Tolerancias y ajustes en piezas impresas en 3D

Una pieza puede estar perfectamente modelada y no entrar. Es la sorpresa más común de quien empieza a fabricar refacciones: el CAD dice veinte milímetros, el calibre sobre la pieza impresa dice diecinueve con ocho, y el eje que debía girar libre se queda atorado a medio camino.

No es un defecto de la máquina ni un error de modelado. Es que entre el modelo y la pieza hay un proceso físico: un material fundido que se deposita en cordones, se aplasta contra lo que ya está impreso y se contrae al enfriar. Ese proceso tiene su propia manera de desviar las medidas, y afortunadamente es una desviación con reglas, no aleatoria.

Entender de dónde viene cada décima es lo que permite compensarla en el modelo y dejar de perseguir el ajuste imprimiendo una y otra vez.

De dónde salen las décimas que faltan

Hay cuatro causas principales y conviene distinguirlas, porque cada una se corrige de manera distinta.

El ancho de extrusión y su compensación. La boquilla no deposita una línea sin espesor: deposita un cordón de un ancho determinado, y el programa de laminado tiene que decidir por dónde pasa el centro de ese cordón para que el borde exterior caiga sobre la superficie del modelo. Cuando esa compensación no está perfectamente calibrada, todas las paredes exteriores salen algo grandes o algo chicas de forma sistemática. Es un desvío constante, y lo bueno de lo constante es que se mide una vez y se corrige siempre igual.

La primera capa aplastada. La capa inicial se imprime contra la cama con la boquilla muy cerca, para que agarre. El material se aplasta y se ensancha hacia los lados, y deja alrededor del contorno un reborde de una o dos décimas que se conoce como pata de elefante. Es el motivo por el que una pieza que mide bien arriba no asienta plana en su alojamiento, o por el que un eje impreso de pie no entra en el primer tramo y sí en el resto.

La contracción al enfriar. Todo termoplástico encoge al pasar de fundido a sólido, y cada familia lo hace en distinta medida: los materiales de baja contracción se portan casi como el modelo, mientras que un ABS o un nylon encogen bastante más y además siguen moviéndose mientras la pieza se enfría. Esa contracción es proporcional a la dimensión: en una cota de diez milímetros no se nota, en una de doscientos sí. Es la misma raíz del problema que se describe en warping y delaminación.

El trazado de los círculos. Un agujero se aproxima con segmentos rectos, y esos segmentos caen por dentro de la circunferencia teórica. A eso se suma que el cordón depositado en una curva cerrada tira hacia el centro mientras enfría. Las dos cosas empujan en el mismo sentido: los agujeros salen más chicos, casi siempre, y tanto más cuanto más pequeño es el diámetro.

Cómo se compensa cada cosa

Cada causa tiene su corrección y mezclarlas es lo que produce piezas impredecibles.

1. Calibrar la compensación del contorno. Se imprime un cubo de medida conocida, se mide con calibre y se ajusta el parámetro de compensación horizontal. Es un ajuste de máquina y material, no de pieza, y hecho una vez sirve para todo lo que se imprima igual.
2. Chaflán en la base. Contra la pata de elefante, un chaflán de un par de décimas en el canto inferior del modelo. Es más fiable que corregirlo desde la máquina, porque no depende de cómo quede nivelada la cama ese día.
3. Escalado selectivo. Cuando la pieza es grande y el material encoge, se escala en el eje o los ejes donde hace falta, no de manera uniforme. Escalar todo el modelo para arreglar una sola cota deforma las demás.
4. Sobredimensionar el agujero en el modelo. Como el barreno sale chico de forma sistemática, se modela con unas décimas de más. Es la corrección más usada y la que menos trabajo cuesta.
5. Taladrar o escariar después. Cuando el barreno decide el ajuste, se imprime por debajo de la medida y se lleva a cota con broca o escariador, a baja velocidad. Queda más redondo y más repetible que salido de máquina.
6. Rectificar a mano las superficies planas de ajuste. Una pasada de lija sobre un vidrio deja una cara plana de verdad. Ojo con exagerar: quitar material aquí es quitar medida.

Sobre la orientación hay que insistir en algo: las cotas más precisas de una pieza son las que quedan en el plano de la cama, porque ahí el movimiento es continuo y controlado. La cota vertical depende del apilado de capas y de la altura de capa elegida. Cuando una medida es crítica, se orienta la pieza para que caiga en el plano bueno, que es una de las decisiones de diseño para impresión 3D.

