利用太阳能用沙子制造玻璃物体的 3D 打印机

当设计系学生 Markus Kayser 想要测试他的太阳能、砂土驱动的 3D 打印机时，他知道伦敦公寓外的灰色天空不适合他。于是，他将这个重达 200 多磅的机器运到埃及开罗，自己乘飞机前往，并与官员讨价还价了两天才将其从海关放行。经过几次“小费”和 11 个小时的车程，他终于到达了撒哈拉沙漠。但很快温度就达到了 104 华氏度，他的部件几乎过热，他不得不临时凑合。

几个月前，凯瑟萌生了制作打印机的想法。他想找到一个项目，让太阳不仅仅为设备提供动力。他在网上研究了各种可能性，咨询了物理学教授，并了解到一种将沙子加热到熔点后冷却成固体玻璃的过程。有了足够的阳光、一个大透镜和充足的沙子，他认为他也许能够生产玻璃器皿。

为了使打印机高效工作，镜头的焦点必须对准沙子表面。他知道太阳会移动，焦点会在此过程中移动，因此他订购了一个 4.5 英尺宽的镜头，并为其建造了一个电动框架。用于打印物体的中央沙箱向各个方向移动，整个机器围绕其中心旋转。两个铝制臂一端支撑镜头，另一端支撑太阳能电池板，可以从正上方旋转到 45 度角以追逐太阳。在连接笔记本电脑的 CAD 设计指导下，打印机利用集中的阳光光束将物体一层一层地缓慢追踪到沙箱中。太阳将沙子融化，然后冷却成玻璃。

当电子设备开始过热时，凯瑟切开一个汤罐，将其侧面切成薄片并弯曲成风扇叶片，将这个作品连接到旋转的直流电机上，然后将其对准电路板。太阳只融化了沙子，经过四个多小时，他打印了一个玻璃碗，后来又打印了几个雕塑。他承认它们并不完美；他说他本可以使用更复杂的光学器件。但他补充说，完美并不是重点：“这是为了展示潜力。”

工作原理

时间： 8周
费用： 3,500 美元

追踪

Kayser 在镜框上垂直于镜头安装了一个圆柱形太阳追踪器。当太阳与镜头成一条直线时，它会直接穿过圆柱顶部的开口。当太阳移动时，光线会以一定角度照射进来，在圆柱内形成阴影。内部的传感器会检测阴影并将其位置数据传送给 Kayser 的计算机，计算机会指示电动镜框进行调整，以正确对准镜头。

印刷

Kayser 首先在 CAd 程序中设计他想要打印的物体。他的计算机向打印机发送指令，打印机从下往上工作。一层冷却成玻璃后，他向机器中心的沙箱中添加更多沙子并将其压平，然后打印机开始加热下一层。Kayser 的第一个主要作品是一个碗，花了大约四个半小时才打印出来。

力量

两块光伏电池板（分别位于机器的两侧）为打印机供电。由于电池板与镜头连接在同一臂上，因此它们还可以利用太阳跟踪功能，确保始终能够获得直射光。