Gabinete DIN impreso en 3D: monta tu Raspberry Pi 5 dentro del tablero eléctrico

Un tablero eléctrico bien armado tiene una lógica visual: todo cuelga del mismo riel, todo tiene el mismo alto y la tapa cierra plana. Un Raspberry Pi encima del refrigerador, con el cable de red cruzando la cocina, no entra en esa lógica. Y sin embargo el Pi es hoy el cerebro de media casa domótica.

Este proyecto resuelve exactamente eso: un gabinete impreso en cuatro piezas que se muerde sobre cualquier riel DIN TS35, sostiene un Raspberry Pi 5 sin un solo tornillo en la placa y queda bajo la altura a la que la tapa del tablero todavía cierra. Al terminar vas a saber montarlo, pero sobre todo vas a entender por qué un gabinete de riel impreso se diseña distinto a uno inyectado: dónde se rompe una pestaña impresa, por qué las mordazas se imprimen paradas y por qué la alimentación de 5 V dentro de un tablero es el punto más delicado de todo el montaje.

El riel manda: dos normas que definen cada milímetro

Antes de imprimir nada conviene entender qué te está limitando, porque las dos normas involucradas explican el 90 % de las decisiones de diseño.

La primera es el riel. En Chile lo vas a encontrar como riel DIN, riel omega o riel simétrico de 35 mm: es el perfil TS35 de la norma DIN EN 60715, el mismo que usan los automáticos, los diferenciales y las borneras de cualquier tablero. Mide 35 mm de ancho medido sobre los labios, y los equipos se toman de esos dos labios con una pinza de 27 mm. Existe en dos alturas de perfil:

La gracia del diseño es que las mordazas toman solo los labios y no invaden el espacio detrás del perfil. Por eso la altura del riel da lo mismo, y la ranura del gancho está dimensionada para el labio grueso de 1,5 mm: si calza en el riel más grueso, calza en el delgado. El autor lo probó en un tablero domiciliario; sobre riel de 15 mm el cálculo cierra, pero no está impreso y montado ahí todavía.

La segunda norma es DIN 43880, que fija los envolventes de los equipos modulares. De ahí sale el famoso "módulo": 18 mm de paso por unidad de división (no 17,5. ese es el ancho típico del cuerpo del equipo dentro de la división de 18). Un Raspberry Pi 5 mide 85 mm de largo, o sea poco menos de cinco módulos. Y la misma norma limita la altura sobre el plano de montaje a 45 mm, que es justamente la cota que permite que la tapa embellecedora del tablero cierre. El gabinete completo, ya montado sobre el riel, llega a 40,2 mm: quedan casi 5 mm de holgura.

¿Comprar un clip o imprimir el gabinete completo?

Si lo único que quieres es que un Pi desnudo o un gabinete comercial quede colgado del riel, un clip metálico de riel DIN es más rápido: lo atornillas, lo enganchas y listo. No hay razón para imprimir tres horas.

Imprimir se justifica cuando quieres más que un soporte:

• Un gabinete cerrado, donde el Pi queda protegido contra contacto directo igual que cualquier otro equipo modular del tablero.
• Acceso a los pines GPIO para sensores dentro del gabinete, sin abrir nada.
• Espacio bajo la tapa para un HAT.

Ese es el punto de este diseño: no es un adaptador, es un equipo modular.

Cuatro piezas, ocho tornillos

Por qué se aprieta en vez de encajar a presión

Los equipos comerciales de riel entran con un resorte de acero que hace clic. En una pieza impresa eso falla por dos motivos distintos, y vale la pena entender ambos porque se repiten en cualquier diseño impreso con partes flexibles.

El primero es de fabricación: un resorte impreso casi siempre queda flexionando de través a sus capas. La unión entre capas es la dirección débil de una pieza FDM. es adhesión térmica entre cordones, no material continuo. , así que en vez de flectar, la pieza se abre por una fuga de capa. En el primer prototipo no hubo ninguna orientación de impresión que lo salvara.

El segundo es de servicio, y es el que más se ignora: un tablero cerrado en verano se calienta. El PETG tiene una temperatura de transición vítrea del orden de los 80 °C, pero mucho antes de llegar ahí empieza a fluir lentamente bajo carga constante. eso es creep, deformación plástica progresiva bajo tensión sostenida. . Un resorte impreso que vive comprimido pierde fuerza con los meses. Un equipo que se suelta del riel al año no lo quiere nadie.

