Nokia

Nokia Enterprise Solutions hat ein plattformbasiertes, kabelloses unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) entwickelt, bei dem der Schwerpunkt auf einer hervorragenden 5G-Konnektivität für industrielle Anwendungen liegt. 

Nokia Drone Networks (NDN) wird von Nokia Digital Automation Cloud betrieben und ist somit eine End-to-End-Lösung mit privater und sicherer mobiler Breitband-Cloud-Konnektivität. 

Durch diese Lösung kann eine ganze Flotte von Drohnen automatisiert und individuell Einsätze fliegen, die von der NDN-Bodenkontrollstation gesteuert werden. Ebenso kann die Nutzlast der Drohne für maximale Vielseitigkeit verändert werden. Sie können auf unterschiedliche Weise ausgestattet oder optimiert werden.  An der kardanischen Aufhängung der Nokia Dual-Kamera sind HD-Video- und Wärmebildkameras befestigt. Zudem kann die Drohne auch Ausrüstung wie Lautsprecher, Suchscheinwerfer und spezielle Sensoren für Rauch, Bewegung und Strahlung mitführen.

Somit eignen sich die Drohnen für diverse geschäftliche und industrielle Einsätze: etwa von der Datenerfassung für die Perimetersicherheit bis hin zur Unterstützung der öffentlichen Sicherheit in zielkritischen Situationen.  Die Drohnen sind über ein privates, sehr leistungsfähiges mobiles Breitbandnetz verbunden, so dass sie von Überlastungen des öffentlichen Netzes nicht betroffen sind und bei Bedarf manuell bedient werden können.

Der Einsatz von Drohnen und Drohnentechnologie in Branchen wie der Landwirtschaft, dem Baugewerbe, dem Bergbau, der Telekommunikation und dem Versorgungsbereich nimmt weiter zu. Allerdings hat die Implementierung von Nokia Drone Networks für die öffentliche Sicherheit verständlicherweise die meiste Anerkennung erhalten.

Kompetenz in der digitalen Fertigung

Nokia wandte sich an Protolabs mit dem Auftrag, das Unternehmen bei der Entwicklung einer CE/CB-zertifizierten 5G-UAV-Drohnenlösung für den industriellen Einsatz zu unterstützen Die entwickelte Drohne kann in erster Linie zur Überwachung und Sicherung sowie für humanitäre Zwecke eingesetzt werden. 

Die erfolgreiche Herstellung der Teile wurde durch die Beratung des Expertenteams und dem Schnellspritzguss-Service von Protolabs ermöglicht. Die Teile wurden spritzgegossen, verpackt und zur Montage an Nokia geliefert. 

Unbemannte Luftfahrtprodukte müssen zwingend alle geforderten Zertifizierungsanforderungen der Luftfahrtbehörde erfüllen. Diese Anforderungen werden auch von dem Kunden aus dem europäischen Markt erwartet.  Die strengen Luftfahrtzertifizierungsauflagen, kombiniert mit dem Bedürfnis an 5G-Konnektvitätsleistung auf höchst Niveau, das für Nokia steht, stellte die größte technische Herausforderung für die Teams von Protolabs und Nokia dar.

Den Anforderungen der Luftfahrt gerecht werden

Um die strikten Sicherheitsstandards in der Luftfahrt zu entsprechen, müssen alle Komponenten möglichst leicht sein.  Allerdings kann der Sicherheitsaspekt bei der Entwicklung unbemannter Luftfahrtprodukte in Frage gestellt werden, da die Drohnen über eine enorme Energiequelle verfügen.  Diese Energiequelle kann als brennbares Produkt zählen.   Gemäß den strengen Luftfahrtvorschriften kann diese extrem hohe Energiequelle als entflammbares Produkt angesehen werden. 

Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, dass die in einer Drohne verwendeten Materialien alle Entflammbarkeitsnormen erfüllen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass die Materialien den Belastungen des Außeneinsatzes standhalten. Es muss geprüft werden, wie sich das Material bei schwankenden Temperaturen, Niederschlägen und ultravioletter Strahlung verhält, ob es z. B. bei Sonneneinstrahlung brüchig wird.

Die präzise Auswahl des Materials für das Nokia-Projekt sollte sich als Schlüsselfaktor für seinen Erfolg erweisen. Wenige Wochen nach Beginn des Projekts, nachdem die Werkzeugherstellung bei Protolabs bereits begonnen hatte, musste Nokia die erste Materialwahl revidieren, da das Material weder die Zertifizierungsstandards noch die genauen Anforderungen erfüllte.

