Vervaardiging slimmer, niet moeilijker: een belangrijke case study voor LiDAR-sensorbehuizing

Hoe precisie CNC-bewerking snelle prototyping van een behuizing voor een hoogwaardige LiDAR-sensor mogelijk maakte

Projectoverzicht

Over de klant en het product

De klant is een innovatieve startup die geavanceerde omgevingskarteringssystemen ontwikkelt voor autonome industriële voertuigen. Ze hadden een productiepartner nodig om een ​​enkel functioneel prototype te produceren van hun volgende generatie LiDAR-sensorbehuizing voor veldtesten en investeerdersdemonstraties.

De behuizing moest het volgende bevatten:

• 270° open-ring ontwerp voor groothoek laseremissie en -ontvangst
• Precisie montageoppervlakken voor optische componenten (±0,025 mm tolerantie)
• Thermische beheerfuncties voor warmteafvoer van interne elektronica
• EMI/RFI-afschermingscompatibiliteit voor signaalintegriteit
• Omgevingsafdichting voor industrieel gebruik (IP67 equivalent)

De juiste productiemethode selecteren

Voor deze prototypebehuizing met complexe geometrieën werden verschillende productiemethoden overwogen:

3D-printen (metaal): Kon de complexe vorm produceren, maar miste precisie voor optische montagekenmerken en vereiste aanzienlijke nabewerking.

Traditionele bewerking: Vereiste meerdere opstellingen, waardoor het risico op fouten en de doorlooptijd toenamen.

5-assig CNC draaien/frezen: Maakte complete bewerking in één enkele opstelling mogelijk, waarbij kritische toleranties werden gehandhaafd en tegelijkertijd zowel roterende als prismatische kenmerken efficiënt werden geproduceerd.

Waarom 5-assig CNC werd geselecteerd:

Productie in één opstelling: Voltooide alle kenmerken zonder herpositionering, waardoor nauwkeurigheid werd gewaarborgd

Superieure oppervlaktekwaliteit: Bereikte de vereiste afwerking voor omgevingsafdichting

Materiaal eigenschappen: Aluminium 6061 leverde ideale thermische en mechanische eigenschappen

Snelle doorlooptijd: 8-daagse levering voldeed aan de agressieve ontwikkelingsplanning

Belangrijkste uitdagingen en oplossingen bij de productie van behuizingen

1. Precisie van de halfronde opening

Uitdaging: Het handhaven van een precieze radius en oppervlakteafwerking op de 270° open-ring structuur

Oplossing: Aangepast armatuurontwerp dat volledige toegang mogelijk maakt voor 5-assige bewerking in één enkele bewerking

2. Integratie van thermisch beheer

Uitdaging: Het integreren van warmteafvoerfuncties zonder de structurele integriteit in gevaar te brengen

Oplossing:

• Geoptimaliseerd vinontwerp: Gefreesde koelribben met variërende dikte voor maximale oppervlakte
• Geïntegreerde thermische interface: Precisie-gefreesde vlakheid voor optimaal contact met interne componenten

3. Multifunctioneel basisgedeelte

Uitdaging: Het integreren van meerdere interfacetypen in minimale ruimte:

• Stroomconnectorpoort
• Gegevensoverdrachtsinterfaces (Ethernet, USB-C)
• Montagepunten voor interne PCB
• Omgevingsafdichtingsoppervlakken

Oplossing:

• Aangepaste gereedschappen: Micro-gereedschappen voor ingewikkelde poortbewerking
• Sequentiële bewerkingen: Strategische bewerkingsvolgorde om de structurele stabiliteit tijdens de productie te behouden

4. Oppervlaktebehandelingscompatibiliteit

Uitdaging: Voldoen aan zowel omgevingsbescherming als EMI-afschermingsvereisten

Oplossing:

• Hard anodiseren: Biedt corrosiebestendigheid en een duurzaam oppervlak
• Selectieve maskering: Beschermde kritische montageoppervlakken tijdens de behandeling
• Voorbereiding van geleidende interface: Oppervlaktebehandelingscompatibiliteit met toekomstige EMI-afschermingsoplossingen

Kwaliteitsvalidatie en -testen

Ondanks dat het een enkel prototype was, onderging de behuizing rigoureuze validatie:

• Dimensionale verificatie:
• CMM-inspectie van alle kritische kenmerken
• Optische scanning van complexe krommingen

Functionele tests:

• Fit-check met optische componenten
• Thermische cyclustests (-20°C tot +65°C)
• Voorlopige IP67-testvalidatie

Oppervlaktekwaliteitsanalyse:

• Ruwheidsmetingen op afdichtingsoppervlakken
• Verificatie van de coatingdikte

Feedback van de klant en toekomstige toepassingen

Het prototype overtrof de verwachtingen van de klant:

• Perfecte eerste keer pasvorm met alle interne componenten
• Superieure thermische prestaties in veldtesten
• Succesvolle demonstratie aan investeerders, waardoor de volgende financieringsronde werd veiliggesteld

De klant is gesprekken begonnen over:

• Design for Manufacturing (DFM) optimalisatie voor de productieversie
• Kleine batchproductie (50-100 eenheden) voor uitgebreide veldtesten
• Extra sensorvarianten met behulp van een vergelijkbaar platformontwerp