Fabricação mais inteligente, não mais difícil: um estudo de caso decisivo para o alojamento de sensores LiDAR

Como a usinagem CNC de precisão possibilitou a prototipagem rápida de um invólucro de sensor LiDAR de alto desempenho

Visão geral do projeto

Sobre o cliente e o produto

O cliente é uma startup inovadora que desenvolve sistemas avançados de mapeamento ambiental para veículos industriais autônomos. Eles precisavam de um parceiro de fabricação para produzir um único protótipo funcional de sua próxima geração de carcaça de sensor LiDAR para testes de campo e demonstrações a investidores.

A carcaça precisava acomodar:

• Design de anel aberto de 270° para emissão e recepção de laser de amplo ângulo
• Superfícies de montagem de precisão para componentes ópticos (tolerância de ±0,025 mm)
• Recursos de gerenciamento térmico para dissipação de calor de eletrônicos internos
• Compatibilidade de blindagem EMI/RFI para integridade do sinal
• Vedação ambiental para uso industrial (equivalente a IP67)

Seleção do método de fabricação correto

Para esta carcaça protótipo com geometrias complexas, vários métodos de fabricação foram considerados:

Impressão 3D (Metal): Poderia produzir a forma complexa, mas faltava precisão para recursos de montagem óptica e exigia pós-processamento significativo.

Usinagem tradicional: Exigia várias configurações, aumentando o risco de erro e o tempo de entrega.

Torneamento/fresamento CNC de 5 eixos: Permitiu a usinagem completa em uma única configuração, mantendo tolerâncias críticas, produzindo com eficiência recursos rotacionais e prismáticos.

Por que o CNC de 5 eixos foi selecionado:

Produção em configuração única: Concluiu todos os recursos sem reposicionamento, garantindo precisão

Qualidade de superfície superior: Obteve o acabamento necessário para vedação ambiental

Propriedades do material: O alumínio 6061 forneceu características térmicas e mecânicas ideais

Entrega rápida: A entrega em 8 dias atendeu ao cronograma de desenvolvimento agressivo

Principais desafios e soluções na fabricação de carcaças

1. Precisão da abertura semicircular

Desafio: Manter o raio e o acabamento da superfície precisos na estrutura de anel aberto de 270°

Solução: Design de fixação personalizado que permite acesso completo para usinagem de 5 eixos em uma única operação

2. Integração de gerenciamento térmico

Desafio: Incorporar recursos de dissipação de calor sem comprometer a integridade estrutural

Solução:

• Design de aleta otimizado: Aletas de resfriamento usinadas com espessura variável para área de superfície máxima
• Interface térmica integrada: Planicidade usinada com precisão para contato ideal com componentes internos

3. Seção base multifuncional

Desafio: Integrar vários tipos de interface em um espaço mínimo:

• Porta do conector de alimentação
• Interfaces de transmissão de dados (Ethernet, USB-C)
• Pontos de montagem para PCB interna
• Superfícies de vedação ambiental

Solução:

• Ferramentas personalizadas: Microferramentas para usinagem de portas complexas
• Operações sequenciais: Sequência de usinagem estratégica para manter a estabilidade estrutural durante a produção

4. Compatibilidade do tratamento de superfície

Desafio: Atender aos requisitos de proteção ambiental e blindagem EMI

Solução:

• Anodização dura: Forneceu resistência à corrosão e superfície durável
• Máscara seletiva: Protegeu superfícies de montagem críticas durante o tratamento
• Preparação de interface condutiva: Compatibilidade do tratamento de superfície com soluções futuras de blindagem EMI

Validação e teste de qualidade

Apesar de ser um único protótipo, a carcaça passou por validação rigorosa:

• Verificação dimensional:
• Inspeção CMM de todos os recursos críticos
• Varredura óptica de curvaturas complexas

Testes funcionais:

• Verificação de ajuste com componentes ópticos
• Teste de ciclo térmico (-20°C a +65°C)
• Validação preliminar de teste IP67

Análise da qualidade da superfície:

• Medições de rugosidade nas superfícies de vedação
• Verificação da espessura do revestimento

Feedback do cliente e aplicações futuras

O protótipo superou as expectativas do cliente:

• Ajuste perfeito na primeira vez com todos os componentes internos
• Desempenho térmico superior em testes de campo
• Demonstração bem-sucedida a investidores, garantindo a próxima rodada de financiamento

O cliente iniciou discussões para:

• Otimização do projeto para fabricação (DFM) para a versão de produção
• Produção em pequenos lotes (50-100 unidades) para testes de campo estendidos
• Variantes de sensor adicionais usando um design de plataforma semelhante