Por eso las cuatro mordazas son piezas independientes y se imprimen paradas, con el eje del riel vertical. Así su sección transversal es idéntica en toda la altura y el gancho que se mete bajo el labio no necesita ningún voladizo. Dos mordazas van fijas sobre agujeros redondos; las otras dos van sobre agujeros ovalados y se pueden correr hacia afuera. Las tuercas quedan alojadas en nidos hexagonales bajo la mordaza y los tornillos entran desde adentro de la bandeja.

El Pi va sin tornillos

Cuatro pivotes en el fondo de la bandeja entran en los agujeros de montaje de la placa y la posicionan. Tres pestañas en las paredes la retienen. Dos de esas pestañas son lengüetas cortas en la pared del lado de la microSD: al empujar la placa se abren hacia afuera y enganchan sobre el borde. Fíjate en el detalle que las hace funcionar donde el resorte del riel fracasó: flectan dentro del plano de las capas, no de través a ellas. Es la misma idea, orientada bien. La tercera pestaña es rígida y se apoya en el tabique angosto entre la ventana de Ethernet y la de USB.

Desde arriba no baja nada sobre la placa, y es a propósito: unos prensadores desde la tapa hacia los agujeros de montaje habrían sujetado igual de bien, pero caen exactamente donde van los separadores de un HAT. Sujetar por los bordes deja todo el volumen sobre el Pi libre.

Conectores y acceso a los GPIO

Las paredes tienen ventanas para el USB-C, las dos micro HDMI, los cuatro USB-A, Ethernet y la ranura microSD. Los dos conectores planos de cámara y display están cerrados: dentro de un tablero no los usa nadie, y cada abertura es una entrada de polvo.

Para los GPIO hay dos caminos, y puedes usar los dos a la vez:

• Una ranura en la pared por donde sale un cable plano de 40 vías hacia el espacio de cableado del tablero.
• Un campo removible en la tapa, para dejar un HAT enchufado con la tapa puesta.

Los cinco errores que costaron cinco versiones

Esta parte vale más que el modelo terminado, porque son errores que se repiten en cualquier gabinete de riel impreso:

1. Los ganchos integrados salen ondulados. La cara de agarre de un gancho colgado de la placa queda volando en el aire durante la impresión. Un chaflán abajo no ayuda, porque justo ahí se apoya el labio del riel. Solución: las mordazas pasaron a ser piezas propias impresas paradas.
2. Los insertos roscados necesitan profundidad. Un inserto M3 mide 5,7 mm y necesita volumen debajo para que el material desplazado tenga a dónde ir. La mordaza no puede pasar de 7 mm de espesor o choca contra un riel plano. Al fundirlo, el plástico se metió dentro del inserto y la pieza quedó inservible. Una tuerca en nido hexagonal resuelve lo mismo sin calor.
3. El recorrido del agujero ovalado tiene que apuntar hacia afuera. En la primera versión quedaba centrado en la posición nominal, dejando 2 mm de retroceso; los ganchos toman 2,6 mm sobre el labio. El gabinete simplemente no entraba al riel.
4. El faldón de la tapa invadía la ventana USB. El stack doble de USB sobresale 16,8 mm sobre la placa: más alto que el Active Cooler. Si dimensionas la bandeja según el disipador, cortas la ventana USB por arriba.
5. Los conectores sobresalen del borde de la placa. USB-C y HDMI se pasan poco más de un milímetro; USB-A y Ethernet casi cuatro. Al insertar la placa chocaban contra la pared sobre sus ventanas. Hubo que correr la pared del lado de la alimentación 1,5 mm hacia afuera y la del lado USB 1 mm, y así los 90 mm planificados terminaron siendo 91. Un milímetro sobre el paso modular, que el automático vecino perdona.

Impresión

PETG, no PLA. Las mordazas sostienen el gabinete de forma permanente, y un tablero cerrado contra una fachada norte. en el hemisferio sur, la cara que recibe sol todo el día. llega en verano a temperaturas donde el PLA se ablanda. El PLA tiene su transición vítrea cerca de los 60 °C y empieza a ceder bajo carga bastante antes; el PETG queda unos 20 °C más arriba y aguanta mucho mejor la carga sostenida. Es una pieza estructural: no la imprimas en PLA por tenerlo a mano.

Bandeja, tapa y campo de tapa van planos sobre la cama. Las cuatro mordazas van paradas, con el eje del riel vertical; el archivo STL ya viene orientado así, no lo gires. Pon un brim, porque la base de apoyo es chica.

