Las piezas impresas en 3D se pueden mejorar mediante el uso de juntas de conexión & piezas entrelazadas dentro del diseño, pero pueden ser difíciles de imprimir en 3D dimensionalmente. Después de tener algunos fracasos con la impresión 3D de estas piezas, decidí escribir un artículo sobre cómo imprimirlas en 3D correctamente.

Para imprimir en 3D juntas de conexión & piezas entrelazadas, debes asegurarte de que tu impresora está calibrada correctamente para que no esté por debajo o por encima de la extrusión, lo que permite una mejor precisión dimensional. Quieres dejar una cantidad adecuada de espacio y holgura entre las dos partes. Utiliza el método de prueba y error para obtener los mejores resultados.

Además, para imprimir estas piezas con éxito, también tendrá que seguir algunos consejos de diseño importantes si está creando estos modelos usted mismo.

Esta es la respuesta básica sobre cómo imprimir en 3D uniones y piezas de conexión, pero hay más información y consejos de diseño que te resultarán útiles en este artículo. Así que sigue leyendo para saber más.

¿Qué son las articulaciones?

Para explicar mejor qué son las juntas, tomemos esta definición de la carpintería. Las juntas son un punto en el que dos o más partes se unen para formar un objeto más grande y complejo.

Aunque esta definición procede de la carpintería, sigue siendo válida para la impresión en 3D, ya que en este tipo de impresión utilizamos juntas para unir dos o más piezas y crear un objeto más grande con una funcionalidad más compleja.

Por ejemplo, puede utilizar las uniones como punto de conexión para ensamblar varias piezas en un conjunto. Puede utilizarlas para unir piezas demasiado grandes para imprimirlas en su lecho de impresión 3D como un solo objeto.

Incluso puede utilizarlas como medio para permitir cierto movimiento entre dos piezas que, de otro modo, serían rígidas. Por lo tanto, puede ver que las articulaciones son una gran forma de ampliar sus horizontes creativos en la impresión 3D.

¿Qué tipos de juntas impresas en 3D existen?

Gracias a los artistas 3D que siguen ampliando los límites del diseño, hay muchos tipos de articulaciones que se pueden imprimir en 3D.

Podemos dividirlas a grandes rasgos en dos categorías: juntas de enclavamiento y juntas de encaje a presión. Veámoslas.

Juntas de enclavamiento

Las juntas entrelazadas son populares no sólo en carpintería e impresión 3D, sino también en cantería. Estas juntas se basan en la fuerza de fricción entre dos piezas que se acoplan para mantener la unión.

El diseño de una junta de enclavamiento requiere un saliente en una parte y una ranura en la otra.

La fuerza de fricción entre ambas partes mantiene la unión en su sitio, reduciendo normalmente el movimiento entre las dos partes, por lo que la unión es estanca.

Caja conjunta

La unión en caja es una de las uniones más sencillas. Una parte tiene una serie de salientes en forma de caja con forma de dedos en su extremo. En la otra parte, hay rebajes u orificios en forma de caja para que encajen los salientes. A continuación, puede unir ambos extremos para obtener una unión sin juntas.

A continuación se muestra un gran ejemplo de una junta de caja entrelazada que le resultará muy difícil separar.

Junta de cola de milano

La unión de cola de milano es una ligera variación de la unión de caja. En lugar de proyecciones en forma de caja, su perfil tiene más bien forma de cuña, parecida a la cola de una paloma. Las proyecciones en forma de cuña ofrecen un ajuste mejor y más ajustado debido a la mayor fricción.

Aquí tienes una unión de cola de milano en acción con la Impossible Dovetail Box de Thingiverse.

Juntas machihembradas

Las juntas machihembradas son otra variante de la junta de caja. Podemos utilizar esta junta para uniones que necesiten un mecanismo de deslizamiento y otros movimientos en una dirección.

Los perfiles de sus puntos de unión son iguales a los de las uniones de caja o cola de milano, pero en este caso los perfiles son más alargados, lo que da a las piezas acopladas una relativa libertad para deslizarse entre sí.

Puede encontrar una excelente implementación de estas juntas en los muy populares cajones hexagonales modulares llamados The HIVE.

Como puedes ver, los compartimentos naranjas se deslizan dentro de los contenedores blancos, produciendo una unión machihembrada que tiene un propósito para necesitar los movimientos direccionales.

Tiene sentido imprimir en 3D piezas deslizantes para determinados diseños, así que realmente depende del proyecto y de la operación en su conjunto.

Juntas Snap-Fit

Las uniones a presión son una de las mejores opciones de conexión para plásticos u objetos impresos en 3D.

Están formados por encajar o doblar las piezas acopladas en una posición en la que se mantienen en su lugar por la interferencia entre las características de enclavamiento.

