Fabricação inovadora para tecnologias de ponta: um estudo de caso sobre componentes de sistemas de digitalização a laser 3D

Como a usinagem CNC de precisão possibilitou a prototipagem rápida de um conjunto rotacional crítico para o sistema de digitalização a laser 3D RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Visão geral do projeto

Sobre o cliente e o produto

Este sistema de digitalização a laser 3D de nível profissional e industrial é pioneiro em sistemas de digitalização a laser 3D móveis, utilizando a tecnologia Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). O sistema RS100-RTK representa seu produto principal, combinando SLAM com posicionamento diferencial RTK para precisão de nível cm em ambientes externos e negados por GNSS.

Este estudo de caso se concentra na carcaça da cabeça de digitalização a laser rotacional—o componente central que possibilita:

• Aquisição de dados de 650.000 pontos/segundo
• Alcance de medição de 120 metros
• Campo de visão ultra amplo de 360°×285°
• Recursos integrados de correção RTK

A carcaça exigia fabricação de precisão para manter a precisão relativa de 1 cm, garantindo a operação estável em plataformas móveis, mochilas, UAVs e veículos.

Seleção do método de fabricação correto

Para este componente rotacional crítico, várias abordagens de fabricação foram avaliadas:

• Fundição por investimento: Incapaz de atingir a precisão necessária para recursos de alinhamento óptico
• Fabricação aditiva (impressão 3D em metal): Qualidade de superfície e estabilidade dimensional insuficientes
• Torneamento/fresamento CNC de 5 eixos: Selecionado por precisão incomparável, otimização da simetria rotacional e capacidade de manter tolerâncias de ±0,01 mm

Por que o torneamento/fresamento CNC de 5 eixos foi ideal:

• Usinagem em uma única configuração: Fabricação completa sem reposicionamento garantiu concentricidade <0,005 mm
• Integração de balanceamento dinâmico: Balanceamento na máquina atingiu o nível G0.4 (excedendo o padrão da indústria)
• Gerenciamento térmico: A remoção otimizada de material proporcionou propriedades ideais de dissipação de calor
• Compatibilidade com material aeroespacial: O alumínio 7075 forneceu resistência, minimizando a massa rotacional

Principais desafios e soluções na fabricação da cabeça de digitalização

1. Equilíbrio rotacional de ultra precisão

Desafio: Rotação sem vibração a 5-20 RPM para coleta precisa de nuvens de pontos

Solução:

• Balanceamento dinâmico integrado: Balanceamento na máquina durante as operações finais de usinagem
• Otimização de massa assimétrica: Remoção estratégica de material para obter o equilíbrio rotacional perfeito

2. Precisão do alinhamento óptico

Desafio: Manter a precisão do caminho de emissão/recepção do laser durante a rotação de 360°

Solução:

• Construção monolítica: Design de peça única eliminando erros de montagem
• Usinagem da superfície de referência: Todas as superfícies de montagem óptica usinadas na mesma configuração

3. Compatibilidade com várias plataformas

Desafio: Garantir desempenho consistente em montagens de mochila, UAV e veículos

Solução:

• Interface de montagem unificada: Design de flange de precisão compatível com todos os adaptadores de plataforma
• Recursos de amortecimento de vibração: Geometria estrutural otimizada reduzindo vibrações harmônicas

4. Proteção ambiental

Desafio: Vedação equivalente a IP67, mantendo a funcionalidade rotacional

Solução:

• Ranhuras de vedação integradas: Ranhuras usinadas com precisão para vedações de lábios triplos
• Otimização da superfície: Anodização dura proporcionando resistência à corrosão e superfície de desgaste

Validação e teste de qualidade

O protótipo passou por validação rigorosa correspondente aos requisitos de campo da GoSLAM:

Verificação metrológica:

• Inspeção CMM: Todos os recursos críticos dentro de ±0,01 mm
• Alinhamento óptico: Desvio do caminho do laser <0,005° durante a rotação completa

Teste de desempenho dinâmico:

• Equilíbrio rotacional: Nível G0.4 alcançado (padrão da indústria: G2.5)
• Análise de vibração: <5μm de deslocamento em RPM operacional

Testes ambientais:

• Ciclagem térmica (-30°C a +70°C): Sem deformação ou degradação do desempenho
• Teste IP67: Sem entrada após imersão por 30 minutos

Validação de campo:

• Integração bem-sucedida com o sistema RS100-RTK
• Manteve a precisão relativa de 1 cm em testes operacionais

Feedback do cliente e aplicações futuras

O protótipo excedeu os requisitos técnicos do cliente:

Redução de 25% na massa rotacional em comparação com o design anterior

Melhoria de 40% na eficiência da dissipação de calor

Integração perfeita com os sistemas RS100-RTK existentes

O cliente iniciou:

Design de ferramentas de produção para fabricação em pequenos lotes (50-100 unidades)

Adaptação do design para scanners da próxima geração da série T

Parceria de longo prazo para desenvolvimento contínuo de componentes