Nokia

Creatore: Nokia
Settore: Robotica / Elettronico componenti
Servizio: Stampaggio a Iniezione

Nokia Enterprise Solutions ha messo a punto una piattaforma wireless UAV (Unmanned Aerial Vehicle) dotata di connettività 5G di livello superiore per applicazioni in ambito industriale.

Nokia Drone Networks (NDN) - supportato dal Nokia Digital Automation Cloud - è una soluzione end-to-end che integra una connettività cloud a banda larga mobile privata e sicura.

La soluzione consente a una flotta di droni di volare in missioni individuali automatizzate guidate dalla stazione di controllo a terra NDN. Per garantire la massima versatilità, il carico utile del drone è personalizzabile e i droni Nokia possono essere equipaggiati o migliorati in molti modi. Il gimbal Nokia con doppia fotocamera monta videocamere HD e termiche, mentre l'UAV può trasportare attrezzature come altoparlanti, luci di ricerca e sensori personalizzabili per fumo, movimento e radiazioni.

In questo modo, i droni sono in grado di affrontare una varietà di applicazioni commerciali e industriali che vanno, ad esempio, dalla raccolta di dati per la sicurezza perimetrale all' agevolazione delle operazioni di sicurezza pubblica in situazioni critiche. I droni sono collegati a una rete mobile privata a banda larga ad alta capacità, che ne garantisce il funzionamento anche in caso di congestione della rete pubblica, e possono essere manovrati manualmente se necessario.

Con l'aumento della popolarità dei droni aerei e della tecnologia dei droni in settori come l'agricoltura, l'edilizia, l'industria mineraria, le telecomunicazioni e i servizi di pubblica utilità, la diffusione delle reti di droni Nokia per la sicurezza pubblica ha naturalmente ricevuto il maggior numero di apprezzamenti. 

Competenza nella digital manufacturing

Nokia ha chiesto a Protolabs di supportarla nello sviluppo di una soluzione UAV per uso industriale con tecnologia 5G e certificazione CE/CB. Il drone può essere utilizzato principalmente per attività di sorveglianza e sicurezza, oltre che per scopi umanitari.

La produzione è stata realizzata con successo grazie alla consulenza del team esperto di application engineer di Protolabs e al rapido stampaggio a iniezione dei pezzi, che sono stati fabbricati, imballati e spediti a Nokia per l'assemblaggio.

È indispensabile che i prodotti per l'aviazione senza pilota soddisfino tutti i requisiti di certificazione richiesti dalle autorità aeronautiche competenti e quelli attesi dai clienti del mercato europeo. I rigorosi vincoli di certificazione per l'aviazione, unitamente alla necessità di garantire le più elevate prestazioni di connettività 5G, che sono da sempre il segno distintivo di Nokia, hanno comportato una sfida ingegneristica non indifferente sia per i team di Protolabs che per quelli di Nokia.

Soddisfare i requisiti dell'aviazione

I componenti del settore aereo devono essere il più leggeri possibile, pur rispondendo ai più rigidi standard di sicurezza. Tuttavia, proprio la sicurezza può essere messa a dura prova quando si progettano prodotti per il volo senza pilota come i droni, a causa dell'enorme fonte di energia che viene trasportata all'interno del dispositivo. Questa fonte di energia può andare in conflitto con le severe norme dell'aviazione in materia di prodotti infiammabili.

È quindi fondamentale che i materiali utilizzati all'interno di un UAV soddisfino tutti gli standard di infiammabilità. Un'altra questione fondamentale è la capacità dei materiali di soddisfare i requisiti di robustezza dell'uso all'aperto. È necessario verificare come si comporta il materiale se esposto a fattori quali escursioni termiche, precipitazioni e raggi ultravioletti (ad esempio, se diventa fragile alla luce del sole).

La scelta accurata del materiale per il progetto Nokia si è rivelata fondamentale per il suo successo. A poche settimane dall'avvio dell'impresa, nonostante l'attrezzaggio alla Protolabs fosse già iniziato, Nokia ha dovuto rinunciare al materiale scelto in un primo momento perché non soddisfaceva né gli standard di certificazione né le sue esigenze specifiche.

