American Wind: Micro-empreinte et macro-résultat - QuickParts
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American Wind: Micro-empreinte et macro-résultat

American Wind : Micro-empreinte et macro-résultat avec l’impression 3D Quickparts

American Wind fait appel à l’impression 3D du service de fabrication à la demande de Quickparts pour défier l’argument « plus gros c´est mieux » s´agissant d´éoliennes.

Robert Yost peut s’identifier à Nikola Tesla, l’inventeur de génie qui s´est fait l´avocat du courant alternatif par rapport au courant continu de Thomas Edison. Comme Nikola Tesla, M. Yost a une vision ambitieuse : utiliser de minuscules turbines appelées MicroCubes pour transformer l’ énergie du vent en électricité.

L’inspiration de M. Yost est venue d’un phénomène naturel : une tornade qui a traversé le nord de l’Alabama au printemps 2011.

« Ma femme et moi étions assis sur notre terrasse après la tempête, et le vent faisait tourner un ventilateur sur pied comme une toupie, » raconte M. Yost. « Ma femme m´a demandé pourquoi l´on ne pourrait pas exploiter l’énergie électrique d’un objet aussi petit que ce ventilateur sur pied. »

L’expérience de M. Yost, qui a travaillé pour de grandes entreprises aéronautiques telles que Boeing, GE Aircraft Engines et Pratt and Whitney, lui a donné les compétences pratiques nécessaires pour construire une petite éolienne. Il a créé American Wind en février 2012 pour concrétiser sa vision.

Un allié de taille dans la quête de M. Yost est le service de fabrication en ligne de Quickparts, qui permet de faire ce que peu de gens pensaient possible il y a seulement cinq ans : fabriquer des pièces et des assemblages en plastique imprimés en 3D dont la résistance, la souplesse sont identiques à celles de pièces obtenues par injection, mais 4 fois plus rapidement.

« Nous avons établi une très bonne relation entre American Wind et Quickparts, » déclare M. Yost. « L’impression 3D permet à American Wind d’expérimenter la bonne configuration pour la conception globale. Nous avons réalisé plus de 20 versions différentes de ce MicroCube, chacune plus performante que la précédente.

Beaucoup d´énergie produite par un petit appareil

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Le Microcube d’American Wind est une turbine de 9 x 9 x 9 pouces (23 x 23 x 23 cm) capable de produire de l’électricité avec des vents de 2 à 130 km/h voire plus. Il est doté de plusieurs ailettes aérodynamiques pour capter une plus grande partie du flux éolien à travers l’unité, améliorant ainsi le couple servant à générer l’énergie.

M. Yost n’est pas le premier à expérimenter une éolienne miniature, ni même le premier à combiner plusieurs mini-turbines pour générer une plus grande puissance électrique. La différence réside dans la conception des ailettes du MicroCube breveté, et dans le rendement du générateur produisant le courant alternatif triphasé.

« Les solutions concurrentes ne sont pas intéressantes car elles sont incapables de produire la même quantité d´énergie que notre unité, » explique M. Yost. « Un examinateur de brevets américain nous a dit qu’il n’y avait jamais eu de générateur créé avec les caractéristiques du MicroCube. Le rendement atteint fait toute la différence. »

Passage rapide de la conception à la production

Le processus d’impression 3D et l’utilisation de matériaux aux qualités spécifiques répondant aux besoins fonctionnels d’un produit permettent à American Wind de réduire de plusieurs jours, voire de plusieurs semaines, les délais de développement. Quickparts peut produire des pièces de haute qualité, solides et fonctionnelles, directement à partir de fichiers CAO, sans aucun outillage.

« Quickparts nous permet d’utiliser l’impression 3D pour explorer ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas avec une pièce de production, » explique M. Yost. « Nous pouvons effectuer de multiples modifications et les imprimer sans investir des milliers de dollars dans de nouveaux moules, ni usiner de pièces dans des matériaux coûteux.

