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9 Estrategias para el diseño de ensamblajes de varias piezas

Crear ensamblajes rentables suele significar menor número de piezas, diseños de productos flexibles y sencillos, y análisis de tecnologías de fabricación alternativas.
Si se hacen dos mitades de una caja simétrica (aquí se muestra una de las mitades) y se distribuyen los orificios y roscados de cada pieza de modo similar y opuestos entre sí, se puede usar un único molde, reduciendo así a la mitad los costes de creación del molde.

Dos principios básicos de las mejores prácticas de diseño para fabricación y ensamblaje son la reducción de la lista de materiales (BOM, por sus siglas en inglés) y la creación de productos fáciles de ensamblar. Muchas de estas sugerencias se refieren a las piezas moldeadas por inyección, aunque algunas de ellas son válidas también para piezas mecanizadas e impresas en 3D. Aquí se incluyen:

  • Piezas simétricas
  • Piezas autoensambladas
  • Moldes familiares
  • Accesorios
  • Piezas monoforma
  • Consideraciones de ensamblaje
  • Sobremoldeo y moldeo por insercción
  • Piezas de silicona líquida
  • Procesos alternativos
Búsqueda de simetría

Puede ser difícil de ver al principio, pero muchos ensamblajes creados tradicionalmente con dos componentes distintos pueden realizarse con un par de piezas idénticas. Piense en las dos mitades de la carcasa en un ensamblaje para el prototipo de una caja de cambios. La técnica convencional sería colocar los orificios de los pernos en una mitad, protuberancias roscadas en la otra y, a continuación, utilizar media docena de tornillos pasadores y arandelas para crear una unión atornillada. Sin embargo, esto exige mecanizar dos moldes por inyección distintos. Al hacer las dos mitades simétricas, distribuyendo de manera similar y opuestos entre sí los orificios y roscados de cada pieza, se puede utilizar un único molde, lo que reduce a la mitad los costes de fabricación del molde.

Piezas autoensambladas

¿Por qué no deshacerse de los tornillos por completo? Nuestro ejemplo de caja de cambios es ahora simétrico, pero sigue necesitando la colocación manual de inserciones roscadas, por no hablar del seguimiento de todos esos molestos tornillos y arandelas. Un sistema sencillo de acoplamiento de clips y ganchos permite conectar las dos mitades, lo que no solo elimina la necesidad de accesorios adicionales sino que agiliza el proceso de ensamblaje. Vaya un poco más allá en este proceso lógico y sustituya los mecanismos de clip por una bisagra flexible a lo largo de un borde de la carcasa del taladro eléctrico y obtendrá un diseño de pieza única. La lista de materiales tiene ahora 13 piezas menos, el tiempo de montaje se ha reducido a cero, y solo hay que comprar un molde. Ya puestos, podría también imprimir en 3D las bisagras flexibles con nailon SLS.

Llegó el momento del molde familiar

Si el diseño no permite obtener una pieza simétrica autoensamblada, otra forma de mejorar los costes es utilizar moldes familiares, que resultan ideales para producir una serie de piezas con formas y tamaños similares. Las dos piezas autoensambladas mencionadas arriba son buenas candidatas. Por supuesto, todo tiene que fabricarse con el mismo material.

Armonía de accesorios

Todo el mundo ha oído la frase «reinventar la rueda». Debe evitar a toda costa el diseño y fabricación de sus propias tuercas, tornillos, husillos, pivotes, llaves y docenas de otros componentes ya a la venta. Es mejor rediseñar su producto en base a accesorios estándar, sobre todo si se espera que los volúmenes de producción aumenten en algún momento.

Rumbo a la monoforma

Las propiedades que convierten plásticos como el polipropileno (PP) y el estireno butadieno (SB) en excelentes candidatos para bisagras flexibles también los hacen aptos para otros componentes flexibles, ofreciendo a diseñadores de piezas inteligentes la oportunidad de simplificar ensamblajes y de reducir listas de materiales (transformando, en algunos casos, un ensamblaje complejo en una sola pieza). Por ejemplo, una serie de amortiguadores de metal de una pieza de equipamiento deportivo podría reemplazarse por uno de plástico, y moldearse junto con el componente ensamblado. En lugar de incluir ballestas adicionales en una pequeña cantidad de coches teledirigidos, moldéelas con nailon formando parte del chasis. Los diseñadores tampoco tienen que limitarse a las formas tradicionales: un muelle helicoidal puede adoptar fácilmente una forma curvada en zig-zag, o la de una S, C o W tumbada. Solo hay que asegurarse de que las propiedades mecánicas, químicas y eléctricas del plástico elegido sean apropiadas para el entorno donde se va a usar.

