Sisältö on luettavissa myös suomeksi, valitse kieli alempana.
For Nordic Drones, a company manufacturing drones for demanding professional use, 3D printing has been vital. Founded in 2013, the company has produced multi-copters especially for the needs of industry and authorities.
“We have done a lot of customized solutions, so the production runs are small. Mold thinking really didn’t fit because it would have limited the speed of development,” says company founder Juhani Mikkola.
Using 3D printing, the company was able to create the first version of the required part and integrate it into the product. Based on user experiences, an improved version of the next part could be made. The utilization of this technology directly translated to accelerated product development times and consequent cost savings. This continuous improvement approach would not have been feasible within the same timeframe using injection molding.
Nordic Drones’ frames have added payloads required by the customer, such as a camera or air pollution measuring device. The business model of Nordic Drones was not based on competing with low-cost devices.
“From the beginning, the idea was that the device must perform something so useful that the information it gathers is so valuable that price does not matter. That’s why, for example, land surveying was a main focus because a drone does the job that would take a land surveyor weeks to complete.”
As a result of the development work, the copter frame’s weight has been reduced to under 2.5 kilograms. In weight reduction, 3D printing plays a significant role, as it is cost-effective to use a titanium frame. By printing, the material cost of titanium does not become prohibitive.
“In land surveying, the device’s efficiency comes from how large an area the copter can model at once, which essentially means flight time. That’s why we shaved off every extra gram and used a mix of titanium, carbon fiber, and 3D prints. The main goal was to achieve a sufficiently rigid and durable drone with minimal weight.”
The titanium core is secured by motor arms from four directions, bearing the entire load while weighing only approximately 100 grams. The design process was challenging due to the differences in metal printing compared to plastic. Support structures were required, impacting the cost. The design features numerous thin, curved surfaces, and managing the deformations caused by heat required extensive practice to achieve a functional product. The company lacked prior experience in this type of design but fortunately received guidance from 3D Formtech on designing for additive manufacturing (AM). For example, 3D Formtech indicated that surfaces need to be printed at a 45-degree angle or steeper to ensure successful printing.
Nordic Drone’s background stems from Mikkola’s drone hobby, which took on new dimensions in July 2013 when authorities asked for his help in a large-scale evacuation operation. He was asked to inspect the hazard area of the Vihtavuori explosion factory without anyone entering the area.
Mikkola had also become familiar with 3D-printed parts through drone hobby circles. The first external employee hired by the company was proficient in 3D printing, so the use of 3D-printed parts was straightforward. Parts were ordered from abroad until a good supplier was found locally.
“With foreign parts, we always had to consider delivery times compared to the Jyväskylä-based 3D Formtech’s CEO Toni Järvitalo dropping new parts into my garage after work,” Mikkola recounts.
The first Nordic Drones copters were predominantly hand-machined from carbon fiber, with a few 3D-printed parts. The number of these has been steadily increasing, and in the latest models, there are about 100 3D-printed parts. All of these 100 parts can be agilely modified based on customer experiences and field tests, with changes being implemented as quickly as the next production version. This adaptability and continuous product improvement have enabled the company’s growth.
With 3D-printed parts, Nordic Drones has been able to upgrade old machines as well. For example, changed electronics can be attached to an old copter frame if it’s fitted with 3D-printed parts.
3D printing has enabled the manufacture of various parts. Problems have been solved as they have arisen; for example, challenges with colors have been addressed. Sometimes solutions, such as the titanium core, have been found through the advancements in 3D printing.
“A difficult part has been, for example, a motor arm that attaches to the frame. In it, two parts need to be joined together with as little clearance as possible but still be installable. So, those spots are tricky where two parts need to be attached to each other without screw or glue attachments,” Mikkola says.
Development does not stop; there are plenty of new ideas for improvement. However, during the last few years of rapid growth, there has not been time to implement all of them.
For authorities, in addition to long flight times and operational range, the domestic origin of the device’s control connections has been paramount. In the latest turn, Patria announced in June that it had purchased the share capital of Nordic Drones.
“Without 3D printing, our company would not have reached this point,” Mikkola states.
Vaativaan ammattikäyttöön droneja valmistavalle Nordic Dronesille 3D-tulostus on ollut elinehto. Vuonna 2013 perustettu yritys on valmistanut multikoptereita erityisesti teollisuuden ja viranomaisten tarpeisiin.
”Olemme tehneet paljon räätälöityjä ratkaisuja, joten sarjat ovat pieniä. Muottiajattelu ei oikein sopinut siihen, sillä se olisi rajoittanut kehityksen nopeutta”, yhtiön perustaja Juhani Mikkola sanoo.
3D-tulostuksen avulla yritys pystyi tekemään ensimmäisen version tarvittavasta osasta ja viemään sen tuotteeseen. Seuraavasta osasta voitiinkin jo tehdä käyttökokemusten perusteella parannettu versio. Teknologian hyödyntämistä pystyi vertaamaan suoraan nopeutuneeseen tuotekehitysaikaan ja sen kautta kustannussäästöihin. Ruiskuvalumuottien avulla tähän jatkuvan kehityksen ajatteluun ei olisi kyetty yhtä nopealla aikataululla.
