Arduino: los footprints de Uno, Mega y Nano

Diseñas una base para tu Arduino, marcas cuatro agujeros que parecen caer en una retícula limpia, imprimes y, al ir a atornillar, descubres que tres tornillos entran y el cuarto queda a un milímetro de su sitio. No es tu impresora. Es la placa: el footprint del Uno arrastra decisiones heredadas de hace más de quince años, y ninguna retícula bonita las respeta. Montar un Arduino en una pieza impresa no es difícil, pero exige algo que el ojo no perdona: reproducir el patrón real, agujero a agujero, en vez del que te gustaría que tuviera. Y como el agujero mide 3,2 mm y el FDM tiene su propio sesgo, hay que traducir esa cota a una holgura concreta antes de que el tornillo entre.

Tres placas, tres footprints

Las tres placas más comunes no comparten un solo patrón: comparten una familia de decisiones. El Uno y el Mega usan el mismo formato de shield y el mismo grupo de agujeros de montaje —el Mega alarga la placa y añade agujeros adicionales en la zona ampliada—. El Nano es otra cosa: una placa estrecha y alargada, pensada para protoboard, tan estrecha que se sujeta por sus propios pines a 0,1 pulgadas y no por tornillos.

El agujero de 3,2 mm no es casual: es el pasante normal de un M3, con las dos décimas de sobra sobre los 3,0 mm nominales que pide el tornillo para cruzar sin agarrarse. Esa es tu pista de que el montaje está pensado para M3, y de que todo lo que imprimas debajo —separadores, bosses, insertos— pertenece al terreno de la tornillería métrica que desarrolla Tuercas cautivas y holguras de tornillo.

El patrón irregular del Uno

Este es el problema conocido. Los cuatro agujeros de montaje del Uno no caen en la retícula de 0,1 pulgadas que ordena el resto de la placa: sus posiciones son irregulares, un accidente histórico que quedó fijado en una revisión temprana y ya no se pudo mover sin romper la compatibilidad de todas las bases y carcasas que ya existían. Así que se quedó. El Mega, que hereda el footprint para que los shields del Uno le encajen, hereda también esas posiciones.

Va en la misma línea que la otra rareza famosa del Uno, esta sí bien medida: el hueco de 0,16" entre las dos tiras de pines digitales, en lugar del paso limpio de 0,1", que es la razón por la que un shield no encaja en una protoboard estándar. Se congeló por el mismo motivo —no romper lo que ya funcionaba— y ahí sigue.

La consecuencia práctica es dura y simple: cualquier montaje que dibujes suponiendo cuatro agujeros en una cuadrícula limpia fallará en uno de ellos. No por poco. Por más de un milímetro, que en un tornillo M3 es la diferencia entre entrar y no entrar.

No intentes corregirlo. La tentación de "redondear" un agujero a la retícula para que el modelo quede elegante es exactamente el error que deja la base inservible. Reproduce el patrón real, agujero a agujero, con sus posiciones tal como están —con sus irregularidades incluidas—, aunque el resultado te parezca torcido. No inventes coordenadas: sácalas del plano oficial de dimensiones de la placa o cálcalas de la placa física. La placa manda; tu sentido de la simetría, no.

Del agujero de 3,2 mm a la holgura FDM

La cota de 3,2 mm es la del cobre de la placa, no la de tu pieza impresa. En cuanto la llevas al FDM, el sesgo del proceso entra en juego, y va siempre en el mismo sentido: los agujeros salen pequeños y los postes salen gruesos. Esto cambia la cota según qué imprimas debajo.

Si imprimes un separador con agujero pasante para que el tornillo M3 lo cruce, ese agujero saldrá estrecho: modelarlo a 3,2 mm te deja un pasante de 3,0 o menos, y el M3 raspa o no pasa. Ábrelo hasta 3,4–3,6 mm para recuperar el juego. Mejor aún, incrusta un inserto térmico o aloja una tuerca y deja que sea el metal quien reciba la rosca. Un agujero impreso roscado a mano aguanta pocos montajes antes de barrerse; un inserto aguanta cientos.

