Raspberry Pi: el patrón de agujeros y el HAT

Tienes una Raspberry Pi sobre la mesa y quieres imprimirle una caja o una placa de standoffs (separadores) que la sujete dentro de un proyecto más grande. La tentación es medir los cuatro agujeros con un pie de rey y tirar de ahí. No lo hagas: esos agujeros están normalizados, comparten cotas entre modelos y forman parte de un ecosistema —el HAT— que espera que respetes el patrón al milímetro. El problema no es dibujar cuatro postes; es que un standoff impreso con un agujero para M2,5 nunca queda del tamaño que dibujaste, y si te equivocas de modelo, el patrón entero se va al traste. Vale la pena partir de las cotas reales y traducirlas a holgura FDM antes de tocar el modelo.

El patrón de agujeros: 58 × 49 y M2,5

La Raspberry Pi 4 Modelo B y la 3B+ comparten exactamente el mismo patrón de montaje: cuatro agujeros en las esquinas de un rectángulo de 58 × 49 mm, medidos de centro a centro. Cada agujero es de 2,7 mm de diámetro, pensado para un tornillo M2,5 (no M3: un M3 no pasa, y forzarlo raja la placa). Los centros no están en el medio de la PCB: se sitúan a 3,5 mm de dos bordes adyacentes, así que el rectángulo de agujeros queda arrimado a una esquina. En el eje corto de 56 mm hay 3,5 mm a cada lado, pero en el eje largo de 85 mm te sobran 3,5 mm por un extremo y 23,5 mm por el otro —el lado de los puertos USB y Ethernet—. No supongas que el patrón está centrado en la placa: no lo está.

Esas son las cotas que llevas al modelo, y lo son de la placa, no de tu pieza. La separación de 58 × 49 mm entre centros la copias tal cual —sin holgura—: los centros de tus standoffs van exactamente ahí, porque un error en la posición de un poste desalinea los cuatro y la placa no asienta plana. El 2,7 mm es otra cosa: el diámetro del agujero de paso en la PCB, que solo te interesa si el tornillo atraviesa la placa hacia tu standoff.

Otros modelos, otro patrón

Aquí toca ser honesto: «Raspberry Pi» no es una sola cota. El patrón de 58 × 49 mm vale para la 4B y la 3B+ (y para varias placas de tamaño completo anteriores), pero no para toda la familia. La Pi Zero y la Zero 2 W tienen un patrón mucho más pequeño, de 58 × 23 mm entre agujeros, sobre una placa de 65 × 30 mm. La Pico ni siquiera comparte concepto: sus agujeros son de 2,1 mm y están pensados para M2, con un patrón propio de 47 × 11,4 mm. Las placas industriales (Compute Module, variantes con placa portadora) cambian por completo.

Si tu placa es una 4B o una 3B+, la tabla de arriba te sirve. Si es cualquier otra cosa, mídela o consulta su hoja de datos mecánica antes de imprimir. No traslades el 58 × 49 mm a una Zero: los agujeros no caerán donde crees, y descubrirlo con la caja ya impresa es caro. El patrón depende del modelo, así que confírmalo antes de fijar una cota.

El HAT: 65 × 56 mm sobre los mismos agujeros

Las placas de expansión HAT (Hardware Attached on Top) se apilan encima de la Pi usando esos mismos cuatro agujeros. El estándar HAT define una huella de 65 × 56 mm con las esquinas recortadas, y lo interesante es que sus agujeros de montaje están alineados con el patrón de 58 × 49 mm de la placa base. Entre la Pi y el HAT van standoffs que fijan la separación vertical y reparten la carga mecánica del conector.

Ese conector es la otra cota que no puedes ignorar: el HAT se conecta por el cabezal de 40 pines (GPIO) de la Pi, un peine de 2 × 20 contactos con paso de 2,54 mm que sobresale del plano de la placa. Si diseñas una placa de standoffs o una caja que se meta entre la Pi y el HAT, tienes que dejar hueco pasante para ese conector de 40 pines; si lo tapas, el HAT no asienta y fuerzas los pines. Y cuida que la altura del standoff case con la longitud del conector: si los postes son más cortos de lo que el peine puede penetrar, el conector hembra toca fondo en los pines antes de llegar a los postes y el HAT queda colgando del cabezal en vez de apoyarse en el plástico; si son demasiado altos, el HAT asienta sobre los postes pero los pines quedan poco insertados y el contacto eléctrico se resiente.