Con los soportes hay que tener criterio:

• Coloca un bloqueador de soportes sobre las dos lengüetas de la pared de la microSD. Si no, los soportes de árbol crecen dentro de las ranuras de 0,8 mm que rodean las lengüetas y no las sacas sin romper algo. Las pestañas de las lengüetas imprimen bien solas, su voladizo es mínimo.
• Soporte real necesitan solo los puentes anchos: la ventana USB de 32 mm y la ranura GPIO de 60 mm.

Montaje: primero el riel, después el Pi

El orden no es una sugerencia, es el único que funciona:

1. Pon una tuerca M3 en el nido hexagonal de cada mordaza.
2. Atornilla firme las dos mordazas de los agujeros redondos.
3. Atornilla flojas las dos mordazas de los agujeros ovalados y córrelas completamente hacia afuera.
4. Presenta la bandeja inclinada, engancha las mordazas fijas bajo uno de los labios del riel y baja la bandeja hasta dejarla plana.
5. Empuja las mordazas sueltas hacia adentro hasta que sus ganchos queden bajo el segundo labio y apriétalas.

El Pi entra como en cualquier gabinete: inclinado y con el lado USB por delante, para que los conectores se metan en sus ventanas y el borde de la placa quede bajo la pestaña rígida. Después empujas hacia abajo el extremo de la microSD hasta que las dos lengüetas enganchen sobre el borde.

Para sacarlo, retira la tapa, abre las dos lengüetas hacia afuera con la uña y levanta la placa desde el lado de la microSD. Sin herramientas.

La tapa se presiona sobre la bandeja hasta que el faldón entra en las ranuras de las dos paredes largas. El campo sobre los GPIO queda en un rebaje y se puede sacar en cualquier momento.

Alimentación dentro del tablero: la parte delicada

La idea obvia es una fuente de 5 V de riel DIN con borneras. Para un Pi 5 sirve solo a medias, y la razón no es la que parece.

El Pi 5 funciona a 5 V y puede pedir hasta 5 A. La fuente oficial entrega 5,1 V justamente para compensar la caída en el cable. Las fuentes chicas de riel dan entre 2,4 y 3 A, aunque las hay más grandes. Ese no es el problema real.

El problema es la negociación: el Pi 5 limita la corriente de sus puertos USB a 600 mA mientras la fuente no le declare por USB-C que puede entregar 5 A. Esa declaración es parte del protocolo USB Power Delivery, que viaja por los pines CC del conector; una fuente con borneras no tiene cómo hacerla, porque no hay conector USB-C ni controlador PD del otro lado. Consecuencia práctica: un SSD colgado del USB no arranca. Puedes levantar el límite agregando esta línea al archivo de configuración de arranque:

usb_max_current_enable=1

Pero eso solo desactiva la protección: no crea corriente. Hazlo únicamente con una fuente que de verdad entregue los 5 A, o vas a provocar caídas de tensión y corrupción de la microSD.

La solución limpia es distinta: un enchufe modular para riel DIN, que ocupa unos 2,5 módulos al lado del gabinete, y dentro de él la fuente oficial de 27 W del Pi 5. El montaje queda enchufable, y todo lo que tú manipulas está del lado de baja tensión.

⚠️ La conexión de 220 V del enchufe modular a la instalación la hace un instalador eléctrico autorizado. No es una fórmula de descargo: dentro del tablero la protección queda aguas arriba del enchufe, así que al trabajar ahí hay partes energizadas expuestas. En Chile las instalaciones eléctricas domiciliarias se rigen por la NCh Elec. 4/2003 y la intervención de un tablero corresponde a un instalador con licencia SEC.

Calor dentro de una caja cerrada

La tapa tiene ranuras de ventilación y bajo ella queda espacio para el Active Cooler oficial. Aun así, un tablero cerrado es un ambiente distinto a una repisa: no hay movimiento de aire y en verano se suma el calor de los automáticos vecinos.

Hay un detalle físico que conviene tener presente: dentro de una caja cerrada la única transferencia disponible es convección natural, que necesita una entrada abajo y una salida arriba para establecer una chimenea. Si las ranuras están todas en la tapa, el aire caliente se acumula igual. Por eso el consejo es medir antes de confiar.

Observa la temperatura unos días después de instalarlo, antes de darle carga permanente:

vcgencmd measure_temp

Si el Pi 5 se estabiliza sobre los 70 °C en reposo, tienes un problema de ventilación del tablero, no del gabinete.