Si en cambio imprimes un pin de posicionamiento que entre en el agujero de 3,2 mm de la placa para centrarla, el pin saldrá grueso: modelarlo a 3,2 mm da un diámetro real de unos 3,4 que no entra o que raja el borde del taladro. Piensa por lado, no por diámetro. El pin engorda alrededor de 0,1 mm por lado, así que primero réstale ese engorde y luego réstale la holgura de encaje que quieras —otro 0,1 mm por lado para que entre a mano sin forzar—. En total, unas dos décimas por lado sobre el nominal: modela el pin en torno a 2,8 mm de diámetro.

Estos valores son un punto de partida para PLA a calidad normal; tu máquina te dará los suyos. El razonamiento completo —por qué se piensa por lado y no por diámetro, y cuánto abrir según material— está en Holguras impresas reales. La cota exacta del boss para inserto depende del modelo de inserto que uses: no la inventes, léela en su hoja de datos.

Separadores (standoffs): orientación y par

Un separador no solo posiciona: recibe carga. Cuando aprietas el tornillo, el separador trabaja a compresión a lo largo de su eje, y si lleva inserto térmico, la instalación del inserto y el tirón del tornillo cargan las paredes. Aquí la orientación de impresión decide si aguanta.

Imprime los separadores en vertical, con el eje perpendicular a la cama. Así el agujero sale redondo y a cota —un agujero impreso tumbado sale ovalado y colapsado por arriba, inservible para alojar un inserto— y el cuerpo resiste bien la compresión del apriete. El precio es que las líneas de capa quedan perpendiculares al eje, y eso abre dos modos de fallo distintos, ambos gobernados por la adhesión entre capas, que es el punto débil del FDM.

El primero es axial: el tornillo, al apretar, tira del inserto hacia arriba y carga directamente la unión entre capas a tracción. El segundo, y el que más rompe standoffs impresos de pie, aparece al instalar el inserto térmico: el latón caliente entra a presión y empuja el material hacia fuera, generando una tensión de aro radial que abre la pared por una línea de capa vertical, en una grieta longitudinal. Un separador rara vez falla por el material macizo; falla por delaminación, siguiendo una junta de capa.

La defensa es doble: no te pases con el par, y engrosa las paredes. Tres o cuatro perímetros alrededor del agujero del inserto reparten la tensión de aro y evitan que la primera junta de capa que ceda se lleve toda la pieza. Vigila además el pie de elefante en la base del separador: las primeras capas salen más anchas, y ese reborde puede impedir que el separador asiente plano contra la placa o descuadrar la altura entre los cuatro. Un chaflán en la base, o la compensación de pie de elefante del laminador, lo corrige. Cómo dimensionar el boss —diámetro exterior mínimo, profundidad del inserto, refuerzo— es justo lo que cubre Diseñar para insertos térmicos.

Cajas: recortes de USB, alimentación y pines

Una caja que encaja los agujeros pero aprisiona los conectores no sirve de nada. El Arduino no vive aislado: se conecta, y esos conectores asoman por los bordes a alturas que dependen de la placa. En el Uno tienes el USB tipo B —voluminoso, alto— y el jack de alimentación de 5,5 × 2,1 mm en el mismo lado. En el Mega, los mismos dos conectores en posiciones equivalentes, pero con la placa más larga. En el Nano clásico, un Mini-USB en un extremo y nada de jack; ojo, porque solo las variantes nuevas cambian de conector —el Nano Every lleva micro-USB y el Nano ESP32 lleva USB-C—, así que mira cuál es tu Nano antes de dibujar el recorte.

Deja recortes generosos para esos conectores, no ajustados: el cable USB necesita sitio para su carcasa, no solo para el conector. Y recuerda las tiras de pines: si vas a pinchar cables o un shield, la caja no puede tapar la fila superior de pines. En el Nano, además, los pines suelen ir por debajo, así que la placa necesita separación de la pared o un hueco para que los pines no toquen.

Las alturas son lo que más varía entre placas y revisiones, así que mídelas en tu ejemplar. No hay una cota universal del "alto del USB sobre la placa" que valga para Uno, Mega y clones a la vez; cada uno monta su conector a su manera.

Con el footprint reproducido fielmente, los agujeros traducidos a cota FDM y los conectores despejados, tu montaje encaja a la primera. Si el siguiente en tu banco es una placa de otra familia, la Raspberry y su HAT tienen sus propias reglas —montaje M2.5 con agujeros de ~2,75 mm y una separación de 58 × 49 mm, muy distinta del Arduino—, y lo desarrolla Raspberry Pi: el patrón de agujeros y el HAT.