Standoffs impresos: el agujero sale pequeño

Aquí entra el sesgo del FDM, y va siempre en el mismo sentido. Un standoff que imprimes con un agujero de 2,5 mm para un M2,5 no sale con 2,5 mm: sale más estrecho. Los agujeros encogen —tal y como se explica en Holguras impresas reales—: el perímetro interno deposita su cordón hacia dentro de la circunferencia y la compensación geométrica del contorno cierra el diámetro a lo largo de todo el taladro; el aplastado de la primera capa (pata de elefante) solo añade lo suyo en la boca inferior. Un agujero nominal de 2,5 mm puede quedarte en 2,2–2,3 mm reales, y ahí un M2,5 ni entra ni rosca limpio.

Tienes dos caminos. Si el tornillo solo pasa a través del standoff (rosca en el otro extremo), dale holgura: modela el pasante a 2,8–3,0 mm para que un M2,5 cruce sin agarrotarse. Si quieres que el standoff reciba rosca directamente sobre el plástico, ten en cuenta que una rosca autorroscada en PLA sobre un agujero pequeño aguanta pocas aperturas antes de barrerse. Para una unión que vayas a montar y desmontar, o que reciba par, la solución fiable es un inserto térmico de M2,5: modelas un saliente con el agujero para el inserto, lo asientas en caliente fundiendo el plástico con el soldador y obtienes una rosca metálica duradera. Cómo dimensionar ese saliente y el agujero del inserto lo tienes en Diseñar para insertos térmicos.

Orientación: postes de pie, caja que no ceda

Cómo orientas la pieza en la cama decide si los agujeros salen redondos. Imprime los standoffs en vertical, con el eje del agujero perpendicular a la cama: así el agujero se construye capa a capa como una circunferencia cerrada y sale cilíndrico. Un standoff tumbado imprime su agujero en horizontal, sin soporte por dentro, y ese agujero sale ovalado y descolgado por arriba —una deformación que no arreglas abriendo el diámetro— además de dejar la rosca del inserto trabajando contra las líneas de capa. Esa es la razón de peso para imprimirlos de pie: la redondez del agujero.

Ahora bien, no te engañes sobre la carga. En un poste de pie las líneas de capa quedan perpendiculares al eje del tornillo, así que cuando aprietas —o cuando el inserto tira hacia fuera— la tracción axial actúa normal a las capas, justo en la dirección interlaminar débil del FDM. Fundir el inserto, además, mete tensión de aro que tiende a abrir el saliente a lo largo de las juntas de cordón. Un poste vertical es, si acaso, el más expuesto a que el inserto se arranque. La orientación de pie te la impone la redondez del agujero, no la resistencia; lo que de verdad blinda el saliente contra el arranque es engrosar la pared alrededor del inserto y no pasarte de par al apretar, no buscar una orientación mágica.

Para la caja, la rigidez la decide la orientación. Una carcasa de paredes finas impresa de pie tiene sus capas horizontales, y una pared alta y delgada cede y se abre justo por donde las capas se separan. Orienta la caja para que las paredes que sujetan la placa trabajen en el plano de mayor adhesión, y si una pared larga tiende a pandear, engrósala o añádele un nervio antes que confiar en más perímetros. La adhesión entre capas es la variable que decide si la caja aguanta un tirón del cable de alimentación.

Ventilación y acceso: recortes por modelo

Una caja cerrada asfixia térmicamente a una Pi 4, que ya calienta de por sí. Deja rejillas o recortes de ventilación sobre el SoC y, si vas a exigirle, un hueco para un ventilador de 30 o 40 mm. Y no olvides el acceso a los puertos: los conectores USB, HDMI, Ethernet, la ranura microSD y el jack de audio salen por los bordes, y sus posiciones y tamaños dependen del modelo. La Pi 4 lleva dos micro-HDMI y USB-C de alimentación; la 3B+ lleva un HDMI de tamaño completo y micro-USB. Los recortes de una no valen para la otra.

No te doy aquí cotas de puerto: variarían de una revisión a otra, y ponerte un número con falsa precisión sería peor que omitirlo. Mide los conectores de tu placa —o toma las cotas de su plano mecánico— y añade 0,5–1,0 mm de holgura por lado a cada recorte, para que el cable entre sin rozar y el sesgo del FDM no te cierre la abertura. Un recorte de puerto que sale 0,3 mm estrecho es un conector que no enchufa.

Con el patrón confirmado para tu modelo concreto, los standoffs orientados de pie y los recortes medidos sobre la placa real, la caja encaja a la primera. Si tu proyecto monta una placa distinta, el método es el mismo aunque cambien los números: mira Arduino: los footprints de Uno, Mega y Nano para el otro gran ecosistema de placas, o vuelve a Diseñar para insertos térmicos para clavar la rosca de M2,5 que aguantará todos los desmontajes.