Производство умнее, а не сложнее: переломное исследование случая для корпуса датчика LiDAR

Как прецизионная обработка на станках с ЧПУ позволила быстро создать прототип корпуса высокопроизводительного LiDAR-сенсора

Обзор проекта

О клиенте и продукте

Клиент - инновационный стартап, разрабатывающий передовые системы картографирования окружающей среды для автономных промышленных транспортных средств. Им требовался производственный партнер для изготовления одного функционального прототипа корпуса LiDAR-сенсора нового поколения для полевых испытаний и демонстраций инвесторам.

Корпус должен был соответствовать следующим требованиям:

• Конструкция с открытым кольцом на 270° для широкоугольного лазерного излучения и приема
• Прецизионные монтажные поверхности для оптических компонентов (допуск ±0,025 мм)
• Функции терморегулирования для отвода тепла от внутренней электроники
• Совместимость с экранированием ЭМИ/РЧИ для целостности сигнала
• Герметизация для промышленного использования (эквивалент IP67)

Выбор подходящего метода производства

Для этого прототипа корпуса со сложной геометрией рассматривалось несколько методов производства:

3D-печать (металл):Могла бы создать сложную форму, но не хватало точности для монтажных элементов оптики и требовала значительной постобработки.

Традиционная обработка:Требовала нескольких настроек, увеличивая риск ошибок и время изготовления.

5-осевая токарная/фрезерная обработка с ЧПУ:Позволила выполнить полную обработку за одну установку, сохраняя критические допуски, эффективно производя как вращающиеся, так и призматические элементы.

Почему была выбрана 5-осевая обработка с ЧПУ:

Производство за одну установку: Выполнение всех элементов без переустановки, обеспечение точности

Превосходное качество поверхности: Достигнута требуемая чистота поверхности для герметизации

Свойства материала: Алюминий 6061 обеспечил идеальные тепловые и механические характеристики

Быстрое выполнение заказа: 8-дневная доставка соответствовала агрессивному графику разработки

Основные проблемы и решения при производстве корпуса

1. Прецизионность полукруглой апертуры

Задача: Поддержание точного радиуса и чистоты поверхности на конструкции с открытым кольцом на 270°

Решение: Разработка специального приспособления, обеспечивающего полный доступ для 5-осевой обработки за одну операцию

2. Интеграция терморегулирования

Задача: Включение функций отвода тепла без ущерба для структурной целостности

Решение:

• Оптимизированная конструкция ребер: Обработка охлаждающих ребер с различной толщиной для максимальной площади поверхности
• Интегрированный тепловой интерфейс: Прецизионно обработанная плоскость для оптимального контакта с внутренними компонентами

3. Многофункциональная базовая секция

Задача: Интеграция нескольких типов интерфейсов в минимальном пространстве:

• Порт разъема питания
• Интерфейсы передачи данных (Ethernet, USB-C)
• Точки крепления для внутренней печатной платы
• Поверхности герметизации

Решение:

• Специальный инструмент: Микроинструменты для сложной обработки портов
• Последовательные операции: Стратегическая последовательность обработки для поддержания структурной стабильности во время производства

4. Совместимость обработки поверхности

Задача: Соответствие требованиям как защиты окружающей среды, так и экранирования ЭМИ

Решение:

• Твердое анодирование: Обеспечивает коррозионную стойкость и прочную поверхность
• Селективное маскирование: Защита критических монтажных поверхностей во время обработки
• Подготовка проводящего интерфейса: Совместимость обработки поверхности с будущими решениями по экранированию ЭМИ

Контроль качества и тестирование

Несмотря на то, что это был единственный прототип, корпус прошел строгую проверку:

• Проверка размеров:
• Контроль всех критических элементов с помощью КИМ
• Оптическое сканирование сложных кривизн

Функциональное тестирование:

• Проверка соответствия с оптическими компонентами
• Испытания на термический цикл (-20°C to +65°C)
• Предварительная проверка соответствия IP67

Анализ качества поверхности:

• Измерение шероховатости на уплотнительных поверхностях
• Проверка толщины покрытия

Отзывы клиентов и будущие применения

Прототип превзошел ожидания клиента:

• Идеальная посадка с первого раза со всеми внутренними компонентами
• Превосходные тепловые характеристики в полевых испытаниях
• Успешная демонстрация инвесторам, обеспечившая следующий раунд финансирования

Клиент инициировал обсуждения по:

• Оптимизации конструкции для производства (DFM) для производственной версии
• Мелкосерийному производству (50-100 единиц) для расширенных полевых испытаний
• Дополнительным вариантам датчиков с использованием аналогичной конструкции платформы