American Wind minimo ingombro e grande potenza - QuickParts
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American Wind minimo ingombro e grande potenza

American Wind minimo ingombro e grande potenza grazie alla stampa 3D di Quickparts

American Wind utilizza la stampa 3D del servizio On Demand Manufacturing di Quickparts per sfidare il detto “più grande è meglio è” per le turbine eoliche.

Robert Yost può essere considerato un nuovo Nikola Tesla, il geniale inventore e fautore della corrente alternata, rispetto alla corrente continua proposta da Thomas Edison. Analogamente a Tesla, Yost ha avuto un’idea audace: usare turbine molto piccole, chiamate MicroCubes, per trasformare il processo di conversione del vento in elettricità.

L’ispirazione di Yost è nata da una forza della natura: un tornado che attraversò il nord dell’Alabama nella primavera del 2011.

“Mia moglie ed io eravamo seduti sulla nostra terrazza all’aperto dopo la tempesta e il vento faceva girare un ventilatore a piantana come una trottola”, racconta Yost. “Lei si chiese se non fosse possibile ricavare energia elettrica da qualcosa di così piccolo come quel ventilatore a piantana”.

L’esperienza di Yost in importanti aziende aerospaziali, come Boeing, GE Aircraft Engines e Pratt e Whitney, gli fornì l’abilità pratica per portare avanti l’idea di una piccola turbina eolica. E per mettere in atto questa idea, nel febbraio 2012 creò American Wind.

Un importante alleato nella ricerca di Yost è il servizio di produzione via cloud di Quickparts, che realizza qualcosa che cinque anni fa pochi dicevano si potesse fare: produrre componenti e assiemi in plastica stampati in 3D indistinguibili per resistenza, durata e flessibilità dai componenti realizzati mediante stampaggio a iniezione, ma che possono essere prodotti in un quarto del tempo.

“Abbiamo stabilito un ottimo rapporto tra American Wind e Quickparts”, afferma Yost. “La stampa 3D consente ad American Wind di trovare la corretta configurazione per l’intero progetto. Abbiamo realizzato più di 20 diverse versioni del MicroCube, ognuna delle quali migliora la precedente.

Grande potenza con un ingombro minimo

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Il MicroCube di American Wind è una turbina grande 23x23x23 cm che può generare energia con velocità del vento da circa due chilometri  all’ora fino a 130 km/h e oltre. Ha più profili alari, per catturare una porzione maggiore del flusso eolico che attraversa l’unità, migliorando la coppia utile per generare potenza.

Yost non è il primo a sperimentare una turbina eolica in miniatura e nemmeno il primo a combinare piccole turbine per generare una potenza elettrica maggiore. La differenza è il progetto dei profili alari nel MicroCube, brevettato, e l’efficienza del generatore elettrico nella produzione di corrente alternata trifase.

“Le altre soluzioni non funzionano perché non producono la quantità di elettricità generata dalla nostra unità”, afferma Yost. “Un esaminatore di brevetti americano ci ha detto che non è mai stato realizzato un generatore con le caratteristiche del MicroCube. Quel tipo di efficienza fa la differenza.”

Direttamente dall’idea alla produzione

Il processo di stampa 3D e l’utilizzo di materiali con qualità specifiche legate alle esigenze funzionali di un dato prodotto consente ad American Wind di ridurre di giorni, o persino di settimane, i tempi di sviluppo del prodotto stesso. Quickparts è in grado di produrre componenti di alta qualità, durevoli e pienamente collaudabili, direttamente dai file CAD, senza la necessità di utensili.

“Quickparts ci consente di utilizzare la stampa 3D per sperimentare ciò che funziona e ciò che non funziona in un componente di produzione”, afferma Yost. “Possiamo apportare molteplici modifiche e stamparle senza dover investire migliaia di dollari in stampi o componenti di lavorazione utilizzando materiali costosi.”

