Fabricando de forma más inteligente, no más difícil: Un estudio de caso de torneado para la carcasa del sensor LiDAR

Cómo el mecanizado CNC de precisión permitió la creación rápida de prototipos de una carcasa de sensor LiDAR de alto rendimiento

Descripción general del proyecto

Acerca del cliente y el producto

El cliente es una startup innovadora que desarrolla sistemas avanzados de mapeo ambiental para vehículos industriales autónomos. Necesitaban un socio de fabricación para producir un único prototipo funcional de su carcasa de sensor LiDAR de próxima generación para pruebas de campo y demostraciones a inversores.

La carcasa necesitaba acomodar:

• Diseño de anillo abierto de 270° para la emisión y recepción láser de gran angular
• Superficies de montaje de precisión para componentes ópticos (±0,025 mm de tolerancia)
• Características de gestión térmica para la disipación de calor de la electrónica interna
• Compatibilidad de blindaje EMI/RFI para la integridad de la señal
• Sellado ambiental para uso industrial (equivalente a IP67)

Selección del método de fabricación correcto

Para esta carcasa prototipo con geometrías complejas, se consideraron varios métodos de fabricación:

Impresión 3D (Metal): Podría producir la forma compleja, pero carecía de precisión para las características de montaje óptico y requería un post-procesamiento significativo.

Mecanizado tradicional: Requería múltiples configuraciones, lo que aumentaba el riesgo de error y el plazo de entrega.

Torneado/fresado CNC de 5 ejes: Permitió el mecanizado completo en una sola configuración, manteniendo tolerancias críticas mientras se producían eficientemente características rotacionales y prismáticas.

Por qué se seleccionó el CNC de 5 ejes:

Producción de configuración única: Completó todas las características sin reposicionamiento, asegurando la precisión

Calidad de superficie superior: Logró el acabado requerido para el sellado ambiental

Propiedades del material: El aluminio 6061 proporcionó características térmicas y mecánicas ideales

Entrega rápida: La entrega en 8 días cumplió con el agresivo plazo de desarrollo

Desafíos clave y soluciones en la fabricación de carcasas

1. Precisión de la abertura semicircular

Desafío: Mantener el radio y el acabado de la superficie precisos en la estructura de anillo abierto de 270°

Solución: Diseño de fijación personalizado que permite el acceso completo para el mecanizado de 5 ejes en una sola operación

2. Integración de la gestión térmica

Desafío: Incorporar características de disipación de calor sin comprometer la integridad estructural

Solución:

• Diseño de aletas optimizado: Aletas de refrigeración mecanizadas con espesores variables para una superficie máxima
• Interfaz térmica integrada: Planitud mecanizada con precisión para un contacto óptimo con los componentes internos

3. Sección base multifunción

Desafío: Integrar múltiples tipos de interfaz en un espacio mínimo:

• Puerto del conector de alimentación
• Interfaces de transmisión de datos (Ethernet, USB-C)
• Puntos de montaje para PCB interna
• Superficies de sellado ambiental

Solución:

• Herramientas personalizadas: Micro-herramientas para el mecanizado de puertos intrincados
• Operaciones secuenciales: Secuencia de mecanizado estratégica para mantener la estabilidad estructural durante la producción

4. Compatibilidad del tratamiento de la superficie

Desafío: Cumplir con los requisitos de protección ambiental y blindaje EMI

Solución:

• Anodizado duro: Proporcionó resistencia a la corrosión y superficie duradera
• Enmascaramiento selectivo: Protegió las superficies de montaje críticas durante el tratamiento
• Preparación de la interfaz conductiva: Compatibilidad del tratamiento de la superficie con futuras soluciones de blindaje EMI

Validación y pruebas de calidad

A pesar de ser un único prototipo, la carcasa se sometió a una rigurosa validación:

• Verificación dimensional:
• Inspección CMM de todas las características críticas
• Escaneo óptico de curvaturas complejas

Pruebas funcionales:

• Verificación de ajuste con componentes ópticos
• Pruebas de ciclo térmico (-20°C a +65°C)
• Validación preliminar de pruebas IP67

Análisis de la calidad de la superficie:

• Mediciones de rugosidad en las superficies de sellado
• Verificación del espesor del recubrimiento

Comentarios del cliente y aplicaciones futuras

El prototipo superó las expectativas del cliente:

• Ajuste perfecto a la primera con todos los componentes internos
• Rendimiento térmico superior en pruebas de campo
• Demostración exitosa a los inversores, asegurando la siguiente ronda de financiación

El cliente ha iniciado conversaciones para:

• Optimización del diseño para la fabricación (DFM) para la versión de producción
• Producción de lotes pequeños (50-100 unidades) para pruebas de campo extendidas
• Variantes de sensores adicionales utilizando un diseño de plataforma similar