AeroFab: the print-your-own portable wind turbine

Despite the great interest of academia in portable wind turbine innovations and the off-grid community’s tendency to leverage small-scale wind energy as a supplement to solar power, many wind turbines on the market fail to satisfy users from a functionality, reliability, and product design perspectives. On the other hand, unlike solar energy systems, which are widely accepted to build as DIY projects with high levels of user control, wind turbines—regardless of scale—remain predominantly company-owned products, left to professional craftsmanship due to their complex architecture and required engineering knowledge. This gap, however, limits accessibility to these systems and their integration into household energy setups. The current state of maker community projects, particularly in the field of 3D printing, demonstrates both the feasibility of and interest in exploring complex systems, such as small-scale wind turbines, as DIY projects. However, many members of this community lack the engineering knowledge necessary to develop such a project independently. This study aims to develop an open-source design for a 3D-printable wind turbine, focusing specifically on the needs and requirements of off-grid contexts. Through a New Product Development approach—which integrates user requirements, market validation, technical research, ideation, and manufacturing optimization—a space-efficient, small-scale wind turbine with a nominal power capacity of 20 watts and customizable installation options has been developed. Every design component has been optimized for household 3D printing, and all purchased components are accessible, standardized parts from the mass-manufactured market. This project lays a strong foundation for a product that is both academically well-researched, ensuring feasibility and efficiency, and well-designed from a product perspective, adhering to usability, manufacturability, and reliability standards. Moreover, this product is open to further iterations and optimizations by other designers and engineers within the maker community, fostering an ongoing improvement process. This evolution will not only contribute to off-grid energy self-sufficiency but also enhance knowledge and innovation in green energy harvesting projects within the maker community.

Nonostante il grande interesse del mondo accademico per le innovazioni nelle turbine eoliche portatili e la tendenza della comunità off-grid a sfruttare l’energia eolica su piccola scala come integrazione al solare, molte turbine eoliche attualmente in commercio non riescono a soddisfare gli utenti dal punto di vista della funzionalità, dell’affidabilità e del design del prodotto. D’altro canto, a differenza dei sistemi a energia solare, ampiamente accettati come progetti fai-da-te con un alto grado di controllo da parte degli utenti, le turbine eoliche—indipendentemente dalla loro scala—rimangono perlopiù prodotti di proprietà aziendale, affidati alla manifattura professionale a causa della loro complessa architettura e delle competenze ingegneristiche richieste. Questo divario, tuttavia, limita l’accessibilità a questi sistemi e la loro integrazione negli impianti domestici di produzione energetica. Lo stato attuale dei progetti della comunità maker, in particolare nel campo della stampa 3D, dimostra sia la fattibilità che l’interesse nell’esplorare sistemi complessi, come le turbine eoliche su piccola scala, in ottica fai-da-te. Tuttavia, molti membri di questa comunità non dispongono delle conoscenze ingegneristiche necessarie per sviluppare autonomamente un progetto di questo tipo. Questo studio si propone di sviluppare un design open-source per una turbina eolica stampabile in 3D, concentrandosi specificamente sulle esigenze e i requisiti dei contesti off-grid. Seguendo un approccio di Sviluppo di Nuovo Prodotto—che integra i bisogni degli utenti, la validazione di mercato, la ricerca tecnica, l’ideazione e l’ottimizzazione della produzione—è stata sviluppata una turbina eolica compatta e salvaspazio, con una potenza nominale di 20 watt e opzioni di installazione personalizzabili. Ogni componente del design è stato ottimizzato per la stampa 3D domestica, mentre tutti i componenti acquistabili sono parti standardizzate e facilmente reperibili sul mercato della produzione di massa. Questo progetto rappresenta una solida base per un prodotto che sia al contempo ben documentato dal punto di vista accademico—garantendone fattibilità ed efficienza—e ben progettato dal punto di vista del design del prodotto, rispettando gli standard di usabilità, producibilità e affidabilità. Inoltre, il design è aperto a ulteriori iterazioni e ottimizzazioni da parte di altri designer e ingegneri all’interno della comunità maker, favorendo un processo di miglioramento continuo. Questa evoluzione non solo contribuirà all’autosufficienza energetica in contesti off-grid, ma arricchirà anche la conoscenza e l’innovazione nei progetti di raccolta di energia sostenibile all’interno della comunità maker.