ED 007

O inserto de 35 centavos que salvou a rosca M4

Duas tampas do mesmo arquivo: a de rosca impressa espanou a 1,1 newton-metro, a com inserto de latão passou de 4 e aguentou dez montagens.

Duas tampas de caixa impressas lado a lado sobre a bancada, uma com o furo de rosca espanado e uma espiral de plástico presa no parafuso, a outra com inserto de latão instalado no canto.

As duas tampas depois do teste de torque

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Rosca impressa em plástico não é rosca. É um desenho de rosca empilhado em camadas de 0,2 milímetro, e o filete que deveria ser uma hélice contínua sai do bico como uma escada de degraus colados um em cima do outro.

O parafuso de aço que entra ali é perto de cinquenta vezes mais rígido que o plástico em volta. Ele não reparte carga com ninguém: os dois ou três primeiros filetes recebem quase tudo, e a resistência da junta inteira se decide nesses poucos milímetros.

A direção da falha já vem decidida da impressão. Peça de extrusão resiste bem no plano das camadas e mal na direção do empilhamento, e o filete de rosca nasce atravessado nessa fronteira. Cada volta é uma lasca colada na camada de baixo, e o parafuso puxa no sentido da colagem.

O aperto acrescenta o segundo problema, que é o tempo. Plástico sob carga constante escorre devagar, o parafuso perde tensão em algumas semanas, a tampa começa a chacoalhar e alguém pega a chave para reapertar. O reaperto encontra um filete já amassado pelo aperto anterior.

Por trás fica uma decisão de projeto que a bancada resolve no chute: quantas vezes essa peça vai ser aberta na vida. Junta montada uma vez tolera filete impresso. Junta que o cliente abre para trocar pilha ou passar cabo joga em outra categoria.

O inserto de latão muda o lugar onde a carga entra. Ele é embutido a quente, o plástico derretido preenche o serrilhado externo, e a força do parafuso passa a se apoiar numa superfície muito maior que a de qualquer filete saído do bico.

Dá para discutir anisotropia no papel a semana inteira. Sai mais barato imprimir a mesma tampa duas vezes, colocar inserto em uma delas e apertar as duas com chave de torque até o parafuso rodar em falso.

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I Projeto da Semana

A rosca impressa cedeu a 1,1 newton-metro

Duas tampas do mesmo arquivo, a mesma chave de torque.

A caixa de dois cascos para controlador de irrigação é a peça que mais expõe rosca impressa, porque ela sai da bancada montada e chega na mão de quem vai abrir de novo. O cliente troca a pilha, fecha a tampa e aperta os mesmos quatro parafusos com a chave que tiver em casa.

As duas caixas saíram do mesmo arquivo: corpo de 118 por 76 por 42 milímetros, tampa com quatro furos M4 nos cantos, PETG preto, camada de 0,2, bico de 0,4, quatro paredes e 30 por cento de infill giroide. Mesma máquina, mesmo rolo, mesma noite de impressão.

A diferença ficou nos quatro furos da tampa. Na caixa A a rosca M4 saiu modelada no arquivo e impressa direto no plástico, com seis filetes e 8 milímetros de profundidade. Na caixa B o furo saiu liso, de 5,6 milímetros, e recebeu um inserto de latão M4 de 8,1 milímetros no ferro de solda.

O teste usou chave de torque de bancada, faixa de 0,5 a 6 newton-metro, com parafuso M4 de cabeça cilíndrica e arruela plana. Cada ciclo apertou os quatro parafusos, esperou dois minutos e soltou tudo de novo.

A caixa A entregou os dois primeiros ciclos e parou no terceiro. O primeiro aperto chegou a 0,8 newton-metro sem reclamar, o segundo alcançou 1,0 com a chave já pesada, e no terceiro o parafuso rodou em falso a 1,1.

O parafuso saiu com a prova presa nele. Uma espiral de PETG enrolada nos filetes, arrancada do furo em pedaço único, e o que sobrou no plástico foi um cilindro liso de 4,3 milímetros sem nada para segurar.

Os outros três furos espanaram entre 1,1 e 1,4 newton-metro nos ciclos seguintes. A peça continuou com cara de nova, sem trinca visível, e sem um único ponto de fixação de pé.

A união entre camadas depositadas depende da difusão do polímero através da interface, e a peça resiste menos na direção de empilhamento do que no plano de deposição.

Ian Gibson, David Rosen e Brent Stucker, Additive Manufacturing Technologies, 2015

A caixa B parou o teste por decisão de bancada, não por falha da peça. A 4,2 newton-metro a cabeça do parafuso começou a marcar o plástico da tampa, e o inserto seguiu firme, sem girar dentro do furo e sem afundar na face.

O ciclo de montagem repetida fechou em dez aberturas, com aperto de 2,5 newton-metro em cada uma. Na décima o torque de soltura ainda marcou 2,3, sinal de que a junta manteve tensão entre uma montagem e outra em vez de escorrer.

São quase quatro vezes o torque da primeira tampa e dez montagens contra duas, no mesmo arquivo e no mesmo material. Entre um resultado e o outro existiram 35 centavos de latão e seis segundos de ferro por furo.

II Configurações Recomendadas

Furo de 5,6 e ferro a 240 graus

Inserto de latão não é acabamento de peça cara. É o passo que separa a peça que volta em garantia da peça que o cliente monta dez vezes sem pensar no assunto.