Por lo tanto, hay que diseñar estos elementos de enclavamiento para que sean lo suficientemente flexibles como para soportar la tensión de la flexión, pero, por otro lado, también deben ser lo suficientemente rígidos como para mantener la unión en su sitio después de conectar las piezas.

Encaje a presión en voladizo

El encaje a presión en voladizo utiliza un conector en forma de gancho en el extremo de una viga delgada de una de las piezas. Se aprieta o se desvía y se introduce en el hueco creado para fijarlo.

Esta otra parte tiene una cavidad en la que se desliza y encaja el conector en forma de gancho para crear la unión. Una vez que el conector en forma de gancho se desliza en la cavidad, recupera su forma original, lo que garantiza un ajuste hermético.

Un ejemplo de esto serían muchos diseños de encaje a presión que se ven en Thingiverse, como el dirigible modular de encaje a presión, que tiene las piezas diseñadas de tal forma que se pueden encajar en su sitio en lugar de tener que pegarlas.

El siguiente vídeo muestra un magnífico tutorial sobre cómo crear fácilmente cajas de ajuste a presión en Fusion 360.

Encaje a presión anular

Las juntas de resorte anulares se utilizan normalmente en piezas con perfiles circulares. Por ejemplo, un componente puede tener una cresta que sobresale de su circunferencia, mientras que su pieza de contacto tiene una ranura cortada en su borde.

Cuando se presionan ambas piezas durante el montaje, una de ellas se desvía y se ensancha hasta que la cresta encuentra la ranura. Una vez que la cresta encuentra la ranura, la pieza que se desvía vuelve a su tamaño original y la unión está completa.

Ejemplos de juntas anulares de ajuste a presión son las rótulas, los capuchones de bolígrafos, etc.

El vídeo siguiente es un ejemplo de cómo funciona una rótula.

Ajustes a presión de torsión

Este tipo de uniones a presión aprovechan la flexibilidad de los plásticos. Funcionan de forma parecida a un pestillo. Un conector en forma de gancho con un extremo libre mantiene unidas las dos piezas al engancharse en un saliente de la otra.

Para liberar esta unión, puede presionar el extremo libre del conector enganchado. Otros tipos notables de conexiones y uniones que puede imprimir en 3D incluyen bisagras, uniones atornilladas, uniones de canalón, etc.

Maker's Muse repasa cómo diseñar bisagras imprimibles en 3D.

¿Cómo se imprimen en 3D uniones y piezas?

En general, se pueden imprimir en 3D juntas y piezas de dos formas, a saber:

• Impresión in situ (juntas cautivas)
• Impresión separada

Veamos mejor estos métodos.

Impresión in situ

La impresión in situ consiste en imprimir todas las piezas y uniones conectadas juntas en su estado ensamblado. Como dice el nombre "uniones cautivas", estas piezas están unidas desde el principio, y la mayoría no suelen ser desmontables.

Puede imprimir en 3D uniones y piezas de conexión en su lugar utilizando un pequeño espacio entre los componentes. El espacio entre ellos hace que las capas entre las piezas de la unión sean débiles.

De este modo, tras la impresión, puede girar y romper fácilmente las capas para obtener una articulación totalmente móvil. Puede diseñar e imprimir bisagras, rótulas, articulaciones de rótula, articulaciones de tornillo, etc., utilizando este método.

Puedes ver este diseño en la práctica en el vídeo de abajo. He hecho unos cuantos modelos que tienen este diseño y funciona muy bien.

En una sección posterior explicaré cómo diseñar juntas in situ.

También puede imprimirlas utilizando estructuras de soporte solubles. Tras la impresión, puede retirar las estructuras de soporte utilizando la solución adecuada.

Impresión separada

Este método consiste en imprimir individualmente todas las piezas del conjunto y ensamblarlas después. El método por separado suele ser más fácil de aplicar que el método de impresión in situ.

Puede utilizar este método para juntas de torsión, en voladizo y algunas juntas anulares a presión.

Sin embargo, carece de la libertad de diseño que ofrece el método de impresión in situ. Utilizar este método también aumenta el tiempo de impresión y de montaje.

En la siguiente sección, veremos cómo diseñar e implementar correctamente estos dos métodos para imprimir juntas.

Consejos para imprimir en 3D uniones y piezas de conexión

Imprimir uniones y piezas de conexión puede ser bastante complicado, así que he reunido algunos consejos y trucos para ayudarte a que el proceso se desarrolle sin problemas.

El éxito de una impresión 3D depende tanto del diseño como de la impresora, por lo que dividiré los consejos en dos secciones: una para el diseño y otra para la impresora.

Vamos a ello.

