Bisagra viva: pautas de diseño y selección de materiales

Me alegro de verte, soy Luis, un apasionado de la impresión 3d y aquí os escribo un articulo que espero que os sea entretenido 🙂.

Una bisagra viva es una parte conectada de una pieza completa que es lo suficientemente delgada y flexible para permitir el movimiento entre dos secciones rígidas de la misma pieza. Estas secciones están diseñadas de tal manera que las tres secciones (dos secciones rígidas y una bisagra) se fabrican en una sola forma. La sección de la bisagra está diseñada para permitir el movimiento de rotación (180 grados o más) entre las secciones y en una configuración en la que no fallará durante la vida útil de la pieza. Este tipo de bisagra es común entre las piezas de plástico moldeadas por inyección, pero se está incorporando lentamente a las soluciones de impresión 3D de fabricación de filamentos fundidos (FFF).

En las aplicaciones de impresión 3D tradicionales, el material de origen ABS o PLA no eran buenas opciones para imprimir bisagras vivas. ABS y PLA no exhiben las propiedades necesarias para la función y la sostenibilidad. Solo en los últimos tres o cuatro años se han desarrollado materiales para ayudar en el diseño de bisagras vivas. Estos materiales incluyen nailon, TPE (p. ej., NinjaFlex), TPU, Soft PLA, Bendlay e incluso polipropileno, material básico moldeado por inyección. El uso de estos materiales ha ampliado las opciones de bisagras vivas en una variedad de soluciones donde las bisagras moldeadas por inyección dependían exclusivamente de polietileno y polipropileno.

Propiedades materiales ideales en bisagras vivas

Las dos propiedades más comunes para medir la calidad de los plásticos son la resistencia a la tracción y la deformación. La resistencia a la tracción se define como la cantidad de tensión que un material puede soportar antes de fallar. En otras palabras, es la cantidad de fuerza (compresión, tensión, corte, flexión y torsión) necesaria para romper la pieza. La deformación es la capacidad de un material para adaptarse a la deformación antes de fallar. Esto se mide comúnmente por la deformación de la pieza en comparación con una longitud de referencia. Estas son dos propiedades en las que el ABS y el PLA no logran la calificación (consulte las Figuras 1 y 2).

Figura 1: Bisagra de mariposa PLA


Figura 2: Bisagras de mariposa de polipropileno y PLA


Tipos de diseños de bisagras vivas

Hay cuatro tipos de bisagras vivas comunes a las piezas moldeadas por inyección: planas (ver Figura 3), dobles, de mariposa (ver Figura 10) y biestables. Para piezas impresas en 3D, las soluciones más comunes son las bisagras planas y de mariposa. Las bisagras dobles y biestables suelen ser difíciles de imprimir debido al espacio negativo que rodea las secciones articuladas. Otra solución de bisagra tiene su origen en el espacio de trabajo de la madera: la curva de corte (consulte la Figura 4). Una curva de corte es un corte con patrón, tradicionalmente del ancho de una hoja de sierra, que es útil en curvas de gran radio. Las curvas Kerf también han demostrado su utilidad en la impresión 3D para aquellos que buscan radios estampados y diseñados creativamente en piezas impresas. Los patrones abarcan toda la gama, desde triángulos y rombos hasta colmenas, cruces y ondas.

Figura 3: Ejemplo de una bisagra plana (tapa de caja Tic Tac)


Figura 4: Ejemplo de Curva de Kerf (Hisashi Imai)


El diseño de una bisagra viva tiene en cuenta la capacidad del material para resistir la tensión y la resistencia a la tracción del material. Con el moldeo por inyección, el diseño principal se centra en el grosor de la bisagra, las secciones planas empotradas y los radios. En la impresión 3D, un elemento de diseño adicional son las conexiones radiales. En otras palabras, las conexiones radiales entre la bisagra y las secciones rígidas, así como los radios alrededor de la curva, son de suma importancia. Si estos elementos se abordan adecuadamente, la parte resultante será un componente utilitario efectivo de su producto.

La Figura 5 muestra el diseño típico de una bisagra plana para moldeo por inyección. Fíjese en la parte empotrada en la parte superior de la bisagra junto con los radios esenciales para mantener la estructura de la bisagra en buen estado durante el uso continuo.

