تصنيع بذكاء، وليس بجهد: دراسة حالة تحويلية لغلاف مستشعر LiDAR

كيف مكنت عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي عالي الدقة (CNC) النماذج الأولية السريعة لغلاف مستشعر LiDAR عالي الأداء

نظرة عامة على المشروع

حول العميل والمنتج

العميل هو شركة ناشئة مبتكرة تقوم بتطوير أنظمة رسم خرائط بيئية متقدمة للمركبات الصناعية المستقلة. لقد احتاجوا إلى شريك تصنيع لإنتاج نموذج أولي وظيفي واحد لغلاف مستشعر LiDAR من الجيل التالي الخاص بهم للاختبار الميداني وعروض المستثمرين.

كان الغلاف بحاجة إلى استيعاب:

• تصميم حلقة مفتوحة بزاوية 270 درجة لانبعاث واستقبال الليزر واسع الزاوية
• أسطح تثبيت دقيقة للمكونات البصرية (تفاوت ±0.025 مم)
• ميزات الإدارة الحرارية لتبديد الحرارة من الإلكترونيات الداخلية
• توافق التدريع الكهرومغناطيسي/ترددات الراديو (EMI/RFI) لسلامة الإشارة
• الإحكام البيئي للاستخدام الصناعي (ما يعادل IP67)

اختيار طريقة التصنيع الصحيحة

بالنسبة لغلاف النموذج الأولي هذا ذي الأشكال الهندسية المعقدة، تم النظر في عدة طرق تصنيع:

الطباعة ثلاثية الأبعاد (المعدن): يمكن أن تنتج الشكل المعقد ولكنها تفتقر إلى الدقة لميزات التركيب البصري وتتطلب معالجة لاحقة كبيرة.

التصنيع التقليدي: يتطلب إعدادات متعددة، مما يزيد من خطر الخطأ والمهلة الزمنية.

الخراطة / الطحن باستخدام الحاسب الآلي بخمسة محاور: مكنت من التصنيع الكامل في إعداد واحد، مع الحفاظ على التفاوتات الحرجة مع إنتاج كل من الميزات الدورانية والمنشورية بكفاءة.

لماذا تم اختيار التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بخمسة محاور:

إنتاج الإعداد الواحد: أكملت جميع الميزات دون إعادة التموضع، مما يضمن الدقة

جودة السطح الفائقة: حققت التشطيب المطلوب للإحكام البيئي

خصائص المواد: يوفر الألومنيوم 6061 خصائص حرارية وميكانيكية مثالية

التسليم السريع: التوصيل في 8 أيام يفي بالجدول الزمني التطويري العدواني

التحديات والحلول الرئيسية في تصنيع الغلاف

1. دقة الفتحة شبه الدائرية

التحدي: الحفاظ على نصف قطر وتشطيب سطح دقيقين على هيكل الحلقة المفتوحة بزاوية 270 درجة

الحل: تصميم أداة مخصصة تسمح بالوصول الكامل للتصنيع بخمسة محاور في عملية واحدة

2. تكامل الإدارة الحرارية

التحدي: دمج ميزات تبديد الحرارة دون المساس بالسلامة الهيكلية

الحل:

• تصميم الزعانف الأمثل: زعانف تبريد مصنعة بسمك متفاوت لتحقيق أقصى مساحة سطح
• واجهة حرارية متكاملة: تسطيح مصنع بدقة لتحقيق التلامس الأمثل مع المكونات الداخلية

3. قسم القاعدة متعدد الوظائف

التحدي: دمج أنواع واجهات متعددة في مساحة صغيرة:

• منفذ موصل الطاقة
• واجهات نقل البيانات (Ethernet، USB-C)
• نقاط التثبيت للوحة الدوائر المطبوعة الداخلية
• أسطح الإحكام البيئي

الحل:

• الأدوات المخصصة: أدوات دقيقة لتصنيع المنافذ المعقدة
• العمليات المتتالية: تسلسل تصنيع استراتيجي للحفاظ على الاستقرار الهيكلي أثناء الإنتاج

4. توافق المعالجة السطحية

التحدي: تلبية متطلبات الحماية البيئية والتدريع الكهرومغناطيسي

الحل:

• الأكسدة الصلبة: وفرت مقاومة للتآكل وسطحًا متينًا
• الإخفاء الانتقائي: حماية أسطح التثبيت الحرجة أثناء المعالجة
• إعداد الواجهة الموصلة: توافق المعالجة السطحية مع حلول التدريع الكهرومغناطيسي المستقبلية

التحقق من الجودة والاختبار

على الرغم من كونه نموذجًا أوليًا واحدًا، فقد خضع الغلاف للتحقق الصارم:

• التحقق من الأبعاد:
• فحص CMM لجميع الميزات الحرجة
• المسح الضوئي البصري للانحناءات المعقدة

الاختبار الوظيفي:

• فحص الملاءمة مع المكونات البصرية
• اختبار الدورة الحرارية (-20 درجة مئوية إلى +65 درجة مئوية)
• التحقق من اختبار IP67 الأولي

تحليل جودة السطح:

• قياسات الخشونة على أسطح الإحكام
• التحقق من سمك الطلاء

ملاحظات العميل والتطبيقات المستقبلية

تجاوز النموذج الأولي توقعات العميل:

• ملاءمة مثالية للمرة الأولى مع جميع المكونات الداخلية
• أداء حراري فائق في الاختبار الميداني
• عرض ناجح للمستثمرين، وتأمين جولة التمويل التالية

بدأ العميل مناقشات من أجل:

• تصميم لتحسين التصنيع (DFM) لإصدار الإنتاج
• إنتاج دفعات صغيرة (50-100 وحدة) للاختبار الميداني الموسع
• متغيرات مستشعر إضافية باستخدام تصميم منصة مماثل