosca es aceptable.
No existe un valor de holgura universal que funcione para todas las impresoras, materiales y tamaños de hilo. La holgura depende del proceso, el material, el tamaño de la rosca y cómo se ensamblan las piezas.
Proceso | Juego radial típico |
MDF | 0,15 a 0,3 milímetros |
resina SLA | 0,1 a 0,2 milímetros |
nailon SLS | 0,15 a 0,3 milímetros |
nailon MJF | 0,15 a 0,3 milímetros |
Metal (SLM o LPBF) | 0,1 a 0,2 mm, a menudo acabado mediante golpecitos |
Los siguientes pasos prácticos ayudan a reducir la brecha entre CAD y la pieza terminada:
Es importante tener en cuenta que la aplicación de estos procedimientos de prueba implica una inversión de tiempo adicional al principio, pero al mismo tiempo, puede prevenir un lote completo de piezas con defectos de ajuste de rosca.
Las paredes delgadas alrededor de las roscas son un punto de falla común en las piezas impresas. Cuando la pared alrededor de un orificio roscado es demasiado delgada, la tensión al apretar el tornillo se concentra en la pequeña sección transversal. Esto puede provocar grietas alrededor de la protuberancia, deformación bajo carga de sujeción o deshilachado después de unos pocos ciclos.
El mayor diámetro del jefe, las paredes más gruesas y el refuerzo del área del hilo permiten proporcionar suficiente material para las operaciones de hilo. Un pequeño aumento en las dimensiones del saliente no aumenta los costos de material, pero sí un aumento significativo en la resistencia.
Agregar un chaflán o una entrada en la entrada de la rosca puede mejorar notablemente la sensación del ensamblaje. Ayuda a que el tornillo se alinee correctamente, reduce las roscas cruzadas y facilita el montaje.
Las esquinas afiladas concentran la tensión. La unión donde el saliente roscado se une al cuerpo principal en un ángulo de 90 grados es especialmente débil. Utilice en su lugar filetes, radios de transición o nervaduras en la unión. Esto distribuye la carga en un área más grande. Entonces es menos probable que la base del jefe se agriete.
La impresión FDM de hilos más grandes es muy práctica y económica. Las líneas de capa y la orientación de la impresión tienen un impacto real en la capacidad de carga del hilo. Por tanto, los hilos FDM son más adecuados para prototipos, accesorios, plantillas y piezas funcionales grandes. Los perfiles de hilo más gruesos pueden absorber algunos errores.
La resina SLA puede capturar detalles finos y tiene un buen acabado superficial. Se adapta a perfiles de rosca pequeños que FDM no puede formar claramente. Pero la resistencia de la resina estándar no es alta. Cuando la rosca soporta una carga elevada o necesita montaje y desmontaje repetidos, es más seguro elegir resina de grado de ingeniería o utilizar insertos de rosca.
Los hilos impresos de nailon SLS tienen buenas propiedades mecánicas. El proceso de impresión no necesita soportes. El perfil del hilo está limpio. No hay marcas de soporte ni daños. Se adapta a conjuntos funcionales que necesitan resistencia al impacto. También puede formar estructuras de hilos complejas que FDM o SLA encuentran difíciles de imprimir.
Las piezas impresas en nailon MJF tienen buena consistencia y resistencia funcional confiable. Se adaptan a la producción en lotes pequeños. Al pasar de prototipos únicos a producción en lotes pequeños, MJF es la opción más adecuada.
La impresión 3D en metal suele utilizar procesos SLM y LPBF. Se adapta a entornos de alta temperatura, cargas mecánicas elevadas y piezas industriales exigentes. Las roscas internas de alta precisión generalmente se mecanizan o roscan después de la impresión. Esto mantiene la libertad de diseño y garantiza la precisión del ajuste final.
Bajo un torque elevado, las roscas de plástico a menudo se pelan o agrietan antes de que el sujetador alcance la fuerza de sujeción adecuada. Cuando el montaje requiere un par real, se deben planificar desde el principio inserciones metálicas o métodos de conexión alternativos.
Las piezas que a menudo se abren, reparan o reensamblan someten las roscas a tensiones repetidas hasta que se desgastan o se desgastan. Para dichas piezas, las inserciones deben considerarse desde el principio para evitar un rediseño posterior.
