Una vez que una pieza necesita montaje y desmontaje repetidos, un par de apriete más alto o un uso prolongado, las roscas roscadas directamente en plástico o las roscas impresas se convierten en el eslabón más débil de todo el diseño.
Las inserciones metálicas mantienen la libertad geométrica de la impresión 3D y al mismo tiempo proporcionan la confiabilidad mecánica de los sujetadores metálicos. Esta guía le mostrará cuándo utilizar inserciones metálicas, cómo diseñar en torno a ellas y cómo controlar los costos de producción.
Cuando un producto necesita montaje y desmontaje repetidos, se debe dar prioridad a las inserciones metálicas. Las carcasas electrónicas, las cubiertas de equipos, los soportes de sensores y otras piezas que necesitan mantenimiento son adecuadas para inserciones metálicas.
Los hilos roscados directamente en plástico o hilos impresos generalmente funcionan bien en el primer ensamblaje, pero el desgaste se vuelve evidente después de varios ciclos. Porque cada apriete y aflojamiento desgasta el flanco de la rosca de plástico.
Las inserciones metálicas resuelven este problema. El tornillo se acopla directamente con roscas metálicas, por lo que el rendimiento del ensamblaje se mantiene estable durante toda la vida útil.
La carga de sujeción es otra situación en la que se necesitan insertos. Cuanto mayor sea el par de apriete del tornillo, la fuerza de sujeción o la vibración, más fácilmente se pelarán, arrastrarán o aflojarán las roscas de plástico.
En la fase de adquisición, muchas personas sólo se fijan en la resistencia a la tracción del material de impresión. Creen que la pieza es lo suficientemente fuerte. Pero que el conjunto pueda soportar la carga depende de la capacidad de carga de toda la interfaz de fijación.
Para piezas que vibran con frecuencia, como soportes de automóviles, componentes de drones y carcasas industriales, el uso de inserciones metálicas como puntos de sujeción brinda una confiabilidad más cercana a la de las piezas metálicas mecanizadas.
No todos los agujeros necesitan inserciones metálicas. Las cubiertas de carga baja, los prototipos temporales, los ensamblajes únicos y las roscas grandes y gruesas se pueden satisfacer con roscas impresas, tornillos autorroscantes o ajustes a presión.
Agregar inserciones a cada punto de fijación aumenta el costo y el tiempo de ensamblaje, con un beneficio real limitado. Algunas ubicaciones pueden omitir por completo las inserciones y aún así funcionar bien.
Los insertos termofijados son la opción más común para piezas FDM y otras piezas termoplásticas impresas en 3D. La punta calefactora suaviza el plástico alrededor del agujero. La superficie exterior moleteada del inserto se presiona hacia adentro y el plástico enfriado la bloquea en su lugar.
Recomendamos utilizar insertos termofijados en las siguientes situaciones:
Tipo de inserción | Instalación | Mejor para | Ventaja principal | Riesgo principal |
Inserto de ajuste de calor | La punta calentada presiona la inserción en un orificio preimpreso. | Montaje repetido, cajas compactas | Cerradura mecánica fuerte, bajo costo. | El sobrecalentamiento puede deformar el plástico circundante. |
Inserto de ajuste a presión | Prensado a temperatura ambiente | Asambleas donde el calor no es práctico | Instalación rápida, no necesita fuente de calor | Altamente sensible a la tolerancia del agujero |
Tuerca cautiva | Caído en un bolsillo moldeado o impreso. | Torque alto, sujetadores más grandes | Fácil de dimensionar para cargas pesadas | Necesita más espacio de diseño |
Buje roscado | Prensado o adherido a un orificio | Resistencia al desgaste a largo plazo | Enganche total del hilo a lo largo de su longitud | Huella radial más grande que la mayoría de las plaquitas. |
Cuando no es posible calentar, puede cambiar a inserciones de ajuste a presión. Se instalan a temperatura ambiente y se sujetan mediante un ajuste de interferencia. No dependen del plástico derretido.
