ROSCAS Y TORNILLOS DE IMPRESIÓN 3D – UNA GUÍA SENCILLA.

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Imprimir en 3D roscas y tornillos que encajen es todo un reto. Echa un vistazo a esta sencilla guía para aprender a diseñarlos e imprimirlos con éxito.

¿Qué son?.

Lo primero es lo primero: ¿Cuál es la diferencia entre un tornillo y una rosca?

Un tornillo es un elemento de fijación que se utiliza para formar una unión que puede desmontarse posteriormente, mientras que una rosca es la principal característica de fijación de un tornillo. Dicho esto, las roscas no sólo se utilizan para los tornillos; también existen en las tuberías, los accionamientos lineales, los engranajes helicoidales y muchos otros dispositivos.

La característica común a todas las roscas es la forma en que están formadas. Cada rosca es una ranura helicoidal continua de una sección transversal específica producida en el exterior o el interior de una superficie cilíndrica.

En la mayoría de los casos, la sección transversal, o forma, es triangular o trapezoidal. Las formas de rosca triangular se utilizan sobre todo para los elementos de fijación (tornillos), mientras que las formas de rosca trapezoidal, una variación de las formas de rosca cuadrada, se utilizan para la transmisión de potencia y los accionamientos lineales en los husillos. Para simplificar las cosas, en este artículo sólo se habla de las roscas de forma triangular, pero todo se aplica a ambos tipos.

Otro nivel de categorización distingue las roscas métricas de las roscas en pulgadas. Las primeras se utilizan sobre todo en Europa y Asia, mientras que las segundas se emplean en América y el Reino Unido. Para el ojo inexperto, parecen iguales, pero existe una diferencia en la forma del triángulo y el paso de la curva helicoidal.

En este artículo, echaremos un vistazo a los fundamentos del diseño y la impresión 3D de tornillos y roscas.

Términos básicos.

Antes de empezar a diseñar hilos, hay algunos términos y conceptos con los que deberías estar familiarizado.

• Rosca externa o interna: Una rosca externa o macho se extiende desde una superficie cilíndrica. Una rosca interna o hembra es el negativo exacto de una rosca externa, es decir, está tallada en una superficie cilíndrica negativa. Los pernos, por ejemplo, emplean roscas externas, mientras que las tuercas utilizan roscas internas.
• Eje de la rosca: La línea que pasa por el centro del cilindro en el que se forma la rosca.
• Raíz: El fondo de la ranura que recorre el cuerpo de la rosca.
• Cresta: El punto más alto del perfil de la rosca.
• Diámetro mayor: El diámetro del cilindro que rodea la cresta de la rosca exterior o la raíz de la rosca interior. Este cilindro es concéntrico al eje de la rosca.
• Diámetro menor: El diámetro del cilindro que rodea la raíz de la rosca en una rosca exterior o la cresta en una rosca interior. Este cilindro es concéntrico al eje de la rosca y al diámetro mayor. El diámetro menor también se conoce como diámetro del tamaño de la broca cuando se refiere a roscas interiores.
• Paso: La distancia entre puntos equivalentes en roscas adyacentes. Por ejemplo, la distancia entre dos crestas vecinas de una rosca triangular.
• Roscas métricas: La designación “M” de una rosca métrica indica el diámetro exterior nominal de una rosca en milímetros. Por ejemplo, la rosca M5 tiene un diámetro exterior nominal de 5 mm. En una rosca exterior, el diámetro exterior nominal es equivalente al diámetro mayor. En una rosca interior, el diámetro exterior nominal puede determinarse midiendo el diámetro menor y consultando una tabla de roscas métricas.
• Roscas en pulgadas: Las roscas en pulgadas se designan mediante una serie de normas, entre las que se encuentra la Norma Unificada de Roscas (UTS), que nombra principalmente los tamaños de rosca estándar con números (por ejemplo, #4). Las dos medidas más importantes del UTS son el diámetro mayor o menor en roscas externas o internas, respectivamente, y las roscas por pulgada (TPI).

Diseño de hilos.

Aquí demostramos el proceso de diseño de roscas externas e internas utilizando Fusion 360, que proporciona una función simplificada de generación de roscas.

Otros programas de CAD tienen herramientas más o menos similares. Lo importante es entender los fundamentos, como se ha presentado en la sección anterior. Con este conocimiento, debería ser posible utilizar cualquier herramienta de modelado capaz de manipular los modelos y proporcionar los valores para generar las roscas deseadas.

Empecemos con la rosca exterior de un tornillo.

Hilo externo.

