Construir mecanismos

Por qué un mecanismo impreso no se comporta como uno mecanizado: las holguras, la orientación de capas y el hardware embebido sobre los que se construye toda pieza móvil.

• Tolerancias para piezas que se mueven
• Orientación de capas para el movimiento
• Hardware embebido: imanes, rodamientos e insertos
• Interferencia sin agrietar

Uniones fijas — encajes a presión, snap-fits, carpintería impresa, insertos roscados y remaches — para dos piezas que no deben separarse nunca.

• Encajes a presión que aguantan
• Snap-fits que no se sueltan
• Carpintería impresa: colas de milano y juntas
• Roscas, insertos y tuercas
• Remaches, lengüetas y termofijado

Sujetan firme y no traquetean, pero se abren a mano una y otra vez.

• Snap-fit reversible: el clic que se monta y se suelta
• Cierre cónico de giro: bloqueo por fricción de cono
• Montura de bayoneta: insertar y un cuarto de vuelta
• Cierre Dzus de cuarto de vuelta: la leva que junta dos paneles
• Cierre de palanca sobre centro: cruza el punto muerto y tensa
• Cierre magnético: unión sin esfuerzo y autoalineante
• Detente de bola o resorte: clic posicional en una muesca
• Cerradura de bocallave: insertar y deslizar para fijar
• Lengüeta y ranura desmontable: cajas y paneles que se montan a mano
• Tornillo de mariposa cautivo: el tornillo que no se cae de la pieza
• Pasador de bolas: retención radial que se suelta con un botón

Una pieza que gira respecto a otra: pasadores, bisagras, rótulas y juntas.

• Pivote impreso en sitio: nace ya articulado
• Pivote montado con horquilla y pasador: orejas y eje por separado
• Bisagra viva: una pared fina que flexiona
• Bisagra de nudillos (piano/barril): nudillos alternos en un eje común
• Bisagra cautiva print-in-place: nace articulada de la impresora
• Bisagra de cazoleta oculta: la charnela escondida del mueble
• Bisagra de fricción: se queda en cualquier ángulo
• Bisagra con detentes: se fija en ángulos definidos
• Bisagra de retorno por resorte: se cierra sola
• Pivote de flexión de ejes cruzados: giro sin holgura ni eje
• Flexura de muesca y rueda de carro: adelgazar para crear un pivote
• Rótula: articulación de bola para varios ejes
• Junta universal (cardán/Hooke): transmite giro entre ejes angulados
• Junta homocinética (CV): velocidad constante aunque trabaje en ángulo
• Cuello de cisne: cadena de rótulas que mantiene la forma
• Casquillo o rodamiento embebido: que gire el cojinete, no el plástico
• Articulación de contacto rodante: superficies que ruedan, sin eje

Guías, correderas y mecanismos que llevan algo en línea recta.

• Cola de milano deslizante: raíl trapezoidal macho y hembra
• Raíl y carro genéricos: T, ranura o lengüeta
• Varilla y casquillo (rodamiento lineal): deslizar sobre un eje liso
• Variantes de guía lineal: ranura en V, tubos telescópicos, correderas y rodillos cruzados
• Etapa de flexión paralela: guía lineal sin contacto ni desgaste
• Mecanismo de Sarrus: rotación a traslación recta sin guías
• Mecanismo de Scott-Russell: línea recta exacta desde una rotación
• Etapa de husillo: tornillo a movimiento lineal con fuerza

La base de la transmisión: relación, módulo y dientes.

• Engranaje recto: la base de todo
• Engranaje interior (corona): dientes hacia dentro
• Reductor planetario: reducción coaxial compacta
• Tren compuesto: varias etapas en serie
• Engranaje mutilado: dientes ausentes para girar solo un tramo
• Tornillo sinfín: gran reducción y autobloqueo
• Engranaje helicoidal y en espiga (herringbone): dientes inclinados, suaves y silenciosos
• Familia cónica (cónico, espiral, corona, hipoide): transmisión a 90 grados
• Cremallera y piñón: rotación a lineal y viceversa
• Engranajes especiales: no circular, cicloidal, armónico, nutante y diferencial

Llevar la rotación a distancia con correas, cadenas y cables.