Nous avons pu contracter tout le processus allant de l’Idée à la conception, au prototypage et à la production en petite série, en divisant le temps par 4 comparativement à un  processus traditionnel. »

À la suite d´expérimentations et de mises au point successives, American Wind et Quickparts ont opté pour l’impression 3D par frittage laser sélectif (SLS), précise et robuste, et sélectionné trois matériaux différents pour le MicroCube :

  • Le polyamide (PA) DuraForm est utilisé pour la plupart des assemblages. Ce matériau est idéal pour les pièces nécessitant finesse des détails et qualité de surface.   
  • Le DuraForm chargé de verre (GF) est utilisé pour les unités du générateur, en raison de sa solidité accrue et de sa grande résistance à la chaleur. Ce matériau peut supporter des températures jusqu’à 135°C pendant de longues périodes, selon Quickparts.   
  • Le composite DuraForm HST est utilisé pour les pales d’éoliennes pour sa grande rigidité et sa résistance thermique.

Validation de conception plus rapide

M. Yost cite plusieurs améliorations qu’il a pu apporter en utilisant l’impression 3D pour générer rapidement de nouveaux prototypes basés sur ses itérations de conception :

  • Conception d’un boîtier MicroCube plus petit pour une fabrication par impression 3D optimisée.    Amélioration des processus d’assemblage et de la fonctionnalité du stator, la partie stationnaire du générateur.   
  • Définition des multiples aimants et ajustement des tolérances entre rotor et stator.   
  • Optimisation des cablages à l’intérieur du boîtier et dans les stators.    
  • Détermination des matériaux optimaux à utiliser pour les stators, les rotors et les paliers.   
  • Optimisation des processus de configuration et d’assemblage des bobines générant l’électricité.

« Quickparts me sert à valider la plupart de mes conceptions, » déclare M. Yost. « Une fois la conception terminée, nous utilisons l´outil de devis en ligne de Quickparts pour déterminer le coût et la faisabilité de la conception. Une fois trouvé le meilleur rapport conception/coût, nous pouvons confier la fabrication à Quickparts. »

D’un océan à l’autre sans recharger

Le premier équipement transformé à l´aide du MicroCube d’American Wind est une voiture électrique Ford C-Max Energi. American Wind a installé quatre MicroCubes sur le toit de la voiture, qui génèrent 2 800 watts pour maintenir la batterie lithium-ion chargée pendant le roulage. L’objectif de M. Yost est de traverser les États-Unis ( Aller- Retour ), sans jamais brancher la batterie de la voiture pour la recharger.

Au cours de son voyage, M. Yost fera aussi la démonstration de ce qu’il appelle un « mur de vent », un assemblage de MicroCubes qui pourrait être placé dans des habitations ou des installations industriels pour produire de l’énergie avec un meilleur rendement, sans encombrer l’environnement d’énormes éoliennes.

Personnaliser le défi

Avec de nouvelles conceptions en main et sa voiture partiellement alimentée par le vent prête à décoller à travers les États-Unis, M. Yost est impatient d’affronter les sceptiques et de remplir sa mission, à savoir créer une alternative énergétique rentable qui n’épuise pas les précieuses ressources naturelles.

« Oui, j’ai entendu toutes les critiques affirmer qu’il s’agissait d’un mouvement perpétuel, ce qui ne peut pas exister, » dit-il. « On me dit aussi que les éoliennes ne peuvent pas produire suffisamment d’énergie dans un format aussi petit que celui du MicroCube. Nous n’enfreignons aucune loi de la physique avec le MicroCube, mais nous repoussons les limites de ce qui est possible aujourd’hui. Et nous avons les résultats de tests pour prouver que ça fonctionne. »

Lorsqu’on lui demande pourquoi il relève ce défi, M. Yost fait une réponse simple, digne de Nikola Tesla : « Si je ne le fais pas, qui le fera ? »

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