Figura 5: Diseño de bisagra viva plana para moldeo por inyección


El diseño de bisagra plana para materiales y procesos FFF sigue los mismos principios de diseño con la excepción de los espesores y longitudes de bisagra, empotrados y radiales. Dado que las alturas promedio de las capas de FFF oscilan entre 200 y 250 micras, los espesores de bisagra de 250 a 380 micras utilizados en las soluciones de moldeo por inyección probablemente no funcionarán con las soluciones de FFF. Como resultado, será necesario modificar el diseño de la bisagra para acomodar FFF.

La Figura 6 muestra el diseño típico de una bisagra plana para FFF. Observe que las longitudes y espesores radiales y de la bisagra han aumentado. Esto da como resultado un movimiento más rígido debido al mayor grosor de la bisagra. Las figuras 7 y 8 muestran la impresión 3D resultante del diseño en nylon.

Figura 6: Diseño de bisagra plana para impresión 3D FFF


Figura 7: Ejemplo de Bisagra Plana en Nylon (Abierta)


Figura 8: Ejemplo de Bisagra Plana en Nylon (Cerrada)


El diseño de la bisagra viva de mariposa para materiales y procesos FFF sigue los mismos principios de diseño que el moldeo por inyección, con la excepción del grosor y la longitud de la bisagra. El ancho de la bisagra y los radios pueden mantenerse iguales. Observe también cómo se puede imprimir la bisagra sin tener que tener en cuenta los espacios negativos en el diseño. Lo más probable es que la bisagra de mariposa sea la bisagra más fácil de imprimir en el proceso FFF. La figura 9 muestra un diseño típico de una bisagra de mariposa. Tenga en cuenta la longitud de la bisagra, el grosor y los componentes radiales. Las figuras 10 y 11 muestran la impresión 3D resultante del diseño en nylon.

Figura 9: Diseño de bisagra de mariposa para impresión 3D FFF


Figura 10: Ejemplo de Bisagra Mariposa en Nylon (Abierta)


Figura 11: Ejemplo de Bisagra Mariposa en Nylon (Cerrada)


Las curvas Kerf agregan una dinámica interesante a una cartera de bisagras donde las curvas son tanto estéticas como funcionales. Las curvas de corte no solo brindan movimiento de rotación (consulte la Figura 12), sino que también se utilizan en configuraciones oscilantes (consulte la Figura 13). El diseño básico (ver Figura ) consta de una longitud de plegado de al menos el 25 % de la pieza completa. El ancho de la curva es el mismo que el ancho de la pieza. Observe cómo el borde lateral (consulte la Figura 14) contiene partes negativas o abiertas del patrón de diseño. Esto permite una libertad adicional en la articulación al rotar u oscilar la pieza. Su imaginación es el único límite al diseñar y utilizar la solución de curva de corte. Simplemente siga las pautas básicas de diseño de la Figura 15 y estará en camino de crear diseños y piezas móviles y estéticamente agradables.

Figura 15: Diseño Kerf Bend para impresión 3D FFF


Figura 12: Ejemplo de Kerf Bend en nylon (rotación completa)


Figura 13: Ejemplo de Kerf Bend en nylon (oscilante)


Figura 14: Ejemplo de diseño de curva de corte en nailon (abierto)


Como nota final, tenga cuidado con los tipos de materiales que utiliza en su solución de bisagra mecánica. Si está fabricando una pieza crítica, quédese con los materiales que han demostrado tener la resistencia a la tracción y pueden soportar la tensión durante la vida útil de la pieza. Estos materiales incluyen nailon, TPE y polipropileno. Si la pieza no es fundamental para el uso y la funcionalidad generales de su producto, siéntase libre de experimentar con TPU, PLA suave y Bendlay. Además, mantenga muchos radios en su diseño y trate de evitar ángulos agudos a menos que sea absolutamente necesario. Recuerde que la fabricación de bisagras vivas en el proceso FFF ha abierto la puerta a muchas más posibilidades de diseño y piezas que los procesos tradicionales de moldeo por inyección. Aproveche la oportunidad de explorar cómo las bisagras vivas pueden ayudarlo a dar vida a su producto completo.

 

Otros artículos de interés

Deja un comentario