Tipo de ajuste	Holgura diametral orientativa	Cómo debe sentirse	Ejemplo típico
Giro libre	0.4 a 0.6 mm	Gira sin esfuerzo y con juego perceptible	Eje de un buje, polea, pasador que pivota
Deslizante	0.2 a 0.3 mm	Entra a mano y se desliza sin trabarse	Tapa que entra guiada, corredera
A presión	0.05 a 0.1 mm de interferencia	Entra con prensa o con golpe suave y no se mueve	Casquillo alojado, pasador fijo
Clip elástico	Sin holgura, con interferencia de retención	Se siente el chasquido y sujeta al soltar	Pestaña de carcasa, grapa de panel

Los valores de la tabla son referencias del oficio, no una especificación: cambian con el material, con el diámetro y con la altura de capa. Sirven para arrancar, no para cerrar el diseño sin probar.

El caso del clip elástico

El clip merece su propio apartado porque no se dimensiona como los demás. Aquí no se busca una holgura sino una deformación controlada: la lengüeta se abre, pasa el resalte y regresa.

Lo que hay que dimensionar es el recorrido de la pestaña y su espesor. Si es demasiado gruesa, no flexiona y se parte; si es demasiado delgada, flexiona de más y se queda vencida. La retención se ajusta con la altura del resalte y con el ángulo de las dos rampas: la de entrada, tendida, para que entre con facilidad; la de salida, más vertical, para que sujete.

Y hay una regla de orientación que decide el asunto: un clip impreso con las capas atravesando la zona que flexiona se parte en el primer montaje, porque el doblez abre justamente la unión entre capas. Se imprime de modo que la flexión quede dentro del plano de las capas. Es el ejemplo más claro de que la anisotropía manda por encima de cualquier holgura.

En materiales flexibles, un clip perdona mucho más. En materiales rígidos y con carga de fibra, el margen es estrecho y conviene prever que la pestaña se va a fatigar con los montajes repetidos.

El aviso honesto: no existe una tabla universal de holguras que funcione en cualquier máquina, material y geometría. Quien promete un ajuste exacto sin haber impreso nada, está adivinando. Lo que sí existe es un método para llegar rápido al valor correcto, y ese método incluye siempre imprimir algo antes de imprimir la pieza buena.

La probeta de ajuste, el método honesto

Es la práctica que separa la pieza que entra a la primera de la que se reimprime tres veces. En lugar de imprimir la refacción completa y probar, se imprime una probeta pequeña que contiene solo la zona de ajuste, con varias medidas escalonadas.

Funciona así:

1. Se aísla la geometría que decide el ajuste: el barreno, el eje, el alojamiento hexagonal, la pestaña del clip.
2. Se generan varias versiones separadas por una décima de milímetro entre sí, marcadas con su número.
3. Se imprimen juntas, en material barato y con los mismos ajustes que llevará la pieza final.
4. Se prueban contra la pieza real: el eje del mecanismo, el tornillo, el alojamiento del equipo.
5. Se elige la que se siente bien y se lleva ese valor al modelo definitivo.

Es media hora de máquina y unos gramos de material contra una pieza técnica completa desperdiciada. Dos condiciones para que sirva: la probeta se imprime con los mismos parámetros y en la misma orientación que la pieza final, y se prueba contra el elemento real, no contra una medida anotada. Un eje desgastado no mide lo que dice el plano, y el ajuste hay que hacerlo al eje que existe hoy, no al que existía cuando el equipo era nuevo.

Ese principio vale doble en un buje o casquillo de soporte, donde el alojamiento de la máquina suele estar ovalado por los años y la pieza correcta no es la nominal sino la que embona en el hueco real.

Qué medir antes de pedir la pieza

Casi todo lo anterior depende de un dato de entrada: la medida de la pieza que falta y la del hueco donde va. Con calibre, y anotando también contra qué trabaja cada superficie.

• Diámetros de ejes y de barrenos, tomados en dos posiciones giradas noventa grados, para detectar ovalado.
• Espesores, profundidades de alojamiento y separación entre centros.
• Qué superficie decide el ajuste y qué superficie solo acompaña. No todas las cotas de una pieza son críticas, y tratarlas todas como críticas encarece y complica sin motivo.
• Cómo debe sentirse el montaje: si la pieza gira, desliza, se aloja fija o hace clip. Esa frase vale más que muchas cifras.

El orden completo de medición, con qué instrumento se toma cada cosa y por qué conviene medir el hueco además de la pieza rota, está en la guía de cómo medir una pieza rota para fabricarla. Si algún barreno va a llevar tornillería, conviene decidir desde el principio el método de rosca, porque cambia el diámetro que hay que dejar en el modelo: esa decisión está en insertos roscados en piezas impresas. Con esas medidas, una foto de la pieza junto a un calibre y la descripción de cómo debe sentirse el ajuste, ya hay material suficiente para trabajar desde cotizar una refacción.