“Siamo riusciti a cortocircuitare il processo che porta dall’idea al progetto e dal prototipo alla produzione su piccola scala in un quarto del tempo che sarebbe stato necessario con un processo di progettazione e produzione più tradizionale”.

Attraverso la continua sperimentazione e messa a punto, American Wind e Quickparts hanno optato per una precisa e robusta stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) e tre diversi materiali per il MicroCube:   

  • DuraForm PA (in poliammide) viene utilizzato per la maggior parte degli assemblaggi. È l’ideale per componenti che richiedono una finitura superficiale di qualità e dettagli elaborati.   
  • DuraForm GF (glass-filled, rinforzato con fibra di vetro) viene utilizzato per le unità del generatore, per via della maggiore resistenza del materiale e dell’elevata resistenza al calore. Può sopportare temperature fino a 135°C per lunghi periodi di tempo, secondo Quickparts.  

DuraForm HST Composite viene utilizzato per le pale delle turbine eoliche grazie alla sua elevata rigidità e resistenza termica.

Convalida del progetto più rapida

Yost cita diverse migliorie che è riuscito ad apportare con la stampa 3D, per generare rapidamente nuovi prototipi basati sulle sue iterazioni di progetto:   

  • Progetto di un contenitore più piccolo per il MicroCube, per una produzione più efficiente di stampe 3D.   
  • Miglioramento dei processi di assemblaggio e delle funzionalità dello statore, la parte stazionaria del generatore.   
  • Definizione di un numero maggiore di magneti e requisiti di spazio tra rotore e statore.   
  • Ottimizzazione del passaggio dei cavi all’interno del contenitore e tra gli statori.   
  • Determinazione dell’utilizzo ottimale del materiale tra statori, rotori e cuscinetti.   
  • Configurazione ottimizzata della bobina e dei processi di assemblaggio per il filo magnetico che crea l’elettricità.

“I servizi di Quickparts sono la modalità con la quale viene convalidata la maggior parte dei miei progetti”, afferma Yost. “Dopo che i progetti sono stati completati, utilizziamo il processo di preventivazione di Quickparts basato su cloud per determinare i costi e la fattibilità del progetto. Una volta trovato il confronto ottimale tra design e costi, possiamo facilmente affidare la produzione a Quickparts.”

Da una costa all´altra senza mai ricaricare

Il primo oggetto ad essere trasformato dal MicroCube di American Wind è stata un’auto elettrica Ford C-Max Energi. American Wind ha installato quattro MicroCube sul tetto dell’auto, che generano 2.800 wattora per mantenere carica la batteria agli ioni di litio durante la guida. L’obiettivo di Yost è di attraversare gli Stati Uniti e tornare indietro senza mai collegare la batteria dell’auto per la ricarica.

Durante questo viaggio, Yost illustrerà anche quello che lui chiama Wind Wall (muro del vento), un set di MicroCube che potrebbe essere collocato in ambienti residenziali o industriali per generare energia in modo più efficiente senza dover impattare l’ambiente con enormi turbine eoliche.

Personalizzare la sfida

Con nuovi progetti alla mano e la sua auto parzialmente alimentata dal vento e pronta ad attraversare gli Stati Uniti, Yost è impaziente di sfidare i dubbiosi e compiere la sua missione di creare un’alternativa energetica conveniente che non esaurisca le preziose risorse naturali.

“Sì, le ho sentite le critiche, che è un moto perpetuo e che non si può fare”, afferma. “Sentiamo anche dire che le turbine eoliche non riescono a produrre abbastanza energia in un formato così piccolo come il MicroCube. Non stiamo infrangendo nessuna legge fisica con il MicroCube, ma stiamo spingendo i limiti di ciò che è noto oggi. E abbiamo i risultati dei test per dimostrare che funziona”.

Alla domanda sul perché è lui ad affrontare questa sfida, Yost offre una semplice risposta degna di Tesla: “Se non lo faccio io, chi lo farà?”

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