• Correa dentada y polea (GT2/HTD): transmisión sin holgura
• Correa en V y correa redonda: tracción por fricción
• Cadena de rodillos y piñón: par alto a distancia
• Cabrestante de cable: reducción suave y sin holgura
• Tracción por fricción, bowden y polipasto: tres transmisiones flexibles menos conocidas

Convertir rotación en vaivén o movimiento lineal.

• Leva y seguidor: cualquier ley de movimiento a partir de un perfil
• Biela-manivela: convertir giro en vaivén
• Excéntrica: vaivén desde un centro desplazado
• Husillo Acme y de bolas: giro a lineal con fuerza
• Compás de Arquímedes (trammel): trazar una elipse
• Yugo escocés, retorno rápido y levas especiales: las conversiones que la biela-manivela no cubre

Unir ejes, o conectar y desconectar la rotación.

• Acoplamiento rígido (manguito o brida): unir ejes alineados
• Acoplamiento Oldham: corregir desalineación paralela
• Acoplamiento de mordazas (araña): par con insertos elásticos
• Embrague de garras (dog clutch): conectar y desconectar el giro
• Acoplamientos flexibles y embragues: viga, fuelle, cono, fricción, centrífugo y limitador

Convertir la rotación continua en pasos indexados.

• Mecanismo de Ginebra (cruz de Malta): un paso por vuelta
• Trinquete y uñeta: un diente por carrera, sin retroceso
• Rueda de estrella: el indexador pariente del Ginebra
• Escape de áncora e indexador de leva: relojería y precisión

Enclavar al pulsar, o dos estados estables sin energía.

• Palanca sobre el centro: biestable que se queda donde lo dejas
• Cúpula de inversión y arandela Belleville: elástica con tacto
• Detente de bola y mando indexado: posiciones con clic
• Detente magnético: estados definidos por imanes
• Push-push: pulsa para entrar, pulsa para salir (leva de corazón)
• Biestables compliant: viga pandeada, cuatro barras flexible y rigidez negativa

Avanzar en un sentido y bloquear el otro.

• Embrague de muelle de envoltura: agarra o suelta según el sentido
• Trinquete y gatillo antirretorno: avanza sí, vuelve no
• Sinfín autobloqueante: no se deja arrastrar desde la salida
• Antirretorno suave: sprag, rodillo en rampa y mordaza de cable

Almacenar energía o devolver una pieza a su sitio.

• Muelle helicoidal de compresión: la espiral clásica impresa
• Muelle de lámina y voladizo: el resorte FDM más fiable
• Flexor serpentín: fuerza ajustable por número de segmentos
• Acordeón y fuelle: gran recorrido axial
• Disco Belleville: mucha fuerza en poco recorrido
• Canal para goma elástica: un muelle real embebido
• Variantes del muelle helicoidal: extensión, torsión, garter y onda
• Muelles avanzados: espiral de reloj, fuerza constante, TPU y celosía

Convertir, guiar o amplificar el movimiento conectando barras.

• Cuatro barras: la cadena reina del movimiento
• Tijera y lazy tongs: mucha extensión desde poco
• Palanca acodada (toggle): fuerza enorme cerca del punto muerto
• Balancín acodado (bell crank): gira la fuerza 90°
• Pantógrafo: escala y copia trayectorias
• Paralelogramo: mantiene la orientación al moverse
• Línea recta aproximada: la familia Chebyshev (Watt, Hoeken, Roberts)
• Patas que caminan: varillajes de Klann y Jansen
• Eslabonamientos especiales: recta exacta (Peaucellier/Hart) y movimiento espacial (Bennett/Bricard)

El tacto y el comportamiento de un control físico.

• Botón momentáneo de viga en voladizo
• Botón de cúpula con chasquido
• Gatillo: palanca con retorno
• Deslizadera o rueda con posiciones de retención
• Botón push-push con leva de corazón
• Más allá del botón: membrana, palanca, joystick, rueda y mango

Plegar, expandir, agarrar o dar propiedades “imposibles”.

• Cadena flexible print-in-place
• Cota de malla y escamas: tejido rígido-flexible
• Flexión por kerf: patrones de corte que doblan lo rígido
• Caja de bisagra viva que se imprime plana y se pliega
• Pinza Fin-Ray que envuelve el objeto
• Metamateriales: auxéticos, origami, giroide y tensegridad

Combinan varias familias: piezas escaparate.

• Iris o diafragma de apertura
• Gadgets compuestos: caja con muelle, caja secreta, candado de combinación y más