1. Dibuje un círculo cuyo diámetro sea el diámetro mayor del hilo deseado.
2. Cree un cilindro extruyendo el círculo hasta la longitud de la rosca deseada.
3. Vaya a “Crear” y seleccione la opción “Hilo”.
4. Seleccione el cilindro que acaba de crear. Asegúrese de que la casilla “Modelado” está marcada. Establezca el tipo de rosca y los demás parámetros de la misma. Pulse “Aceptar”.

Y, eso es todo. Ya tienes tu rosca exterior. Para que sea un tornillo propiamente dicho, tendrás que unirlo a una cabeza de tu gusto.

Ahora vamos a diseñar la tuerca con una rosca interior.

Rosca interior.

1. Dibuja un hexágono. Para los fines de este tutorial, asegúrate de que sea más grande que el hilo que quieres diseñar.
2. Extrúyelo hasta la altura deseada.
3. Haga un agujero en el centro seleccionando la opción “Hole” en el menú “Create”. El diámetro del agujero debe ser el diámetro mayor de la rosca.
4. Seleccione la superficie interna del agujero que acaba de crear, vaya a “Crear” y elija la opción “Rosca”.
5. No olvide marcar la opción “Modelado”. Establezca el tamaño de la rosca y otros parámetros. Haga clic en “Aceptar”.

Ya está. ¡Tus primeros hilos están listos para imprimir!

Consideraciones sobre la impresora y la impresión.

Puede parecer algo sencillo, pero la impresión de roscas no siempre es fácil, especialmente si se quieren diámetros pequeños.

Supongamos que utilizas una boquilla de 0,4 mm y una altura de capa de 0,2 mm. Con esta configuración, el paso más pequeño que podrás imprimir será probablemente de unos 0,5 mm (más o menos 0,1 mm). Este paso es bueno para una rosca M3 y no es un gran problema si intentas imprimir una rosca interna en una pieza relativamente grande. Esto se debe a que la rosca tendrá suficiente tiempo para enfriarse mientras la boquilla está en otro lugar.

Las cosas se ponen interesantes si necesitas una rosca externa en un tornillo o perno, por ejemplo. En este caso, no hay ningún otro lugar donde pueda ir la boquilla, lo que significa que probablemente necesitarás algo de refrigeración adicional. Prueba tu impresora antes de decidirte a imprimir muchas roscas externas finas.

En general, es una buena idea intentar imprimir un hilo de prueba. Esta es la mejor manera de probar las capacidades de tu impresora 3D.

Configuración de la impresión.

A continuación se indican algunas pautas generales para configurar la impresora para los hilos de impresión en 3D.

• Asegúrate de que tu impresora está bien calibrada. La calibración del extrusor también es importante.
• Nivele la cama de su impresora 3D.
• Intenta siempre imprimir tus hilos en vertical. Para obtener los mejores resultados, los ejes de los hilos deben ser perpendiculares a la cama de impresión.
• Imprime sin soportes, o al menos asegúrate de que los soportes no entran en la rosca. De lo contrario, podría ser un verdadero dolor para eliminarlos y preservar la funcionalidad, especialmente con las roscas internas.
• Si es posible, utilice al menos 4 capas verticales (capas) o paredes verticales de al menos 2 mm de grosor. Esto asegurará una rosca fuerte.
• La densidad del relleno depende de su aplicación, pero intente fijarla al menos en un 25%.
• La altura de las capas es un parámetro importante a la hora de imprimir hilos. Para un funcionamiento suave, las capas deben ser lo más bajas posible. Como guía, las roscas mayores de M12 o 1/2″ pueden imprimirse con éxito con capas de 0,2 mm, mientras que las roscas más pequeñas deben imprimirse con capas más finas.

Reflexión final.

Incluso si su primera prueba no tiene éxito, todavía hay esperanza. Aquí tienes unas últimas palabras de sabiduría:

• Incluso si consigues imprimir una rosca externa de aspecto agradable más pequeña que M6 (6 mm de diámetro), piénsatelo dos veces antes de utilizarla para cargar peso. Debido a su pequeño diámetro y a la naturaleza de la impresión 3D, este tamaño de rosca es mejor sólo para modelos visuales. Si tiene que ser una pieza funcional, considere un diseño diferente.
• Las roscas internas de menos de 4 mm de diámetro tienen un paso pequeño, lo que dificulta su impresión. Con este tamaño, piense en imprimir un agujero en blanco y cortar la rosca con una llave de macho. En cualquier caso, siempre es una buena práctica limpiar una rosca antes de usarla, ya sea impresa en 3D o cortada.
• Algunos materiales se encogen más que otros. Antes de empezar a imprimir piezas grandes con roscas, haga algunas muestras pequeñas para comprobar las dimensiones de la rosca. Es posible que acabe con una rosca apretada al imprimir roscas internas o con una rosca muy floja al imprimir roscas externas.

Artículo original disponible en: 3ALLDP