Давайте начнем с очевидного: этот принтер должен быть действительно большим. Не из-за большого объема печати, а потому, что ему нужно собрать много солнечного света или нужен действительно большой фокусирующий массив. Связанный вопрос утверждает, что массив там, около 0,6 м2, имеет около 600 Вт мощности, чтобы сосредоточиться на этой точке.

Потребности в потреблении энергии

С какими силами мы имеем дело?

Типичный лазерный резак использует лазерную трубку, которая, по крайней мере, 20 Вт для тонкого материала и до 300 Вт для более толстого материала. Но нам нужно сварить сталь, поэтому мы должны быть примерно эквивалентны режущему лазеру для того же материала. Речь идет не просто о сотнях Ватт, а о промышленных 2000-200 Вт в лазере диаметром менее миллиметра. Почему я говорю "позже"? Ну, мощность нужна масштабами с площадью, которая масштабируется с квадратом радиуса.

Давайте возьмем примерный образец-хороший круглый лазер мощностью 10000 Вт с несколько большим поперечным сечением 1 мм2. Мы говорим о приблизительном показателе в 100 Гигаватт на квадратный метр.

$L=P/A=\frac{10000\ \text W}{0,001\times 0.001\ \text m^2}=10^{10}\frac{\text W}{\text m^2}$

Размер комбайна солнечной энергии

К счастью, нам не нужно освещать целый квадратный метр, поэтому нам нужно всего лишь около 10 киловатт солнечного света для нашего приложения. Но нам нужно это число, чтобы вычислить, сколько солнечного света нам нужно собрать в нашей плавильной машине.

В стратосфере Земля получает около 1400 Вт/м2, а в солнечный день около 1 кВт/м2 попадает на поверхность, мы называем это солнечной постоянной $S$. Теперь, если мы сравним бейсбольные площадки, то быстро увидим размер бейсбольного поля нашей машины:

$P/S=A=\frac{10 \text{ kW}}{1 \frac {\text{kW}} {\text m^2}} = 10\ \text m^2$

10 квадратных метров уборочной площади дают нам такую же мощность. Кстати, это линейно масштабируется с пунктом, обсуждаемым в связанном вопросе, поскольку он уже использует квадратные метры.

Размер вниз

Но 10 квадратных метров зеркал в фокусе, а затем линзы в фокусе огромны, можем ли мы сделать его меньше? И на это я должен кое-что сказать. Во-первых, мы могли бы сделать наш фокус меньше: нам нужно получить 10 гигаватт на квадратный метр за наши $L$, но мы можем повернуть два винта здесь: что, если мы получим от 1 мм2 до всего 0,1 мм2?

$P=L*A=10^{10}*(0.0001\times 0.0001)\ \text W=100 W$

100 Ватт, сфокусированных на 0,1 мм2, - это шестая часть мощности, которую может обеспечить массив, настолько полностью выполнимая с точки зрения мощности, что вы можете достичь такой небольшой фокусной точки.

Заключение

Да, с фокусирующим массивом достаточно хорошо или зеркальным массивом достаточно большим, вы могли бы достичь сил, необходимых для плавления металлов в точечном фокусе. Обратите внимание, однако, что вам нужно иметь действительно хорошую настройку фокусировки, которая создает в значительной степени лазер на солнечной энергии, что означает, что такая машина будет чрезвычайно дорогой из-за высокоточного оборудования, необходимого для этого, и что эта фокусирующая диафрагма, скорее всего, будет самой большой частью вашей машины. Мы говорим о масштабе размеров зданий. Мне было бы дешевле и проще просто поставить много солнечных панелей на крышу здания, в котором вы запускаете обычный металлический 3D-принтер.