Le lampade volumetriche sono dispositivi affascinanti che sfruttano l’effetto della persistenza della visione per creare illusioni ottiche tridimensionali. Grazie alla rotazione di una matrice di LED ad alta velocità, la nostra percezione le trasforma in figure luminose sospese nel vuoto. In questo articolo esploreremo un progetto che ha portato alla realizzazione di una lampada volumetrica fai-da-te, alimentata senza fili e costruita con componenti stampati in 3D. Analizzeremo i principi di funzionamento, le sfide incontrate e le soluzioni adottate per rendere il progetto un successo.
Questo articolo ha uno scopo puramente divulgativo e non intende fornire un’analisi accademica né insegnare in modo approfondito i principi fisici e ingegneristici coinvolti nella realizzazione di una lampada volumetrica. L’obiettivo è rendere accessibili concetti complessi a un pubblico più ampio, anche a chi non ha conoscenze pregresse in elettronica, fisica o ingegneria.
Se sei interessato ad approfondire i temi trattati, ti invitiamo a consultare fonti accademiche, articoli scientifici o manuali tecnici su argomenti come elettromagnetismo, meccanica rotazionale, trasferimento di potenza, progettazione elettronica e ottica applicata.
Cos’è una lampada volumetrica e come funziona?
Le lampade volumetriche si basano su un fenomeno chiamato persistenza della visione (PoV, Persistence of Vision), lo stesso principio utilizzato nei display rotanti o negli orologi con LED in movimento. L’idea è semplice: accendendo e spegnendo rapidamente i LED mentre ruotano, si può creare l’illusione di immagini sospese nello spazio.
Nel progetto analizzato, un motore a corrente continua (DC motor) fa ruotare un circuito stampato (PCB) contenente una matrice di LED. Per alimentare i LED senza l’uso di fili che si attorcigliano durante la rotazione, si utilizza una tecnologia di “trasferimento di potenza induttivo”.
L’alimentazione wireless: come funziona?
Normalmente, per fornire energia a un componente in movimento si usano anelli di contatto (slip rings), che permettono il passaggio di corrente mantenendo il collegamento elettrico durante la rotazione. Tuttavia, nel caso di questo progetto, gli anelli di contatto erano troppo ingombranti per una lampada compatta, quindi è stata adottata una soluzione più innovativa: “trasferimento di potenza induttivo”.
Il sistema si basa su due bobine:
- Bobina trasmittente – Si trova nella base della lampada ed è alimentata da una sorgente USB a 5V. Questa bobina genera un campo elettromagnetico alternato.
- Bobina ricevente – È montata sul PCB rotante e capta l’energia dal campo magnetico generato dalla bobina inferiore, convertendola nuovamente in corrente continua per alimentare i LED.
Questo meccanismo è simile a quello utilizzato nei caricabatterie wireless per smartphone, ma adattato a un sistema rotante.
Costruzione della lampada volumetrica
Il progetto prevede diverse fasi, dall’assemblaggio del circuito all’integrazione con il motore e la struttura stampata in 3D.
1. Realizzazione della matrice di LED
La parte principale della lampada è una scheda PCB con una matrice di LED. In questo caso, il creatore ha utilizzato 50 LED SMD saldati con una pasta saldante applicata tramite stencil. Il processo è stato semplificato grazie all’uso di una piastra riscaldante che ha permesso di fissare i componenti con precisione.
2. Assemblaggio del motore e della struttura
Per far ruotare il PCB, è stato utilizzato un motore a corrente continua da 5V con una velocità di rotazione di circa 6000 RPM. Il motore è stato fissato a una struttura in plastica stampata in 3D utilizzando una colla industriale ad alta resistenza.
3. Bilanciamento del sistema
Un problema significativo emerso durante la costruzione è stato lo sbilanciamento della struttura. La presenza della scheda PCB per la ricezione dell’energia su un solo lato ha spostato il centro di massa, causando vibrazioni indesiderate durante la rotazione. Per risolvere questo problema, è stata aggiunta una massa di compensazione sull’altro lato del PCB.
Sfide incontrate e soluzioni adottate
Durante il processo di costruzione, sono emerse alcune difficoltà che hanno richiesto soluzioni creative:
- Problema: alimentazione della parte rotante
- Soluzione: utilizzo della “trasferimento di potenza induttivo” invece degli anelli di contatto.
- Problema: bilanciamento della struttura
- Soluzione: aggiunta di un contrappeso per correggere il centro di massa.
- Problema: saldatura manuale di numerosi LED
- Soluzione: utilizzo di pasta saldante e stencil per un’installazione più precisa e rapida.
Possibili sviluppi futuri
Anche se il progetto attuale si limita a una lampada volumetrica statica, esistono potenziali miglioramenti che potrebbero trasformarla in un vero e proprio display volumetrico.
Alcune possibili evoluzioni includono:
- Controllo programmabile dei LED per visualizzare immagini o testi in tempo reale.
- Aggiunta di più livelli di LED per aumentare la risoluzione volumetrica.
- Utilizzo di microcontrollori per sincronizzare il lampeggio dei LED con la velocità di rotazione.
Conclusione
Questo progetto dimostra come sia possibile realizzare una lampada volumetrica fai-da-te, sfruttando componenti elettronici comuni, una struttura stampata in 3D e una ” trasferimento di potenza induttivo”.
Pur con alcune sfide tecniche, il risultato finale è un dispositivo che combina elettronica, meccanica e ingegneria dei materiali per creare un effetto visivo straordinario.
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Simone Candido
Simone Candido è un ragazzo appassionato del mondo tech nella sua totalità. Simone ama immedesimarsi in nuove esperienze, la sua filosofia si basa sulla irrefrenabile voglia di ampliare a 360° le sue conoscenze abbracciando tutti i campi del sapere, in quanto ritiene che il sapere umano sia il connubio perfetto tra cultura umanistica e scientifica.