Consejos de diseño para juntas de conexión y piezas entrelazadas

Seleccione la holgura adecuada

La holgura es el espacio entre las piezas que se acoplan. Es vital, sobre todo si se imprimen las piezas en su sitio.

La mayoría de los usuarios experimentados recomiendan una holgura de 0,3 mm para empezar. Sin embargo, puedes experimentar dentro del rango de 0,2 mm y 0,6 mm para encontrar lo que mejor te funcione.

Una buena regla general es utilizar el doble del grosor de la capa con la que se está imprimiendo como espacio libre.

La holgura puede ser comprensiblemente pequeña cuando se imprimen juntas entrelazadas como colas de milano que no permiten un movimiento relativo. Sin embargo, si está imprimiendo una pieza como una rótula o una bisagra que requiere un movimiento relativo, debe utilizar la tolerancia adecuada.

La selección de una holgura adecuada tiene en cuenta la tolerancia del material y garantiza que todas las piezas encajen correctamente tras la impresión.

Utilizar filetes y chaflanes

Los conectores largos y delgados de las uniones a presión en voladizo y a torsión suelen estar sometidos a mucha tensión durante la unión. Debido a la presión, las esquinas afiladas de su base o cabeza pueden servir a menudo como puntos de inflamación o focos de grietas y fracturas.

Por tanto, es una buena práctica de diseño eliminar estas esquinas afiladas mediante filetes y chaflanes. Además, estos bordes redondeados proporcionan una mayor resistencia contra grietas y fracturas.

Conectores de impresión con 100% de relleno

Como he mencionado anteriormente, los conectores o clips de algunas juntas experimentan grandes esfuerzos durante el proceso de unión. Imprimirlos con un relleno del 100% les confiere una mayor resistencia y elasticidad para soportar estas fuerzas. Además, algunos materiales son más flexibles que otros, como el nailon o el PETG.

Utilice una anchura adecuada para los clips de conexión

Aumentar el tamaño de estos clips en la dirección Z ayuda a aumentar la rigidez y la resistencia de la junta. Sus conectores deben tener al menos 5 mm de grosor para obtener los mejores resultados.

No olvide comprobar los espacios libres al sellar

Al ampliar o reducir un modelo, los valores de holgura también cambian, lo que puede dar lugar a un ajuste demasiado apretado o demasiado flojo.

Por lo tanto, después de escalar un modelo 3D para imprimirlo, compruebe y devuelva la holgura a sus valores adecuados.

Consejos para imprimir en 3D juntas de conexión y piezas entrelazadas

Aquí tienes algunos consejos sobre cómo configurar y calibrar tu impresora para obtener la mejor experiencia de impresión.

Compruebe la tolerancia de su impresora

Las diferentes impresoras 3D tienen distintos niveles de tolerancia, por lo que, naturalmente, esto influye en el tamaño de la holgura que elegirás en tu diseño.

Además, la configuración de calibrado de la impresora y el tipo de materiales que se utilizan durante la impresión también determinan la tolerancia y el ajuste finales de las piezas.

Así que, para evitar malos ajustes, recomiendo imprimir un modelo de prueba de tolerancia (Thingiverse). Con este modelo, podrás determinar la tolerancia de tu impresora y ajustar tu diseño en consecuencia.

También puedes conseguir la prueba de tolerancia de Makers Muse en Gumroad, como se muestra en el siguiente vídeo.

Yo recomendaría revisar mi artículo sobre Cómo calibrar su extrusora E-Steps & Tasa de flujo perfectamente para ponerte en el camino correcto.

Imprima y pruebe primero las juntas

Imprimir juntas de conexión es bastante difícil y a veces puede resultar frustrante. Así que, para evitar perder tiempo y materiales, imprima y pruebe primero las juntas antes de imprimir todo el modelo.

En este caso, la impresión de prueba le permitirá comprobar las tolerancias y ajustarlas en consecuencia antes de imprimir el modelo final. Puede ser una buena idea reducir la escala para la prueba si el archivo original es bastante grande.

Utilice la dirección de construcción adecuada

La dirección de las capas determina en gran medida la resistencia de las piezas impresas con FDM.

Para obtener los mejores resultados, imprima las capas de los conectores en paralelo a la junta. Así, en lugar de construir los conectores verticalmente hacia arriba, constrúyalos horizontalmente a través de la placa de impresión.

Para que te hagas una idea de las diferencias de resistencia que se producen con la orientación, puedes ver el vídeo en el que se imprimen en 3D pernos y roscas en distintas direcciones.

Esto es todo lo que tengo para ti sobre la impresión de uniones y piezas entrelazadas. Espero que este artículo te ayude a imprimir la unión perfecta y amplíe tu abanico creativo.

Buena suerte y feliz impresión.