一種利用太陽能從沙子製造玻璃物體的3D列印機 一種利用太陽能從沙子製造玻璃物體的3D列印機

一種利用太陽能從沙子製造玻璃物體的3D列印機

一種利用太陽能從沙子製造玻璃物體的3D列印機

設計系學生馬庫斯·凱澤想測試他那台太陽能驅動、沙料進料的3D列印機,他知道倫敦公寓外陰沉的天空肯定不合適。於是,他把這台重達200多磅的機器運到了埃及開羅,自己飛過去,然後和海關官員討價還價了兩天才把它放行。經過一番「小費」和11小時的車程,他終於抵達了撒哈拉沙漠。但很快,氣溫就飆升到了華氏104度(約攝氏40度),印表機的零件幾乎過熱,他不得不臨時想辦法。

幾個月前,凱澤就萌生了製作太陽能印表機的想法。他想找到一個太陽能不僅僅用來為設備供電的項目。他上網搜尋相關訊息,諮詢物理學教授,並了解到一種將沙子加熱到熔點後冷卻成固體玻璃的工藝。他心想,如果陽光充足,再加上一個大透鏡和充足的沙子,或許就能製造玻璃器皿了。

阿莫斯·菲爾德·里德

為了使印表機有效運作,鏡頭的焦點必須精確對準沙面。他知道太陽會移動,焦點也會隨之改變,因此他訂購了一個4.5英尺寬的鏡頭,並為其建造了一個電動框架。用於列印物體的中央沙箱可以向各個方向移動,整台機器也圍繞其中心旋轉。兩根鋁製機械手臂,一端固定鏡頭,另一端固定太陽能板,可從正上方向下旋轉到45度角,以追逐太陽。印表機在連接的筆記型電腦提供的CAD設計指導下,利用聚焦的陽光,逐層地在沙箱中描繪出物體的輪廓。太陽融化沙子,冷卻後形成玻璃。

當電子元件開始過熱時,凱澤切開一個湯罐,將罐身切開並彎曲成風扇葉片,然後將這個裝置連接到旋轉的直流馬達上,並對準電路板。太陽只融化了沙子,四個多小時後,他印出了一個玻璃碗,之後又印了幾件雕塑作品。他承認這些作品並不完美;他說他本來可以使用更複雜的光學元件。但他補充說,完美並不是重點:“這是為了展現潛力。”

工作原理

時間: 8 週
費用: 3500美元

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追蹤

凱澤公司在鏡頭框架上安裝了一個圓柱形太陽追蹤器,使其與鏡頭垂直。當太陽直射鏡頭時,光線會直接穿過圓柱體頂部的開口。隨著太陽位置的移動,光線會以一定角度照射進來,在圓柱體內形成陰影。內部的傳感器會檢測這些陰影,並將陰影位置數據傳輸到凱澤公司的計算機,計算機隨後控制電動框架進行調整,以使鏡頭正確對準鏡頭。

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印刷

凱澤先用CAD軟體設計他想要列印的物件。他的電腦向印表機發送指令,印表機從下往上逐層列印。一層冷卻成玻璃後,他會在機器中央的沙箱裡添加更多沙子並將其壓平,然後印表機開始加熱下一層。凱澤的第一件大型作品是一個碗,印刷耗時約四個半小時。

力量

機器兩側各有一塊光電板,為印表機供電。由於這些光伏板與鏡頭安裝在同一臂上,因此它們也能受益於太陽追蹤系統,確保始終獲得直射光。