3D-tulostuksen käyttöönottoa yrityksissä edistävän FAME-ekosysteemin johtaja Eetu Holstein pitääkin Nordic Dronesia hyvänä esimerkkinä lisäävän valmistuksen hyödyntämisestä tuotannossa.
Nordic Dronesin runkoihin on lisätty asiakkaan tarvitsema hyötykuorma, esimerkiksi kamera tai ilmansaasteiden mittauslaite. Nordic Dronesin liiketoiminnan lähtökohtana ei ollut halpalaitteiden kanssa kilpailu.
”Meillä oli alusta asti ideana, että laitteella pitää tehdä jotain niin hyödyllistä, että se tieto, mitä sillä saadaan, on niin arvokas, ettei hinnalla ole väliä. Siksi meillä oli esimerkiksi maanmittaus pääkärkenä, sillä drone tekee työn, jonka eteen maanmittari saisi juosta viikkokaupalla”, Mikkola kertoo.
Kehitystyön tuloksena kopterirungon paino on saatu alle 2,5 kilon. Painonkevennyksessä tulostus näyttelee merkittävää roolia. On kustannustehokasta hyödyntää esimerkiksi titaanirunkoa, sillä tulostamalla titaanin materiaalikustannus ei nouse ylitsepääsemättömäksi.
”Maanmittauksessa laitteen tehokkuus tulee siitä, kuinka suuren alueen kopteri pystyy mallintamaan kerralla, eli se tarkoittaa käytännössä lentoaikaa. Siksi viilasimme kaikki ylimääräiset grammat pois ja käytimme tulostettua titaania, hiilikuitua ja muovisia 3D-tulosteita sekaisin. Päätarkoituksena oli saada riittävän jäykkä ja kestävä drone minimaalisella painolla.”
Nordic Dronesin taustalla on Juhani Mikkolan drone-harrastus, joka sai uusia ulottuvuuksia vuoden 2013 heinäkuussa, kun viranomaiset pyysivät häneltä apua suureen evakuointioperaatioon. Häntä pyydettiin tutkimaan Vihtavuoren räjähdystehtaan vaara-alue ilman, että kukaan astuu alueelle.
3D-tulostettuihin osiinkin Mikkola oli tutustunut juuri droonien harrastuspiireissä. Yritykseen palkattu ensimmäinen ulkopuolinen työntekijä hallitsi 3D-tulostuksen, joten 3D-tulostettujen osien käyttö oli helppoa. Osat tilattiin ulkomailta, kunnes omalta seudulta löytyi hyvä toimittaja.
”Ulkomaisissa osissa piti aina huomioida toimitusajat verrattuna siihen, että jyväskyläläisen 3D Formtechin toimitusjohtaja Toni Järvitalo heitti töistä tullessaan autotalliini uudet osat”, Mikkola kertoo.
Ensimmäiset Nordic Dronesin kopterit olivat pääsääntöisesti hiilikuidusta käsin koneistettuja, ja niissä oli vähän 3D-tulostettuja osia. Tulosteiden määrä on koko ajan lisääntynyt ja uusimmissa malleissa 3D-tulostusosia on jo noin 100. Kaikkia näitä sataa osaa voidaan ketterästi muokata asiakaskokemusten ja kenttätestien mukaan, nopeimmillaan jo seuraavaan tuotantoversioon. Tämä muokattavuus ja jatkuva tuotteen parantaminen on mahdollistanut yrityksen kasvun.
3D-tulostettujen osien avulla Nordic Drones on voinut myös päivittää vanhoja koneita. Esimerkiksi muuttunut elektroniikka pystytään kiinnittämään vanhaan kopterirunkoon, jos se on kiinnitetty 3D-tulostetuilla osilla.
3D-tulostuksella on valmistettu monenlaisia osia.
”Vaikea osa on ollut esimerkiksi moottorivarsi, joka kiinnitetään runkoon. Siinä kaksi osaa pitäisi saada toisiinsa kiinni mahdollisimman pienellä välyksellä, mutta sen pitäisi olla asennettavissa. Eli sellaiset kohdat ovat hankalia, joissa pitää saada kaksi osaa kiinnitettyä toisiinsa ilman ruuvi- tai liimakiinnitystä”, Mikkola sanoo.
Viranomaisille pitkän lentoajan ja toimintaetäisyyden lisäksi myös laitteen ohjausyhteyksien kotimaisuus on ollut ensisijaista. Uusimpana käänteenä Patria ilmoitti kesäkuussa ostaneensa Nordic Dronesin osakekannan.
”Ilman 3D-tulostustuksen hyödyntämistä tuotteen valmistuksessa ja kehityksessä yrityksemme ei olisi päässyt tähän pisteeseen näin nopeasti”, Mikkola toteaa.
Finnish Additive Manufacturing Ecosystem (FAME) is an innovative industrial ecosystem that brings together key players in the Finnish additive manufacturing field to increase the role of Additive Manufacturing in Finland.
The ecosystem is funded by the participating companies and Business Finland, and is run by DIMECC Oy.
© 2024 DIMECC Oy
