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Diseño de tuercas de husillo para la impresión 3D

Genoveva de Ros | 29 septiembre, 2022

Las dos razones más comunes para fabricar tuercas roscadas mediante procesos de impresión 3D son la construcción de prototipos funcionales y la producción de tuercas especiales complejas.

Impresión 3D industrial con igus

Impresión 3D en el desarrollo del producto

Durante el desarrollo de productos, a veces se diseñan y prueban varios modelos. Con el proceso de creación rápida de prototipos, la producción de variantes y adaptaciones de serie puede llevarse a cabo muy rápidamente, lo que permite una entrada más rápida del producto en el mercado.

Tuerca fabricada por impresión 3D

La producción de tuercas especiales complejas suele implicar un gran esfuerzo manual, lo que encarece rápidamente el producto. La fabricación aditiva permite reducir los costes, aunque se requiere de un modelo en 3D de la rosca deseada. Las ayudas digitales pueden facilitar y acelerar el diseño y la personalización de los hilos individuales.

Modelo CAD de tuercas roscadas

Las geometrías simples, cilíndricas (forma S) o con brida (forma F), pueden configurarse y descargarse individualmente de forma rápida y sencilla en nuestro configurador CAD para tuercas roscadas. Están disponibles los tamaños de rosca métrica, basados en las roscas trapezoidales ISO según DIN 103, de las series 1 y 2. Las configuraciones acabadas pueden solicitarse directamente al servicio de impresión online, lo que acelera enormemente el proceso de diseño y producción de tuercas roscadas individuales. 

Los modelos de rosca pueden configurarse cómodamente al inicio de un proceso de diseño y descargarse en formato nativo del programa CAD. El archivo descargado puede utilizarse como base de diseño para una tuerca compleja personalizada. En el caso de los modelos completamente diseñados, también es posible una rápida integración en el archivo CAD existente mediante la fusión de modelos sólidos. Como alternativa, a continuación, se muestra cómo se puede realizar el ajuste en el modelo CAD (según la función: hilo/espiral dependiendo del programa CAD).

Plano de tuerca roscada dryspin

Cómo incorporar tuercas especiales en el programa CAD para su producción

Los hilos trapezoidales fabricados mediante impresión 3D deben ser preparados constructivamente para un diseño funcional. En el caso de la sinterización por láser, esto puede garantizarse de forma fiable para la mayoría de los tamaños de rosca trapezoidal estándar a partir de TR8 mediante el juego de rosca diseñado. La compensación es necesaria porque los agujeros internos (especialmente los agujeros pequeños D< 3 mm y los agujeros profundos t>10 mm) se producen generalmente más estrechos durante el sinterizado láser debido a la mayor entrada de calor. La razón es que el calor que se almacena en el interior del agujero es mayor. Esto puede provocar la fusión de las zonas de los bordes.

Para ello, la holgura axial en la dirección Z debe aumentarse en +0,1 mm y los diámetros D1 y D4 con una tolerancia de +0,3 mm en el diámetro.

Representación del principio de los ajustes del modelo CAD de tuercas de polímero
Representación del principio de los ajustes del modelo CAD

En la aplicación práctica en el sistema CAD, esto significa ampliar primero el agujero ciego D1 en +0,3 mm. A continuación, la construcción del croquis 2D del perfil de la rosca debe realizarse de acuerdo con los manuales y ajustarse mediante las tolerancias descritas. Hay que añadir un juego radial de +0,15 mm a la punta de la rosca (para aumentar el total de D4 a +0,3 mm). Mediante la función de espiral o rosca, ahora se puede modelar la rosca trapezoidal seleccionando el sentido de giro y el paso de rosca, véase la imagen de ejemplo TR12x3.

Boceto de una rosca trapezoidal optimizada para la impresión por SLS
Boceto de una rosca trapezoidal TR12X3 optimizada para la impresión por SLS

En el boceto anterior vemos una rosca trapezoidal TR12x3 optimizada para la impresión SLS (naranja), función de espiral para crear la rosca TR12x3 (arriba a la derecha), vista en sección de tres cuartos de la tuerca de arrastre terminada.

