Gabaritos, montagens e ferramentas de oficina impressos em 3D

Porque imprimir as suas ferramentas de oficina

As ferramentas de produção (gabaritos, montagens, calibres, suportes) são muitas vezes fabricadas em pequena quantidade, sob encomenda, e modificadas ao longo das evoluções do produto. É exatamente o terreno onde o fabrico aditivo se destaca:

• Prazo curto: sem programação de maquinagem nem posicionamento complexo, a peça sai diretamente do ficheiro.
• Custo baixo: uma montagem em polímero consome pouco material e tempo de máquina, mesmo com uma forma complexa.
• Forma livre: um gabarito pode epousar exatamente a peça que recebe, integrar folgas, pegas, marcas em relevo.
• Iteração: se o operador propuser uma melhoria, modifica-se o modelo e reimprime-se.
• Leveza: uma montagem impressa pesa muitas vezes bastante menos do que o seu equivalente metálico, o que conta para a manutenção e a ergonomia.

A impressão 3D não substitui as ferramentas metálicas sujeitas a fortes esforços, à abrasão ou ao calor. Mas uma grande parte das montagens de oficina está sujeita apenas a esforços moderados: posicionam, guiam, controlam ou arrumam.

As aplicações mais correntes

Gabaritos de perfuração

O gabarito coloca-se sobre a peça, indexa-se nos seus bordos ou furos existentes, e guia a broca para as posições corretas. Para uma série de furos repetitivos, evita a marcação e os erros de cota. A guia da broca no plástico desgasta-se rapidamente: inserem-se buchas de perfuração metálicas em alojamentos previstos para o efeito, encaixadas ou coladas. O plástico assegura então apenas o posicionamento.

Montagens de assemblagem e de colagem

Mantêm várias peças na sua posição relativa durante o aparafusamento, a colagem, a soldadura ou a cravação. Uma montagem impressa pode reproduzir em negativo a forma exata das peças, com folgas para as ferramentas e os excessos de cola.

Calibres passa / não passa

Um calibre passa / não passa permite a um operador verificar rapidamente uma cota sem instrumento de medição. Em impressão 3D, é adequado ao controlo de cotas com uma tolerância confortável (da ordem de alguns décimos de milímetro). Para tolerâncias apertadas, a imprecisão do processo e o desgaste do plástico tornam-no inadequado: mantém-se então um calibre metálico ou um instrumento de medição.

Mordentes macios para torno

Mordentes em TPU ou em PETG, fixados por ímanes ou por parafusos nos mordentes do torno, protegem as peças frágeis ou já acabadas. Mordentes perfilados que epousam uma forma redonda, cónica ou irregular permitem apertar peças impossíveis de segurar de outra forma.

Suportes de cabos, de ferramentas e arrumação

Porta-ferramentas à medida para painel mural ou carrinho de oficina, guias e clipes de cabos, suportes de sensores, tabuleiros de kitting recortados à forma dos componentes: estas peças simples melhoram a organização do posto de trabalho. Muitas podem partir de um modelo genérico: a biblioteca de modelos paramétricos propõe esquadros, espaçadores, clipes de cabos e suportes cujas cotas pode ajustar.

Detetores de erro (poka-yoke)

Um detetor de erro torna fisicamente impossível uma montagem incorreta: um ressalto que só entra num sentido, um ninho que só aceita a peça na orientação correta, uma placa que tapa os furos inúteis de uma variante. A impressão 3D permite criar rapidamente um por cada referência e identificá-los por uma cor ou uma marcação em relevo.

Escolher o material das ferramentas

O PLA é tentador pela sua facilidade de impressão, mas deforma-se a temperatura moderada (um carro ou uma oficina no verão pode bastar) e é quebradiço. Para uma ferramenta que deve durar, os seguintes materiais são preferíveis:

Para ir mais longe, o nosso guia dos materiais para a impressão 3D compara estes materiais de forma mais completa.

Regras de conceção de um bom gabarito

1. Indexar em referências fiáveis. O gabarito deve posicionar-se sobre superfícies ou furos de referência da peça, idealmente segundo o princípio dos três pontos de apoio, depois dois, depois um, para um posicionamento único e sem hiperestatismo.
2. Prever as folgas. Uma peça que deve encaixar num ninho precisa de uma folga adaptada ao processo. Os valores habituais estão detalhados no guia das tolerâncias e ajustes.
3. Aliviar os ângulos. Um ninho com ângulos vivos encosta nas arestas da peça: acrescente folgas nos cantos.
4. Orientar para a resistência. Os esforços de aperto e de alavanca devem trabalhar no plano das camadas. Uma patilha que parte entre duas camadas é quase sempre um problema de orientação.
5. Reforçar as zonas solicitadas. Mais paredes e um preenchimento mais denso à volta das fixações, nervuras em vez de uma massa maciça.
6. Acrescentar ergonomia. Pegas, apoios para os dedos, chanfros de entrada para guiar a peça: são detalhes gratuitos em impressão 3D.

Combinar plástico e elementos metálicos

Uma ferramenta impressa ganha muito ao integrar alguns componentes standard nos pontos de desgaste ou de fixação:

• Insertos roscados colocados a quente: latão, inseridos com o ferro num alojamento dimensionado. Permitem aparafusamentos repetidos sem arrancar o plástico.
• Buchas de perfuração: guiam a broca e absorvem o desgaste.
• Pinos de centragem metálicos encaixados: para uma indexação precisa e duradoura.
• Ímanes alojados em cavidades: fixação rápida dos mordentes macios ou dos suportes numa estrutura metálica.
• Porcas cativas inseridas em alojamentos hexagonais, eventualmente durante uma pausa de impressão.

Estes alojamentos dimensionam-se a partir das cotas do componente e das recomendações do seu fabricante, e validam-se depois num provete antes da peça completa.

Da ideia à ferramenta na bancada

Para conceber um gabarito, é preciso o modelo 3D da peça que ele recebe. Se dispuser do ficheiro CAD, parta diretamente dele e construa o gabarito à volta. Caso contrário, uma digitalização 3D da peça fornece a superfície de referência. Quando a ferramenta é simples (calço, suporte, espaçador, guia), pode descrevê-la com as suas cotas ao Estúdio 3D IA, que gera um modelo paramétrico ajustável; o nosso guia para redigir o briefing de uma peça 3D ajuda a formular o pedido.

Exporte depois um ficheiro limpo (ver preparar um ficheiro STL ou 3MF) e mande imprimir no material adequado. A oficina Timelapse-3D, no Var, imprime as ferramentas em PETG, ASA, nylon com carbono ou TPU, incluindo grandes montagens até cerca de 60 cm, e entrega em toda a França. A ferramenta impressa insere-se muitas vezes numa abordagem mais vasta de prototipagem e de pequenas séries: o gabarito validado ao mesmo tempo que a peça que serve para produzir.