Ensamblaje sencillo

Si es necesario ensamblar un producto, intente facilitar la tarea orientando los diversos tornillos y conectores de modo que se pueda acceder a ellos desde el mismo lado, ya que esto reduce la cantidad de vueltas y giros que exige la pieza. Use accesorios estándar siempre que sea posible, para que el operario no tenga que recurrir a diferentes herramientas manuales. Piense en integrar centradores/ localizadores y Poka Yoke (a prueba de errores) en el montaje. Evite errores de ensamblaje diseñando pivotes y guías de alineación para evitar que las piezas no encajen. Pase algún tiempo en la sala de montaje: conocer los problemas que surgen en esta fase suele generar grandes mejoras en el diseño de las piezas.

Las piezas de silicona líquida (LSR) pueden eliminar problemas de moldeo relacionados con el ensamblaje. Además, como la LSR es biocompatible, resistente al calor y soporta la esterilización, es un material ideal para muchos productos médicos y alimentarios.
La solución definitiva

Con frecuencia, se pueden moldear juntos dos o más componentes. En lugar de soldar, pegar o atornillar una empuñadura de goma sobre una caja de plástico para instrumentos, el sobremoldeo crea una unión permanente sin necesidad de procesos de ensamblaje secundarios. Entre ambos plásticos tiene que existir compatibilidad química, aunque hay una serie de combinaciones de materiales y colores disponibles. Del mismo modo, las inserciones roscadas mencionadas anteriormente pueden colocarse en el molde para que sean sobremoldeadas. Se puede moldear una gran variedad de casquillos, pivotes y pasadores de sujeción directamente en las piezas de plástico, lo que ahorra tiempo y simplifica el diseño.

Piezas de silicona líquida

Debido a sus propiedades «estables en frío», sus características idóneas de fluidez y el hecho de que evita problemas de las piezas moldeadas tradicionales, como el hundimiento y las líneas de punto, la silicona líquida (LSR) está rompiendo muchas de las normas del moldeo por inyección. Probablemente, las piezas de silicona líquida no reduzcan el recuento de piezas, pero eliminan muchas complicaciones de moldeo y suelen ser una gran alternativa a otros materiales «blandos». Permite formar con precisión juntas y sellos complejos, y como es biocompatible, resistente al calor y soporta la esterilización, es un material ideal para muchos productos médicos y alimentarios. La silicona líquida tolera también grandes variaciones del grosor de las paredes, y permite acomodar contrasalidas fácilmente.

Contemplar alternativas

Vivimos grandes tiempos para la fabricación. Tecnologías y materiales que solo podían soñarse hace unas décadas llaman ahora la atención del mundo del diseño y de la ingeniería. La impresión en 3D industrial es una de ellas. Ofrece nuevas alternativas de diseño, imposibles hasta ahora con los métodos tradicionales. Y lo mejor, la «complejidad libre» que permite la impresión en 3D suele producir listas de materiales de una sola pieza, eliminando así el ensamblaje, con materiales adecuados. Dependiendo del tipo de tecnología en 3D y la aplicación prevista, se pueden utilizar igualmente materiales compatibles para las piezas funcionales. Proto Labs tiene múltiples opciones de impresión en 3D disponibles, incluidos procesos que pueden construir piezas de plástico y metal. Por supuesto, algunos ensamblajes de varias piezas es mejor realizarlos al modo antiguo, mecanizando piezas individuales y ensamblándolas. Pero, aun en este caso, son válidas las normas de diseño para fabricabilidad y ensamblaje. Simplifique las cosas, no haga lo que puede comprar, explore todas sus opciones de fabricación y comprenda las reglas de cada una. 

Como siempre, puede ponerse en contacto con uno de nuestros ingenieros de productos para cualquier cuestión a través del +34 (0)9 11 43 68 30 o customerservice@protolabs.es.