O furo manda no resultado. Para o inserto M4 de 8,1 milímetros de altura e 6,3 de diâmetro maior, o furo de 5,6 deixa material suficiente para o latão morder sem estourar a parede. A profundidade fica 0,3 acima da altura do inserto, com chanfro de 0,5 na boca para guiar a entrada.

A parede em volta decide se a peça aguenta. Com menos de 2,5 milímetros de plástico entre o furo e a face externa, o defeito só muda de endereço: a rosca segura, a parede estufa no calor do ferro e racha no segundo aperto.

A instalação em quatro passos

Primeiro, ajuste o ferro de 20 a 30 graus acima da temperatura de impressão do material, perto de 220 graus para PLA e 240 para PETG. Use ponta cônica de inserto, nunca a ponta chata de solda.

Segundo, apoie a peça numa superfície plana e desça o ferro sem empurrar. O calor abre caminho em 5 a 8 segundos e a mão só acompanha o inserto descendo. Forçar antes da hora entorta o latão.

Terceiro, pare quando o topo do inserto ficar 0,1 a 0,2 milímetro abaixo da face. Afundar mais empurra plástico derretido para fora, e a bolha que se forma na borda impede a tampa de assentar rente ao corpo.

Quarto, tire o ferro na vertical e espere 30 segundos antes de encostar o parafuso. Plástico morno com parafuso apertado desalinha o inserto, e a tampa passa a fechar torta.

O parafuso também entra na conta. Ele precisa engatar o comprimento inteiro do inserto sem bater no fundo, então tampa de 3 milímetros com inserto de 8,1 pede M4 de 12. Parafuso comprido demais encosta no fundo e o aperto deixa de tensionar a junta.

Erro de esquadro é o defeito mais comum e o mais caro. Inserto entrando a 5 graus fora da vertical aceita o primeiro parafuso e trinca a parede no terceiro aperto. Um esquadro pequeno na bancada resolve enquanto o hábito não pega.

Existem duas alternativas honestas ao latão. A porca sextavada capturada num bolso do modelo custa 5 centavos e segura torque parecido, e cobra uma pausa no meio da impressão que trava a fila da bancada.

A outra é abrir rosca com macho M4 num furo de 3,3 milímetros, que corta o perfil em vez de empilhar camada. Fica melhor que filete impresso e continua sendo plástico: perto de 2 newton-metro e umas quatro montagens.

Configuração fechada para a caixa: PETG, camada 0,2, quatro paredes, 30 por cento de infill giroide, furo de 5,6 por 8,4 milímetros com chanfro de 0,5, inserto de latão M4 de 8,1, ferro a 240 graus por 6 segundos, parafuso M4 de 12 milímetros e aperto final de 2,5 newton-metro.

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III Análise de Margem

Seis trocas em quarenta caixas vendidas

O material: a caixa fechada pesa 96 gramas e o PETG custa 130 reais o quilo, então cada unidade leva 12,48 de filamento. São 4 horas e 20 minutos de bico, e a hora de máquina do ateliê a 3 reais acrescenta 13,00.

O inserto: o pacote de 100 insertos de latão M4 sai por 35 reais, ou 35 centavos cada. A caixa leva quatro, 1,40 no total, mais 40 segundos de bancada, que a mão de obra a 25 reais a hora transforma em 28 centavos.

A conta base: a caixa com rosca impressa custa 25,48 para produzir e a caixa com inserto custa 27,16. A diferença é de 1,68 numa peça que sai da bancada vendida a 79 reais.

A garantia é o que muda o tamanho da conta. Nas 40 caixas com rosca impressa, 6 voltaram com furo espanado em menos de 60 dias, todas depois da segunda ou terceira abertura da tampa pelo cliente.

Cada retorno custa a peça inteira de novo, 25,48, mais o frete de ida e volta, 42 reais. São 67,48 por troca e 404,88 no lote fechado, tudo saindo de uma margem que já estava contada como lucro.

O lote com rosca impressa faturou 3.160 reais, gastou 1.019,20 de produção e devolveu 404,88 em garantia, o que deixa 1.735,92. O lote seguinte, com inserto nos quatro furos, gastou 1.086,40, não teve retorno nenhum e fechou em 2.073,60.

São 337,68 reais de diferença em 40 caixas, ou 8,44 por peça vendida. Os insertos custaram 67,20 no lote inteiro contra 404,88 de troca, então cada real gasto em latão poupou perto de 6 reais de garantia.

O ferro entra uma vez só na planilha. Um ferro de 60 watts com kit de quatro pontas sai por volta de 90 reais e se paga em 11 caixas vendidas, ou em duas trocas que deixaram de acontecer.

Existe ainda o custo que não aparece na nota. Cliente que abre chamado raramente volta para a segunda compra, e uma avaliação de 3 estrelas derruba a posição do anúncio por semanas, com efeito maior que os 67,48 do reembolso.

Dois limites honestos fecham a conta. O primeiro é o tipo de peça: vaso, luminária de encaixe e suporte colado não têm parafuso nenhum, e para eles o inserto é dinheiro parado na gaveta.

O segundo limite é geometria. O inserto empurra a falha da rosca para a parede em volta, então casco de 1,2 milímetro racha do mesmo jeito, com latão ou sem. Nenhum inserto conserta parede fina, ele apenas troca o ponto onde a peça quebra.

E existe o caso em que a conta se inverte: produção acima de 200 unidades por mês, com casco simples e acesso pelo outro lado. Ali a porca sextavada de 5 centavos vence o inserto, desde que a pausa caiba na rotina.

"Quantas vezes o cliente vai abrir a peça que você entrega montada?"