Las altas temperaturas afectan en gran medida los hilos de plástico. Cuando las piezas se calientan debido a la temperatura ambiente o la fricción del ensamblaje, aparecen problemas como ablandamiento, fluencia y reducción de la resistencia de la rosca.
Para juntas críticas de alta carga o seguridad, las decisiones no pueden basarse únicamente en la capacidad de impresión. El material, los sujetadores, los insertos, la carga esperada y el proceso de fabricación deben evaluarse juntos.
Situación | Hilos impresos | Insertos roscados |
Frecuencia de montaje | Una o dos veces | Repetido, continuo |
Carga y fuerza de sujeción | Luz | Moderado a alto |
Tamaño del hilo | Hilos más grandes | Cualquier tamaño, especialmente pequeño. |
Materiales típicos | Plástico a plástico | Tornillo de metal en una pieza de plástico. |
Fiabilidad a largo plazo | Bajar con el tiempo | Más alto con el tiempo |
Xunjie tiene más de diez años de experiencia en impresión 3D. Admitimos FDM, SLA, SLS, nailon MJF, impresión de metales y mecanizado CNC.
Si no está seguro de qué estrategia de rosca se adapta a su pieza, envíenos sus archivos CAD y sus requisitos de ensamblaje. Le ayudaremos a encontrar una solución de roscas y sujetadores que sea práctica en la producción en masa.
1. ¿Por qué nunca puedo atornillar mis agujeros roscados impresos?
El problema más común en el diseño de hilos impresos en 3D es el modelado directamente según dimensiones estándar. Los agujeros impresos por FDM suelen ser ligeramente más pequeños que el tamaño del modelo porque el plástico extruido se expande hacia afuera y las líneas de las capas añaden algo de rugosidad. Por lo tanto, los ajustes de rosca en piezas impresas en 3D necesitan un margen adicional. Generalmente agregue de 0,15 a 0,3 mm por lado, lo que equivale aproximadamente a 0,3 a 0,6 mm de diámetro.
2. ¿Puedo utilizar modelos de hilos estándar directamente para hilos impresos en 3D?
Puedes, pero no es recomendable. Las crestas de los hilos triangulares estándar son bastante afiladas. Las piezas que sobresalen tienden a combarse durante la impresión y pueden atascarse al atornillarlas. Normalmente reducimos el ángulo de la rosca, o utilizamos directamente roscas trapezoidales o de diente de sierra. La calidad de impresión será mucho más estable. Si debe utilizar hilos estándar, le sugerimos golpearlos con un grifo después de imprimir para limpiar los hilos.
3. ¿La orientación de la impresión tiene un gran impacto en la resistencia del hilo?
Tiene un gran impacto. Cuando el orificio roscado se imprime verticalmente, los dientes del hilo se construyen capa por capa. La unión entre capas es débil y el hilo puede separarse fácilmente de una determinada capa bajo una carga elevada. Si las condiciones lo permiten, mantenga el eje del hilo paralelo a la cama de impresión. Los dientes del hilo abarcarán varias capas y la resistencia será mejor. Sin embargo, los soportes dentro de un orificio impreso horizontalmente son difíciles de limpiar. Mucha gente todavía usa la impresión vertical y luego la fija con inserciones o golpecitos.
4. ¿Se pueden atornillar tornillos autorroscantes directamente en piezas impresas en 3D?
Sí, pero hay que tener cuidado. Materiales como el PLA son quebradizos. Atornillar directamente tornillos autorroscantes puede romper fácilmente la abertura del orificio. Sugerimos primero perforar un orificio piloto entre el 70 % y el 80 % del diámetro exterior del tornillo, biselar la abertura del orificio y luego atornillar lentamente. Si necesita montar y desmontar con frecuencia, cambiar a insertos termofijados será más duradero.
5. ¿Qué debo hacer si el hilo impreso está demasiado apretado o atascado?
No lo tires todavía. Puedes usar un grifo o troquel correspondiente para perseguirlo una vez a mano y eliminar algunas líneas de capa. Si no tiene un macho de roscar o una matriz, busque un tornillo de metal, aplique un poco de grasa y atorníllelo lentamente hacia adentro y hacia afuera varias veces para asentarlo. Si todavía está demasiado apretado después de intentar esto, agrande el orificio en el modelo entre 0,1 y 0,2 mm más e imprima una nueva muestra.
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