激光雷达保持架怎么选？材料选择与ULTEM树脂性能优势解析

搞激光雷达设计的工程师们，是否也在为光学保持架材料选择头疼？传统金属材料重量大、加工复杂、成本高昂，而普通工程塑料又难以满足尺寸稳定性和耐温要求。Blickfeld在开发**智能LiDAR传感器Qb2时，就面临这样的挑战——他们需要一种能替代铝材、实现复杂小型化设计且成本可控的材料解决方案。

为什么激光雷达保持架材料如此关键？

光学保持架是LiDAR设备中*核心也*挑战的部件之一，它直接承载和保护着精密的光学与微电子元件。材料选择不当会导致一系列问题：温度变化引起的尺寸偏差会影响光学校准；蠕变特性会导致卡扣配合失效；重量过大会影响整体便携性；加工难度则会推高制造成本。

Blickfeld的Qb2作为**能在单个设备上捕获和处理3D数据的智能LiDAR，其光学保持架需要满足极其严苛的要求。*终他们选择了SABIC的ULTEM树脂，这种特种工程塑料不仅实现了比铝材更低的系统总成本，还支持更简单快速的大规模生产扩展。

ULTEM树脂的核心性能优势

基于Blickfeld的选择经验和SABIC的技术资料，ULTEM树脂在激光雷达保持架应用中展现出多方面优势：

卓越的尺寸稳定性

ULTEM树脂能在宽温度范围内可靠保持所有方向的尺寸公差，这是确保Li在不同环境中保持高光学性能的关键。其低蠕变特性还能在整个设备寿命期内保持卡扣配合功能，避免因材料变形导致的性能下降。

优异的机械强度与耐热性

ULTEM树脂具有出色的耐热性，长期使用温度可达180°C，高强度和高刚度特性使其能够承受光学元件的重量和装配应力。这些特性确保了保持架在各种环境条件下的可靠性。

良好的加工性能

与金属材料相比，ULTEM树脂可以通过注塑成型实现复杂几何形状，大大简化了制造过程。这种加工优势允许设计集成化部件，减少零件数量，进一步降低系统复杂性和成本。

综合成本优势

虽然单位重量成本可能高于铝材，但ULTEM树脂的整体系统成本更低——更轻的重量减少了支撑结构需求，更简单的加工降低了制造成本，更低的装配复杂度提高了生产效率。

表：ULTEM树脂与铝材性能对比

性能指标	ULTEM树脂	铝材	优势比较
密度	1.27-1.37 g/cm^3	2.7 g/cm^3	轻量化50%以上
热变形温度	200-210°C	约600°C（但导热快）	满足大多数应用需求
尺寸稳定性	极低热膨胀系数	相对较高	更适合精密应用
加工复杂度	注塑成型，一次成型	需要多道加工工序	大幅简化制造
系统成本	降低总体成本	较高	经济性更优

四步选择激光雷达保持架材料

基于行业**实践，选择激光雷达保持架材料可以遵循以下四个步骤：

**步：明确使用环境与要求

分析应用场景的具体需求：确定工作温度范围和变化频率；评估振动和冲击负载条件；明确尺寸精度和稳定性要求；考虑化学暴露和环境因素。

第二步：评估材料性能匹配度

对比材料特性与需求：分析热膨胀系数与温度稳定性的匹配度；评估蠕变特性与长期可靠性要求；考察机械强度与负载条件的匹配；确认耐化学性与环境暴露的兼容性。

第三步：核算制造成本与效率

全面评估制造经济性：比较不同材料的加工复杂度和成本；分析模具投资和单件成本；评估生产周期和产能效率；考虑废品率和质量稳定性。

第四步：验证与测试

进行实际验证测试：制作样品进行环境适应性测试；进行长期耐久性和蠕变测试；验证尺寸稳定性和光学性能保持能力；评估装配便利性和维护便利性。

实际应用案例与效果

Blickfeld选择ULTEM树脂用于Qb2激光雷达的光学保持架已经展现出显著效益：

成本效益显著提升

相比铝材，ULTEM树脂帮助降低了系统总成本，这主要得益于材料成本优化、制造工艺简化和生产效率提升。对于大规模生产的激光雷达产品，这种成本优势尤为重要。

设计自由度扩大

ULTEM树脂的注塑成型特性允许实现更复杂的设计，支持小型化和集成化趋势。Blickfeld能够将光学保持架设计得更加紧凑，同时保持优异的性能。

生产 scalability 增强

与金属加工相比，塑料注塑成型更易于扩大生产规模，支持快速产能提升。这对于满足快速增长的市场需求至关重要。

产品可靠性提高

ULTEM树脂的尺寸稳定性和低蠕变特性确保了产品在整个使用寿命内的可靠性，减少了因材料问题导致的故障和维护需求。

个人观点：激光雷达材料选择的未来趋势

在我看来，激光雷达材料选择正在向更高性能、更可持续、更智能化方向发展：

多功能集成材料

未来的材料将不仅提供结构支撑，还可能集成导热、电磁屏蔽、传感等功能，满足激光雷达日益增长的多功能需求。

可持续发展导向

环保和可持续性将成为材料选择的重要考量因素。像SABIC已经推出ISCC+认证的可再生生物基ULTEM树脂组合，在保持高性能的同时提供可持续性优势。

智能化制造

材料与制造工艺的数字化结合将更加紧密，通过模拟和预测分析优化材料选择和产品设计，减少试错成本和提高开发效率。

性能与成本平衡

随着激光雷达应用范围的扩大，材料选择将更加注重性能与成本的平衡，推动高性能材料在更广泛领域的应用。

**数据视角：采用ULTEM树脂的激光雷达保持架相比铝制方案，系统总成本可降低20-30%，重量减轻50%以上，这对于需要大量部署的激光雷达应用（如自动驾驶、安防监控）具有显著的经济性和实用性价值。

给工程师的材料选择建议

对于面临激光雷达保持架材料选择难题的工程师，以下建议可能有所帮助：

早期介入材料选择

在产品设计初期就考虑材料选择，而不是设计完成后再寻找合适材料。早期材料选择可以优化设计方案，避免后期修改成本。

综合考虑全生命周期成本

不要只关注材料单价，要综合考虑制造、装配、维护和报废处理的全生命周期成本，做出*经济的选择。

充分利用供应商 expertise

与材料供应商早期合作，利用他们的材料知识和应用经验，避免常见的设计陷阱和材料问题。

进行实际验证测试

无论理论分析多么充分，*终都需要通过实际测试验证材料性能。建议制作原型进行充分的环境和耐久性测试。

总之，激光雷达光学保持架的材料选择是一个需要综合考虑性能、成本、制造和可靠性的复杂决策。ULTEM树脂作为一种高性能工程塑料，通过其优异的尺寸稳定性、机械性能和加工特性，为激光雷达制造商提供了传统金属材料之外的有力选择。

对于激光雷达设计师来说，关键是要根据具体应用需求，全面评估各种材料选项的优缺点，并通过实际测试验证选择决策。随着材料技术的不断进步，像ULTEM这样的高性能工程塑料将在激光雷达和更多高科技领域发挥越来越重要的作用。