Produkcja inteligentniejsza, a nie trudniejsza: przełomowe badanie przypadków w zakresie obudowy czujników LiDAR

Jak precyzyjna obróbka CNC umożliwiła szybkie prototypowanie obudowy czujnika LiDAR o wysokiej wydajności

Przegląd projektu

O kliencie i produkcie

Klientem jest innowacyjny startup opracowujący zaawansowane systemy mapowania środowiska dla autonomicznych pojazdów przemysłowych. Potrzebowali partnera produkcyjnego do wytworzenia pojedynczego prototypu funkcjonalnego obudowy czujnika LiDAR nowej generacji do testów terenowych i demonstracji dla inwestorów.

Obudowa musiała pomieścić:

• Konstrukcję pierścieniową o kącie 270° do emisji i odbioru laserowego o szerokim kącie
• Precyzyjne powierzchnie montażowe dla komponentów optycznych (tolerancja ±0,025 mm)
• Elementy zarządzania termicznego do rozpraszania ciepła z elektroniki wewnętrznej
• Kompatybilność ekranowania EMI/RFI dla integralności sygnału
• Uszczelnienie środowiskowe do użytku przemysłowego (odpowiednik IP67)

Wybór odpowiedniej metody produkcji

Dla tej prototypowej obudowy o złożonej geometrii rozważono kilka metod produkcji:

Druk 3D (metal):Mógł wyprodukować złożony kształt, ale brakowało mu precyzji dla elementów montażowych optycznych i wymagał znacznej obróbki końcowej.

Obróbka tradycyjna:Wymagała wielu ustawień, zwiększając ryzyko błędów i czas realizacji.

5-osiowe toczenie/frezowanie CNC:Umożliwiło pełną obróbkę w jednym ustawieniu, zachowując krytyczne tolerancje, jednocześnie wydajnie wytwarzając zarówno elementy obrotowe, jak i pryzmatyczne.

Dlaczego wybrano 5-osiowe CNC:

Produkcja w jednym ustawieniu: Wykonano wszystkie elementy bez zmiany położenia, zapewniając dokładność

Doskonała jakość powierzchni: Osiągnięto wymagane wykończenie do uszczelnienia środowiskowego

Właściwości materiału: Aluminium 6061 zapewniło idealne właściwości termiczne i mechaniczne

Szybki czas realizacji: 8-dniowa dostawa spełniła agresywny harmonogram rozwoju

Kluczowe wyzwania i rozwiązania w produkcji obudów

1. Precyzja półokrągłego otworu

Wyzwanie: Utrzymanie precyzyjnego promienia i wykończenia powierzchni na strukturze pierścieniowej o kącie 270°

Rozwiązanie: Niestandardowa konstrukcja mocowania umożliwiająca pełny dostęp do 5-osiowej obróbki w jednej operacji

2. Integracja zarządzania termicznego

Wyzwanie: Włączenie elementów rozpraszania ciepła bez uszczerbku dla integralności strukturalnej

Rozwiązanie:

• Zoptymalizowana konstrukcja żeber: Obrabiane żebra chłodzące o zmiennej grubości dla maksymalnej powierzchni
• Zintegrowane interfejs termiczny: Precyzyjnie obrobiona płaskość dla optymalnego kontaktu z elementami wewnętrznymi

3. Wielofunkcyjna sekcja podstawy

Wyzwanie: Integracja wielu typów interfejsów w minimalnej przestrzeni:

• Port złącza zasilania
• Interfejsy transmisji danych (Ethernet, USB-C)
• Punkty montażowe dla wewnętrznej płytki PCB
• Powierzchnie uszczelniające środowiskowo

Rozwiązanie:

• Niestandardowe narzędzia: Mikro-narzędzia do skomplikowanej obróbki portów
• Operacje sekwencyjne: Strategiczna sekwencja obróbki w celu utrzymania stabilności strukturalnej podczas produkcji

4. Kompatybilność obróbki powierzchniowej

Wyzwanie: Spełnienie wymagań dotyczących ochrony środowiska i ekranowania EMI

Rozwiązanie:

• Twarde anodowanie: Zapewniało odporność na korozję i trwałą powierzchnię
• Selektywne maskowanie: Chroniło krytyczne powierzchnie montażowe podczas obróbki
• Przygotowanie interfejsu przewodzącego: Kompatybilność obróbki powierzchniowej z przyszłymi rozwiązaniami ekranowania EMI

Walidacja jakości i testowanie

Pomimo tego, że był to pojedynczy prototyp, obudowa przeszła rygorystyczną walidację:

• Weryfikacja wymiarowa:
• Kontrola CMM wszystkich krytycznych elementów
• Skanowanie optyczne złożonych krzywizn

Testy funkcjonalne:

• Sprawdzenie dopasowania z komponentami optycznymi
• Testy cyklu termicznego (-20°C do +65°C)
• Wstępna walidacja testów IP67

Analiza jakości powierzchni:

• Pomiary chropowatości na powierzchniach uszczelniających
• Weryfikacja grubości powłoki

Informacje zwrotne od klienta i przyszłe zastosowania

Prototyp przekroczył oczekiwania klienta:

• Idealne dopasowanie za pierwszym razem ze wszystkimi elementami wewnętrznymi
• Doskonała wydajność termiczna w testach terenowych
• Udane demonstracje dla inwestorów, zapewniające kolejną rundę finansowania

Klient zainicjował dyskusje na temat:

• Optymalizacji Design for Manufacturing (DFM) dla wersji produkcyjnej
• Małoseryjnej produkcji (50-100 sztuk) do rozszerzonych testów terenowych
• Dodatkowych wariantów czujników wykorzystujących podobną konstrukcję platformy