3D打印助力高效“砂模”快速成型

以往金属部件的生产一般要先由模具师傅按照图纸制模，再进行铸造，从制模到成型常常要耗费好几周。如今，智能化3D打印技术正改变这一流程，大幅提高了模具制作的效率。

康硕电气集团有限公司（简称“康硕集团”）不久前正式投产自主研发的智能化无人3D砂型打印系统，其中核心部件就是打印设备。

康硕集团董事长刘斌介绍，智能化无人3D砂型打印系统以微细砂粒为原材料，能够实现从砂型模具切片、工艺设计到生产执行的全流程智能化。铺砂和打印的速度比以往提升了许多，效率几乎翻倍，砂型精度达到A类铸件的标准。

制模速度与精度迈上新台阶

在康硕集团的生产车间，一台型号为KSS1800A的“大型箱体”正在打印一个“大蜗壳”砂型。这台设备就是新一代智能化无人3D砂型打印机。在长1.8米、宽1米的台面上，铺砂器以每秒400毫米的速度均匀铺展含固化剂的细砂粒，打印喷车飞速滑过，数千个微孔同步喷射黏结剂，砂粒和固化剂瞬间反应融合。

“整个模具分2010层，每层铺砂大约有3亿颗粒，总共用了8小时。”康硕集团副总裁兼总工程师白龙表示，打印开始前，技术员会在自研软件上对模型进行切片，生成二维图像并导入操作台，设备自动生成砂型参数和材料用量等核心信息。打印完成后，经过清砂、烘干等工序，砂型就制作完成。“以往要几周，现在一天就能搞定。”白龙说道。

不仅速度提升，砂型的精度和性能也明显提高，实现了铸件的一体化和轻量化。制作现场变得整洁环保，气体和液体排放减少，砂与液料还能循环利用，显著降低了铸造成本。

智能化无人3D砂型打印设备让传统铸造行业迎来新的突破，并不断拓展应用领域。目前，康硕集团生产的砂型已经广泛用于有色金属和黑色金属铸造，相关产品在航空航天、国防等领域规模应用。

“能打”升级为“精打”

作为智能制造领域的领跑企业，康硕集团过去大量依赖进口3D打印设备。“进口的蜡模打印机和砂型打印设备价格高昂，用起来也复杂。”刘斌回忆，多年技术积累后，企业决定自主研发3D砂型打印机。

研发设备过程中遇到不少难题：数亿颗砂粒每层如何铺平铺紧？八千多个微细喷孔怎样实现精准均匀喷射？如何做到双向铺砂、效率比进口设备提升一倍？

康硕集团研发团队从技术原理出发，系统研究砂材成分、砂与固化剂的混合机制、流体行为和喷射动力学等。基础研发突破后，团队设计制造了混砂器、铺砂器以及打印喷车等实验设备，通过反复试验解决了铺砂和喷射一致性的难题。

“喷车有8组喷头，每组内包含上千个微孔。我们采用高频电压控制技术，让8000多个喷孔按设定程序精准、均匀地喷射。”白龙解释。

最具突破性的创新是“双向铺砂”技术。国外同类设备只能单向铺砂，在速度和精度上都有限制。白龙表示，团队借鉴“钟摆锤等半角摆动”原理，开发出能双向铺砂的设备。这样，打印速度提升至每秒1200毫米，每层只需10秒，效率比进口设备高出一倍以上。

“我们实现了从‘能打’到‘精打’的质变。”白龙表示，如今康硕集团的3D砂型打印设备拥有高速双向、变层厚度无缺陷智能铺砂等多项核心技术，砂型生产效率和质量都达到了国际顶尖水平。“进口一台高端设备就要几千万，我们自主研发，价格只有进口的三分之一。”

据悉，这套打印设备可打印硅砂、陶粒砂、碳化硅、含能材料等多种材料。康硕集团未来将推动3D砂型打印向多材料“彩色打印”、超高速双向生产、一体化高效铸型等技术升级。

智慧系统实现全流程无人化

在康硕集团展厅，由智能3D砂型打印设备制造的各类砂型让人眼前一亮。有的为复杂不规则结构，有的由数十根管道精密交织，甚至缝隙细至1毫米。

智能化和数字化的时代，3D砂型打印不仅要“精”，更要“全流程可靠”。

“打印完成后的出芯、清理、转运、检测、仓储等环节难以保证高质量和效率，人工成本也高，严重影响产业化。”白龙介绍。为此，康硕集团研发团队将智能感知、数字孪生、智能打印、图像识别、机器人及空气动力学等先进技术融合，开发出智能化无人3D砂型打印系统。“系统集成了智能控制、自动物料循环、高效打印、自动出芯清砂、精度检测和智能仓储等八大功能，通过‘数字孪生+AI算法’闭环，实现从模型切片、工艺参数优化到全流程无人生产与智能检测。”白龙补充，“砂型从设计到成品入库，全面实现智能化与无人化。”

从单一打印服务到自主研发设备、打造智能铸造生产体系，康硕集团正加速向复杂零件制造、智能产线集成等领域迈进。“我们要做全球领先的3D打印装备，整合最先进系统，推动民族品牌走向世界。”刘斌表示。