Los insertos de ajuste a presión se sujetan mediante la pared del orificio que los sujeta. Una vez que el diámetro del orificio tenga alguna desviación, la instalación tendrá problemas. El diámetro real del orificio de una pieza impresa no será exactamente el mismo que el del modelo CAD. Las líneas de capas, el estado del equipo y la contracción del material generan errores. Las inserciones de ajuste a presión casi no tienen espacio de ajuste.
Si planea utilizar insertos de ajuste a presión en la producción por lotes, le sugerimos imprimir primero orificios de prueba. Confirme las dimensiones mediante medición y luego finalice el diseño.
Las tuercas incrustadas se colocan en un hueco prefabricado. La forma de hueco se utiliza para sujetar una tuerca estándar. El perno se atornilla desde el exterior. No es necesario incrustar la tuerca en la pared de plástico.
Este método es adecuado para conexiones de alto torque, sujetadores más grandes y piezas que necesitan mantenimiento regular. Si la estructura de la pieza permite un alojamiento para tuercas, las tuercas integradas son más fáciles de controlar en producción. La tuerca es una pieza estándar y no es necesario controlar la temperatura de instalación.
Para piezas con inserciones, las posiciones y dimensiones de las inserciones deben establecerse durante el modelado inicial. Si los agrega una vez finalizado el diseño, será difícil evitar volver a trabajarlo más adelante. Dejar espacio para insertar en el modelo CAD un paso antes reducirá las modificaciones posteriores y los defectos del primer lote.
No se puede adivinar el diámetro del agujero. Debe determinarse en función del diámetro exterior del inserto, el material, el proceso de impresión y la tolerancia real del equipo.
El mismo archivo CAD puede producir diferentes diámetros de orificio reales cuando cambia de proveedor, material o proceso. Para los insertos termofijados, el diámetro del orificio es generalmente ligeramente menor que el diámetro exterior del inserto. El valor final debe compararse con las especificaciones del fabricante del inserto y confirmarse con la pieza impresa real.
La resistencia real de un inserto depende del plástico que lo rodea. No importa qué tan bueno sea el inserto, no puede funcionar si se instala en un saliente con un espesor de pared insuficiente, porque el plástico fallará antes que el metal.
Las fallas comunes se concentran en lo siguiente:
Los problemas provienen principalmente del espesor de la pared y del diseño del saliente. El inserto en sí rara vez es la causa principal. Sólo cuando la estructura circundante se hace correctamente puede el inserto alcanzar el nivel de rendimiento esperado.
La profundidad del orificio debe ser mayor que la longitud del inserto y dejar un pequeño espacio en la parte inferior. Sin este margen, el tornillo o el inserto pueden tocar fondo fácilmente durante la instalación.
No diseñe la profundidad de la cavidad para que sea exactamente igual a la longitud del inserto. El espacio adicional en la parte inferior puede absorber pequeños cambios en la profundidad impresa. Esto evita que el sujetador toque fondo antes de que esté completamente asentado.
Un pequeño chaflán o una entrada redondeada en la parte superior del orificio puede hacer que la instalación del inserto sea mucho más suave. Guía el inserto directamente hacia adentro y ayuda a mantenerlo vertical durante el prensado.
Sin esta entrada, el inserto puede entrar en un ligero ángulo, provocando un bloqueo desigual o incluso agrietando la protuberancia. Un simple chaflán podría haber evitado estos problemas.
El diámetro del orificio determina si se puede instalar el inserto. El diseño del saliente determina cómo se comporta la pieza en el uso real.
Cuando un tornillo tira del inserto a lo largo de la dirección axial, la protuberancia experimenta una carga diferente que bajo fuerza cortante o lateral. En aplicaciones de carga alta, simplemente aumentar la longitud del inserto no evita la extracción. Un enfoque más eficaz es fortalecer la propia estructura del jefe. Por ejemplo, aumente el espesor de la pared alrededor del inserto, agregue un soporte sólido en la parte inferior y use una forma de saliente que distribuya la carga para evitar la concentración de tensiones.
La extracción por torsión también es muy común. Cuando el inserto gira junto con el tornillo durante el ajuste, significa que el plástico circundante no logró mantenerlo en su lugar.
Algunos ajustes al jefe pueden solucionar esto:
Para la mayoría de los problemas de extracción por torsión, la causa principal es que la protuberancia es demasiado delgada para el tamaño del sujetador.