I team di Nokia e Protolabs sono stati costretti a tornare al tavolo da disegno per individuare quel materiale eccezionale in grado di soddisfare tutti i requisiti. Dopo una ricerca minuziosa, alla fine sono riusciti a trovare una soluzione, come spiega Thomas Eder, Responsabile Soluzioni Wireless Integrate di Nokia Enterprise Solutions:

"Il processo di selezione ha richiesto due fasi: nella prima fase, dato che non esistono materiali specifici per la progettazione degli UAV, abbiamo preso in considerazione i materiali normalmente utilizzati nel settore automobilistico che soddisfano anche gli standard dell'aviazione. Poi, nella seconda fase, abbiamo confrontato il materiale con le capacità di lavorazione di Protolabs, che fortunatamente sono ampie. In questo modo le nostre opzioni sono rimaste in campo e con sollievo alla fine abbiamo trovato un materiale eccellente capace di soddisfare tutte le nostre esigenze".

Preparazione allo stampaggio

Protolabs ha adattato gli attrezzaggi creati per il materiale scelto inizialmente e poi accantonato facendo risparmiare denaro e tempo prezioso a Nokia. Inoltre, i suoi sforzi hanno contribuito a garantire le prestazioni del nuovo materiale nell'ambiente di stampa, uno scenario particolarmente impegnativo per il team.

Dom Corpuz, l'application engineer di Protolabs che ha diretto il progetto, ha detto della collaborazione con Nokia:

"Dal punto di vista della fabbricazione, il materiale iniziale non presentava particolari problemi in termini di capacità di stampa. Mentre il materiale scelto alla fine da Nokia, dopo aver effettuato delle simulazioni di flusso, ha evidenziato la possibilità di problemi di riempimento durante lo stampaggio dei pezzi.

Questa sfida è stata superata grazie alla collaborazione tra il nostro team e quello di Nokia: abbiamo discusso delle modifiche alla progettazione dei pezzi, della configurazione degli stampi e della pressione necessaria per garantire un flusso efficace di materiale nella cavità dello stampo. Le esigenze di Nokia erano molto precise e sono felice che sia stato possibile supportarli appieno in un progetto così importante".

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Consigli sui materiali

Oltre alla capacità dei macchinari di Protolabs, Dom e il team di application engineering sono stati in grado di fornire un supporto anche in termini di consulenza sui materiali. Thomas ha poi aggiunto:

"Oltre a soddisfare i requisiti delle specifiche dei macchinari, della progettazione dei pezzi e della configurazione degli utensili, Protolabs ha svolto un lavoro eccezionale, aiutandoci nella scelta del materiale.

Ci siamo trovati di fronte a un'unica sfida di manufaturing perché il materiale non solo doveva rispondere alle rigorose certificazioni di sicurezza aerea e di utilizzo all'aperto, ma doveva anche consentire al drone di funzionare come un dispositivo 5G dotato di connettività. Molti fabbricanti di droni e di altri prodotti simili nel settore dell'aviazione inseriscono all'interno del dispositivo piccole parti metalliche che devono essere connesse, quindi la carcassa e le parti strutturali non devono ostacolare questa funzionalità.

Se si utilizza un materiale con schermatura EMC, ma poi si installa un'antenna integrata all'interno di una carcassa schermata, questo potenzialmente inibisce la connettività. Questi droni sono principalmente dei robot connessi al 5G, quindi i materiali utilizzati dovevano essere selezionati con molta attenzione per operare all'interno di parametri di certificazione e connettività incredibilmente stringenti".

Un grande successo

La collaborazione con Protolabs ha richiesto ben 19 diversi progetti di componenti, sia per la carcassa che per gli elementi strutturali del dispositivo, oltre a una guarnizione. I componenti Protolabs non solo proteggono gli elementi all'interno del drone e forniscono l'aerodinamica necessaria per un UAV ad alte prestazioni, ma sono anche parte integrante della struttura del drone, che in definitiva tiene insieme il dispositivo.

I componenti sono stati campionati velocemente per essere verificati da Nokia e quindi è partito l'ordine di produzione.