Um alle Anforderungen zu erfüllen, musste das Nokia- und das Protolabs-Team zurück an das Reißbrett, um ein passendes Material zu finden.  Nach mühsamer Suche fand man schließlich eine Lösung. Thomas Edger, Head of Embedded Wireless Solution von Nokia Enterprise Solutions erklärt:

"Unser Auswahlprozess erfolgte in zwei Phasen. In der ersten Phase suchten wir nach Materialien, die typischerweise in der Automobilsektor verwendet werden und die auch den Luftfahrtstandards entsprechen, zumal es keine qualifizierten Materialien für die Konstruktion von UAVs gibt.  In der zweiten Phase haben wir dann das Material mit den technischen Bearbeitungsmöglichkeiten von Protolabs abgeglichen. Zum Glück sind die Bearbeitungsmöglichkeiten von Protolabs breit gefächert, so dass uns alle Möglichkeiten offenstanden. Wir waren erleichtert, als wir schließlich ein geeignetes Material fanden, das all unseren Anforderungen entsprach.“

Die Vorbereitung für die Formbarkeit

Protolabs passte die Werkzeuge an, die für das zuvor angefertigte Material entwickelt worden waren. Das spart Nokia wertvolle Zeit und Kosten.  Protolabs Bemühungen trugen auch dazu bei, dass das neue Material bei der Herstellung gute Eigenschaften bewies - eine einzigartige Herausforderung für das Team.

Der Anwendungstechniker und Leiter des Protolabs Projekts, Don Corpuz, beschrieb die Zusammenarbeit wie folgt:

„Das ursprüngliche Material stellte hinsichtlich der Machbarkeit keine besondere Herausforderung dar. Das Material, für das sich Nokia schließlich entschied, zeigte jedoch nach Fließsimulationen, dass es beim Gießen der Teile möglicherweise zu Füllproblemen kommen würde."

"Diese Herausforderung wurde durch die Zusammenarbeit zwischen dem Nokia-Team und uns bewältigt. Wir besprachen die Änderungen am Teiledesign, die Konfiguration der Werkzeuge und den Druck, der für einen effektiven Materialfluss in die Kavität erforderlich war.  Nokias Anforderungen waren sehr präzise.  Ich freue mich, dass wir das Unternehmen bei einem so wichtigen Projekt umfassend unterstützen konnten."

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Die Materialberatung

Neben den maschinellen Möglichkeiten bei Protolabs konnten Dom und das Team von Anwendungstechnikern auch bei der Materialberatung unterstützen. Thomas ergänzte:

„Protolabs hat hier ausgezeichnete Arbeit geleistet. Das Unternehmen hat nicht nur die Anforderungen an die Maschinenspezifikation, das Teiledesign und die Werkzeugkonfiguration erfüllt, sondern uns auch bei der Auswahl des Materials hervorragend unterstützt. 

Wir standen bei der Fertigung vor einer einzigartigen Herausforderung, denn das Material musste nicht nur die strengen Sicherheitsanforderungen für die Luftfahrt und den Einsatz im Freien erfüllen, sondern auch die Funktion der Drohne als 5G-Gerät mit Konnektivität ermöglichen. Viele Drohnenhersteller und andere vergleichbare Hersteller im Luftfahrtsektor verwenden kleine Metallteile im Inneren des Gerätes, die Konnektivität erfordern. Das Gehäuse und die Strukturteile dürfen daher diesen Teil der Funktionalität nicht beeinträchtigen."

„Wenn Sie ein Material mit EMA-Abschirmung verwenden, die Antenne sich aber in einem Abgeschirmten Gehäuse befindet, kann dies die Verbindung stören. Diese Drohnen sind im Wesentlichen 5G-verbundene Roboter. Daher müssen die verwendeten Materialien sehr sorgfältig ausgewählt werden, um innerhalb der äußerst strengen Zertifizierungs- und Konnektivitätsparameter zu funktionieren."

Ein erfolgreicher Abschluss

Die Zusammenarbeit mit Protolabs erforderte nicht weniger als 19 verschiedene Teilekonstruktionen. Sowohl für das Gehäuse als auch für die strukturellen Aspekte des Geräts und der Schutzvorrichtung. Die Komponenten von Protolabs schützen nicht nur das Innere der Drohne und sorgen für die Aerodynamik, die für eine Hochleistungsdrohne erforderlich ist; Sie sind auch fester Bestandteil des Rahmens der Drohne und halten das Gerät letztendlich zusammen.

Die Teile wurden durch Nokia geprüft und es wurde der Produktionsauftrag erteilt.  Thomas schloss mit den folgenden Worten:

"Es war eine ungewöhnliche technische Herausforderung, die von Protolabs mit einem außergewöhnlichen Service gelöst wurde.  Wir schätzten Protolabs Effizienz, Fachwissen und Liebe zum Detail. Die schnelle Umsetzung war etwas, das nicht viele andere Hersteller hätten erreichen können. Gleich nachdem wir uns für das Material entschieden hatten, konnte Protolabs die Teile herstellen und sie innerhalb kürzester Zeit an uns versenden."