Variantes y mejoras

Tres extensiones concretas que este diseño habilita y que el original no desarrolla:

1. Telemetría del tablero por los mismos GPIO. Ya tienes una ranura para el cable plano de 40 vías. Un sensor de temperatura y humedad tipo DHT22 o AHT20 colgado ahí, leído desde el Pi, te da la temperatura interior real del tablero en el tiempo, en vez de una medición puntual. Con eso decides si necesitas ventilación forzada o si el gabinete respira bien. Un sensor de corriente no invasivo tipo SCT-013 sobre la alimentación general convierte el mismo Pi en un monitor de consumo de la casa.
2. Adaptarlo al Raspberry Pi 4. El gabinete tal cual no sirve para un Pi 4: el patrón de agujeros es el mismo, pero en el Pi 5 los puertos USB y Ethernet están intercambiados de posición respecto al Pi 4, y las ventanas están cortadas para el Pi 5. Como el modelo es un script de FreeCAD, la adaptación es acotada: hay que editar la tabla de puertos del script e intercambiar las posiciones de Ethernet y USB. No es un cambio de geometría a mano, es cambiar dos entradas de una tabla y volver a correr el script.
3. Módulos vecinos impresos con el mismo criterio. Las dos normas de este artículo (paso de 18 mm, 45 mm de altura máxima, mordazas de 7 mm) son un molde reutilizable. Con ellas puedes imprimir un módulo hermano para un relé de estado sólido, para una fuente de laboratorio pequeña o para un ESP32 que hable con el Pi por WiFi dentro del mismo tablero, y toda la fila queda pareja bajo la misma tapa.

Personalización para Chile

Lo que cambia al armar este proyecto acá:

• El riel es el mismo. El riel DIN TS35. también llamado riel omega o riel simétrico de 35 mm. es estándar en los tableros que se venden en Chile, así que el gabinete calza sin modificaciones. Verifica solo que te queden cinco módulos libres seguidos, más 2,5 módulos si vas a poner el enchufe modular al lado.
• 220 V, no 230 V. La red domiciliaria chilena es de 220 V / 50 Hz. La fuente oficial del Raspberry Pi 5 es universal (100 a 240 V), así que funciona directo; lo que sí necesitas es que el enchufe modular del tablero sea con toma tipo chileno.
• Normativa. La instalación se rige por la NCh Elec. 4/2003 y la conexión dentro del tablero corresponde a un instalador eléctrico autorizado por la SEC. El armado del gabinete y el montaje del Pi los haces tú; el cableado de 220 V no.
• Componentes que necesitas del catálogo de MechatronicStore: el Raspberry Pi 5 y su fuente oficial USB-C de 27 W, el disipador activo (Active Cooler) si vas a dejarlo con carga, un cable de red patch cord para la conexión al router, una microSD de buena clase o un SSD NVMe si usas HAT, y filamento PETG de 1,75 mm. unos 65 g por gabinete, así que un rollo de 1 kg te alcanza para más de una decena. . La tornillería M3 × 12 con sus tuercas (8 de cada una) también sale del catálogo de mecánica.
• Costo aproximado del conjunto: entre CLP $115.000 y $130.000 según si ya tienes el Pi, el filamento y el tablero. Si el Pi y la impresora ya están, las piezas del gabinete salen por menos de CLP $5.000 en material y tornillos.

Recursos

• Tutorial original (alemán): Raspberry Pi auf der Hutschiene: Gehäuse für den Kleinverteiler selbst drucken
• Archivos del modelo (STL, STEP, archivo FreeCAD y el script que lo genera): raspberry tips din rail case-v3.zip
• Norma del riel: DIN EN 60715 (perfil TS35). Norma de envolventes: DIN 43880 (paso de 18 mm, altura máxima 45 mm)
• Normativa eléctrica chilena: NCh Elec. 4/2003, Instalaciones de consumo en baja tensión (SEC)

El modelo original está bajo licencia CC BY 4.0: puedes usarlo, modificarlo y venderlo mencionando a raspberry.tips. Respeta además las reglas de marca de Raspberry Pi: el nombre correcto es "gabinete para Raspberry Pi 5", no "gabinete Raspberry Pi 5", y sin el logo de la frambuesa.

Artículo inspirado en el reporte de taller de raspberry.tips, reordenado alrededor de las restricciones de diseño y ampliado con el contexto normativo y de alimentación chileno. Versión chilena con componentes en stock local en MechatronicStore.