Los jefes demasiado gruesos no son rentables. Los grandes jefes sólidos desperdician material y tiempo. También tienden a deformarse o crear marcas de hundimiento durante la impresión.
El uso de nervaduras de soporte con refuerzo local alrededor del inserto puede ahorrar una gran cantidad de material manteniendo casi la misma resistencia. La pieza se vuelve más liviana, la impresión es más rápida y la capacidad de carga no se ve afectada.
No todos los agujeros necesitan un inserto de metal. Guarde los insertos para las conexiones que realmente necesitan durabilidad:
Reducir las inserciones innecesarias puede reducir el costo del hardware y la mano de obra de ensamblaje, mientras que el rendimiento real requerido de la pieza no disminuirá.
La combinación de sujetadores M2, M3, M4, M5 y M6 en un solo producto aumenta las SKU de insertos y SKU de tornillos, el tiempo de ensamblaje y la complejidad del inventario. Estandarizar todo el diseño a uno o dos tamaños de sujetadores simplifica la compra, acelera el montaje, facilita el escalado y reduce los costos.
Xunjie diseña, imprime y ensambla piezas con inserciones metálicas para los clientes todos los días. Admitimos FDM, impresión con resina, nailon SLS y MJF. Antes de que las piezas entren en producción, nuestro equipo verifica las tolerancias del diámetro de los orificios, el diseño del saliente y el tipo de inserto.
Si su proyecto necesita piezas impresas en 3D con inserciones metálicas, envíenos sus archivos CAD. Le ayudaremos a ajustar el diseño antes de invertir en producción.
1. ¿Por qué se agrieta el borde de mi pieza impresa en 3D cuando presiono un inserto termofijado?
Lo más probable es que el espesor de la pared no sea suficiente, que el diámetro del orificio sea demasiado pequeño o que la temperatura sea demasiado alta. Mantenga al menos 2 o 3 paredes exteriores alrededor del inserto. También deje más de 2 milímetros desde el borde del agujero hasta el borde exterior de la pieza. No permita que la temperatura supere demasiado el punto de ablandamiento del material. Gire y presione lentamente. No lo fuerces completamente hacia abajo de un solo empujón.
2. ¿Existen otras formas de instalar inserciones metálicas además del termofijado?
Sí. Puede diseñar la impresión para que se detenga a mitad de camino, colocar el encarte en el bolsillo reservado y luego continuar imprimiendo para encerrarlo. También puede utilizar insertos de ajuste a presión o insertos ultrasónicos. Si necesita montaje y desmontaje frecuente o la pieza soporta una carga relativamente alta, las cavidades hexagonales o los insertos con formas exteriores moleteadas serán más seguros.
3. ¿Cómo se puede saber si el inserto está lo suficientemente seguro después de la instalación?
Tome un tornillo del tamaño correspondiente y atorníllelo, apriételo normalmente y luego afloje. Repita cinco o seis veces. Si el tornillo no se desliza, el inserto no gira con él y no hay grietas ni marcas blancas alrededor del orificio, entonces básicamente pasa.
4. ¿Qué debo hacer si los orificios de inserción de las piezas recibidas tienen dimensiones incorrectas y no se pueden instalar?
No te apresures a forzarlo. Toma una foto o graba un video corto y envíanoslo. Si fue causado por nuestro error de mecanizado, lo reharemos gratis o le reembolsaremos y cubriremos el costo de envío. Si se trata de una desviación dimensional en el dibujo de diseño en sí, también podemos ayudarlo a modificar el dibujo una vez de forma gratuita. La reimpresión solo costará el costo del material.
5. Después de instalar el inserto, ¿debo aplicar fijador de roscas al atornillar el tornillo?
Depende del escenario de uso. Si es un lugar con vibración frecuente o donde no se permite aflojar, se puede aplicar un poco de fijador de roscas de fuerza media. Pero si necesita montar y desmontar con frecuencia, no es recomendable, porque dificulta el desmontaje. Por defecto, solo instalamos el inserto y no aplicamos adhesivo. Tú decides cuándo montar el tornillo tú mismo.
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