Cómo seleccionar un Inserto Roscado para su ensamble impreso en 3D

Existen varios tipos de Insertos Roscados, que a menudo se clasifican según su método de instalación, como la instalación a calor o ultrasónica posterior al moldeo y la instalación en frío a presión. El tipo de Inserto óptimo para una aplicación de impresión 3D depende del material plástico de la pieza receptora.

El rendimiento del Inserto se ve muy influido por las propiedades del material de la pieza receptora.

• Resistencia a la tracción: mide la propiedad del material para resistir la deformación plástica.
• Módulo de flexión: influye en la rigidez del material y en su capacidad para distribuir las fuerzas de flexión, lo que es fundamental para evitar la deformación y garantizar una distribución adecuada de la carga.

Además, las propiedades térmicas afectan el proceso de instalación, ya que los materiales con mayor conductividad favorecen una distribución más uniforme del calor, lo que mejora el flujo del plástico y garantiza un relleno completo alrededor de los elementos de retención, asegurando una unión firme. De igual manera, la temperatura de deflexión térmica de un plástico determinado influirá en la temperatura utilizada para la instalación a calor o ultrasónica del Inserto Roscado.

El rendimiento de un Inserto Roscado en materiales impresos en 3D se ve influido por varios factores clave. En esta sección se presentan las directrices de diseño esenciales, con énfasis en el tamaño del orificio de la pieza receptora, las propiedades del material, el espesor de la pared, el porcentaje de relleno y el espesor de la capa, para garantizar un rendimiento óptimo del Inserto Roscado en aplicaciones de impresión 3D.

El tamaño del orificio es fundamental para el rendimiento de los Insertos Roscados. El Catálogo de Insertos Roscados de SPIROL proporciona directrices sobre el tamaño de los orificios, pero las tolerancias de la impresión 3D suelen superar los +0,08 mm recomendados. Las tolerancias típicas son las siguientes:

• Impresión FDM industrial: ±0,2 mm
• Impresoras de escritorio: ±0,3-0,5 mm
• Impresoras SLA: ±0,1 mm
• Impresión SLS: ±0,3 mm

Para mitigar la variación, una opción es perforar orificios en el plástico, lo que reduce la variación, pero puede comprometer el refuerzo en las paredes exteriores impresas con FDM (se analiza más adelante en este Documento Técnico). Alternativamente, se puede realizar un desarrollo iterativo hasta lograr el tamaño óptimo del orificio.

El rendimiento del Inserto aumenta de manera lineal con la densidad de relleno. Para un rendimiento óptimo del Inserto, se recomienda diseñar con una densidad de relleno superior al 50 %.

En general, las capas más gruesas dan lugar a una unión entre capas más débil, ya que hay huecos más grandes. El mejor rendimiento de la inserción se produce normalmente con un espesor de capa de entre 0,16 y 0,2 mm para FDM y SLS, donde se optimiza la resistencia a la tracción.

Comparemos el rendimiento de tres (3) series diferentes de Insertos Roscados M6: simétricos (SPIROL INS 29 Largo) y asimétricos (SPIROL INS 19 Largo) Instalados por Calor, y un Inserto Roscado a Presión (SPIROL INS 50) en materiales comunes de impresión 3D. Se presentan resultados detallados de pruebas comparativas para componentes impresos con FDM, SLS y SLA. Esta información ayudará a los diseñadores a seleccionar el Inserto Roscado óptimo en función de los requisitos específicos de rendimiento.

Al comparar las diferencias entre los componentes fabricados con métodos de plástico moldeado e impresión 3D, es importante tener en cuenta que un mismo material puede tener propiedades muy variables que afectan al rendimiento del Inserto.

A pesar de la geometría en capas de los componentes impresos con FDM, estos alcanzan un alto rendimiento, especialmente cuando se utilizan Insertos de Instalación a Calor/Ultrasonido. En la Figura 12 se muestra una comparación directa entre el policarbonato (PC) impreso con FDM y el plástico extruido.

Las impresiones SLS son más propensas a sufrir microfisuras y fallos prematuros del Inserto. Los polvos SLS tienden a presentar propiedades materiales más débiles que los plásticos similares para moldeo, a menudo debido a las diferentes composiciones y a la microporosidad de los componentes impresos finales. Dado que las propiedades del material difieren en gran medida, el rendimiento de un Inserto puede ser entre un 20 % y un 50 % inferior al de un plástico extruido.

Figura 12
Comparación del rendimiento de FDM y plásticos extruidos/moldeados (FDM: 55 % de relleno y 5 bucles de pared)

Los Insertos de Instalación a Calor/Ultrasonido proporcionan la mayor resistencia en termoplásticos impresos en 3D, mientras que los Insertos a Presión son una alternativa viable, especialmente para materiales termoestables, en los que la instalación térmica no es factible. Los plásticos termoestables limitan inherentemente las opciones de inserción a los métodos a presión.

Las conclusiones clave indican que el rendimiento de los Insertos Roscados mejora con el aumento de la densidad de relleno y los bucles de pared en la impresión FDM, con resultados óptimos con un espesor de capa de 0,16-0,2 mm, un relleno del 50 % o más y un número de bucles de pared igual o superior al tamaño métrico nominal del inserto.

Los resultados muestran que, con un relleno y un espesor de pared elevados, los componentes impresos en 3D con FDM tienen aproximadamente entre el 70 % y el 80 % del rendimiento de un material moldeado equivalente. Aunque los componentes SLS presentan una alta resistencia teórica, su microporosidad puede tener aproximadamente entre el 50 % y el 70 % del rendimiento en comparación con los plásticos moldeados.

Póngase en contacto con SPIROL para obtener ayuda a la hora de elegir el Inserto Roscado adecuado para sus diseños de producción y prototipos impresos en 3D. Debido a la variedad de métodos, materiales y parámetros de impresión 3D, los resultados pueden variar, por lo que se recomienda realizar pruebas y evaluaciones exhaustivas para cada ensamble individual.