Intelligenter Fertigen, nicht härter: Eine Drehbearbeitungs-Fallstudie für LiDAR-Sensor-Gehäuse

Wie Präzisions-CNC-Bearbeitung die schnelle Prototypenherstellung eines Hochleistungs-LiDAR-Sensor-Gehäuses ermöglichte

Projektübersicht

Über den Kunden und das Produkt

Der Kunde ist ein innovatives Startup-Unternehmen, das fortschrittliche Umweltkartierungssysteme für autonome Industriefahrzeuge entwickelt. Sie benötigten einen Fertigungspartner, um einen einzelnen Funktionsprototypen ihres LiDAR-Sensor-Gehäuses der nächsten Generation für Feldtests und Investorenpräsentationen herzustellen.

Das Gehäuse musste Folgendes aufnehmen:

• 270° offenes Ringdesign für Weitwinkel-Laseremission und -empfang
• Präzisions-Montageflächen für optische Komponenten (±0,025 mm Toleranz)
• Wärmemanagement-Funktionen zur Wärmeableitung von der internen Elektronik
• EMI/RFI-Abschirmungskompatibilität für Signalintegrität
• Umweltabdichtung für den industriellen Einsatz (IP67-Äquivalent)

Auswahl der richtigen Herstellungsmethode

Für dieses Prototypengehäuse mit komplexen Geometrien wurden mehrere Herstellungsverfahren in Betracht gezogen:

3D-Druck (Metall): Konnte die komplexe Form herstellen, aber es fehlte die Präzision für optische Montageelemente und erforderte eine erhebliche Nachbearbeitung.

Traditionelle Bearbeitung: Erforderte mehrere Einrichtvorgänge, was das Fehlerrisiko und die Vorlaufzeit erhöhte.

5-Achsen-CNC-Drehen/Fräsen: Ermöglichte die komplette Bearbeitung in einem einzigen Einrichtvorgang, wodurch kritische Toleranzen eingehalten und gleichzeitig sowohl Rotations- als auch prismatische Merkmale effizient hergestellt wurden.

Warum 5-Achsen-CNC ausgewählt wurde:

Produktion in einem einzigen Einrichtvorgang: Alle Merkmale wurden ohne Neupositionierung fertiggestellt, wodurch die Genauigkeit gewährleistet wurde

Überlegene Oberflächenqualität: Erreichte die erforderliche Oberfläche für die Umweltabdichtung

Materialeigenschaften: Aluminium 6061 bot ideale thermische und mechanische Eigenschaften

Schnelle Abwicklung: 8-Tage-Lieferung erfüllte den aggressiven Entwicklungszeitplan

Herausforderungen und Lösungen bei der Gehäuseherstellung

1. Präzision der halbkreisförmigen Öffnung

Herausforderung: Aufrechterhaltung des präzisen Radius und der Oberflächengüte an der 270° offenen Ringstruktur

Lösung: Kundenspezifische Vorrichtungsgestaltung, die den vollständigen Zugang für die 5-Achsen-Bearbeitung in einem einzigen Arbeitsgang ermöglicht

2. Integration des Wärmemanagements

Herausforderung: Einbau von Wärmeableitungsmerkmalen ohne Beeinträchtigung der strukturellen Integrität

Lösung:

• Optimiertes Rippendesign: Gefräste Kühlrippen mit variierender Dicke für maximale Oberfläche
• Integrierte thermische Schnittstelle: Präzisionsgefräste Ebenheit für optimalen Kontakt mit internen Komponenten

3. Multifunktions-Basisteil

Herausforderung: Integration mehrerer Schnittstellentypen auf minimalem Raum:

• Stromanschluss
• Datenübertragungsschnittstellen (Ethernet, USB-C)
• Befestigungspunkte für interne Leiterplatten
• Umweltabdichtungsflächen

Lösung:

• Kundenspezifische Werkzeuge: Mikro-Werkzeuge für die komplizierte Anschlussbearbeitung
• Sequenzielle Arbeitsgänge: Strategische Bearbeitungssequenz zur Aufrechterhaltung der strukturellen Stabilität während der Produktion

4. Oberflächenbehandlungskompatibilität

Herausforderung: Erfüllung sowohl der Umweltschutz- als auch der EMI-Abschirmungsanforderungen

Lösung:

• Hartanodisieren: Bietet Korrosionsbeständigkeit und eine dauerhafte Oberfläche
• Selektive Maskierung: Schützt kritische Montageflächen während der Behandlung
• Vorbereitung der leitfähigen Schnittstelle: Oberflächenbehandlungskompatibilität mit zukünftigen EMI-Abschirmungslösungen

Qualitätsvalidierung und -prüfung

Obwohl es sich um einen einzelnen Prototyp handelte, wurde das Gehäuse einer strengen Validierung unterzogen:

• Dimensionsprüfung:
• CMM-Inspektion aller kritischen Merkmale
• Optisches Scannen komplexer Krümmungen

Funktionstest:

• Passprobe mit optischen Komponenten
• Thermische Zyklenprüfung (-20°C bis +65°C)
• Vorläufige IP67-Testvalidierung

Oberflächenqualitätsanalyse:

• Rauheitsmessungen an Dichtflächen
• Beschichtungsdickenprüfung

Kundenfeedback und zukünftige Anwendungen

Der Prototyp übertraf die Erwartungen des Kunden:

• Perfekte Passform beim ersten Mal mit allen internen Komponenten
• Überlegene thermische Leistung bei Feldtests
• Erfolgreiche Präsentation für Investoren, Sicherung der nächsten Finanzierungsrunde

Der Kunde hat Gespräche eingeleitet für:

• Design for Manufacturing (DFM)-Optimierung für die Produktionsversion
• Kleinserienproduktion (50-100 Einheiten) für erweiterte Feldtests
• Zusätzliche Sensorvarianten unter Verwendung eines ähnlichen Plattformdesigns