Cómo diseñar correctamente la rosca para la impresión 3D FDM

En el caso de la impresión 3D FDM, normalmente hay que ajustar los parámetros de presión además de la adaptación del diseño de la rosca para evitar que la tuerca se atasque en el husillo. Los ajustes adecuados pueden ser los siguientes:

  • la reducción del factor de extrusión/flujo de filamentos (ca. 5-10%)
  • el uso de capas de menor grosor: igual o inferior a 0,2 mm
  • evitar las estructuras de soporte, salvo el material de soporte hidrosoluble si es necesario
  • prueba los siguientes parámetros de impresión para obtener una mayor precisión en el plano XY:
    • Altura horizontal: -0,05 bis -0,1 mm
    • Alternativa: Activar las paredes exteriores antes que las interiores

Se recomienda probar la impresión de una pequeña parte de la rosca antes de fabricar todo el componente. De este modo, se reducen en gran medida los ciclos de ajuste necesarios.

Tuercas de plástico por impresión 3D

Áreas de aplicación de las tuercas roscadas impresas en 3D

La solución de accionamiento sin lubricante en la tecnología de rosca reduce el trabajo de mantenimiento, disminuye los costes y también aumenta la vida útil de los materiales utilizados. La impresión 3D añade las conocidas ventajas como la gran libertad de diseño, así como el rápido plazo de entrega de 1 a 3 días laborables y la producción económica desde una unidad.

Las tuercas de accionamiento impresas en 3D con filamentos de iglidur FDM y materiales de sinterización láser SLS también se utilizan en muchas industrias:

  • Automatización/ tecnología de procesos, como en la manipulación de productos en la industria del envasado
  • Ingeniería mecánica/construcción de máquinas especiales, como en las tuercas de arrastre especiales
  • Industria del automóvil, para prototipos de sistemas de cierre mecánico
  • Industria robótica, por ejemplo, rosca integrada en la mecánica de agarre

Caso real: la impresión 3D ayuda a suministrar energía a los barcos en sólo 48 horas

Para reducir la contaminación atmosférica y acústica en las ciudades portuarias y disminuir el consumo de gasóleo en el puerto, en muchos lugares se utilizan los llamados Onshore Power Supply (SPO) para las terminales de contenedores y los barcos, lo que permite reducir los niveles de dióxido de carbono.

Para este caso real de un sistema de suministro de energía a tierra, la fabricación de 3 tuercas especiales era necesaria. La fabricación mediante mecanizado requería demasiado tiempo y, a pesar de que se ponía en duda la fabricación mediante impresión 3D, finalmente se fabricaron 3 tuercas especiales con rosca trapezoidal en tan sólo 48 horas, utilizando el filamento SLS iglidur I3. Las tuercas especiales que se necesitan con urgencia se cargan en la aplicación con una estática máxima de aprox. 1200 kg y se pueden fabricar de forma económica, sin costos de retrabajos, con un precio aprox. 300€/pieza.

Tuerca especial de polímero iglidur I3para la conexión eléctrica del buque a puerto
Tuerca especial de polímero iglidur I3para la conexión eléctrica del buque a puerto

Cómo consigo mi tuerca roscada dryspin impresa en 3D

También se puede realizar la fabricación de una tuerca especial para geometrías de husillo dryspin a petición del cliente. Las ventajas de utilizar una rosca dryspin optimizada para el desgaste en comparación con los materiales de impresión 3D estándar se muestran en el resultado de nuestra prueba de laboratorio para una tuerca de husillo dryspin DS14x25 con una carrera de 370 mm y el parámetro de carga de 129 N de carga a 290 rpm. Con los materiales de impresión 3D optimizados tribológicamente es posible conseguir un índice de desgaste entre 5 y 18 veces menor.

Resultados de desgaste en la prueba de laboratorio de la tuerca de accionamiento: material impreso en 3D ABS estándar frente a los materiales iglidur I180 / iglidur J260 / iglidur I3 impresos e iglidur J inyectados

Si también estás buscando el husillo adecuado para tu tuerca de accionamiento, puedes configurarlo en nuestra herramienta online sin necesidad de profundos conocimientos técnicos ni de software CAD, incluyendo el dibujo correspondiente.

Disponemos de varios métodos para la fabricación de piezas a partir de planos. Si necesita una pieza especial, podemos ayudarte!

nueva fabrica de igus en Colonia

Miguel Medina de igus

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