傳統鑄造中，制造金屬零件需模具師傅依圖紙制模后再進行澆鑄，制模需耗時數周。如今，智能化3D打印正顛覆這一流程，提高制模效率。

日前，康碩電氣集團有限公司（以下簡稱“康碩集團”）自主研發的智能化無人3D砂型打印系統投產。其中，打印設備是其核心裝置。

康碩集團董事長劉斌介紹，智能化無人3D砂型打印系統以細砂為打印材料，可實現從砂型模具（以下簡稱“砂型”）切片、工藝設計到生產執行的全流程智能化。其鋪砂與打印速度大幅提升，效率翻倍，打印的砂型精度達A類鑄件標准。

制模速度、精度提升

在康碩集團生產車間，一台標號為KSS1800A的“巨型盒子”正在打印“大蝸殼”砂型。這個“巨型盒子”就是智能化無人3D砂型打印設備。在1.8米長、1米寬的工作台上，鋪砂器以每秒400毫米的速度鋪展裹滿固化劑、直徑150微米的細砂粒，打印噴車滑過，數千微孔精准噴射黏結劑，與砂粒固化劑瞬間反應黏合。

“這件模具共打印2010層，每層鋪砂約3億粒，耗時8小時。”康碩集團副總裁、總工程師白龍介紹，打印前，技術員在自研軟件中拍圖切片，生成二維圖像，並將其導入打印操作台后，設備軟件會自動生成砂型參數、材料用量等關鍵信息。打印后，再經過清砂、烘干等工序即可完成砂型生產。“傳統砂型制造周期達數周，我們隻需1天，效率大幅提升。”白龍說。

同時，砂型精度和性能顯著提升，鑄件一體化、輕量化成為現實。制模現場告別“臟亂差”，氣固液排放大幅降低，還實現了砂與液料的循環利用，顯著降低了鑄造成本。

智能化無人3D砂型打印設備為傳統鑄造打開了新大門，且持續拓展應用版圖。目前，康碩集團生產的砂型已廣泛用於有色金屬與黑色金屬鑄造，鑄造產品在航空航天、國防軍工等領域批量應用。

“能打印”變為“精打印”

作為國內關鍵零部件領域智能制造的頭部企業，康碩集團曾大量進口3D打印設備。“進口蠟模打印機和3D砂型打印設備價格昂貴，且使用不便。”劉斌回憶道，經過多年應用積累，公司決定自主研發3D砂型打印機。

從總結應用經驗到造出設備，中間是巨大的技術鴻溝，三大難題擺在面前：每層3億多粒打印砂如何鋪平、鋪緊？8000多個微細噴孔如何精准、均勻噴射？怎樣實現比進口設備效率翻倍的雙向鋪砂？

康碩集團研發團隊從底層原理入手，系統研究打印砂成分與技術指標、砂與固化劑混制機理、下砂與鋪砂流體行為及微細噴射動力學過程。基礎研究取得突破后，團隊設計制造了混砂器、鋪砂器和打印噴車等試驗裝置，通過試驗驗証關鍵技術，攻克了鋪砂均勻性和噴射一致性兩大難題。

“打印噴車有8組噴頭，每組有1000多個微細噴孔。我們採用高頻電壓控制技術，讓8000多個噴孔按既定程序有序噴射，進而實現精確均勻噴射。”白龍說。

智能化無人3D砂型打印設備最具標志性的創新是“雙向鋪砂”技術。國外同類設備鋪砂器只能單向作業，效率和精度打折。白龍說，研發團隊從“古典座鐘擺錘等半角擺動”原理中獲得靈感，研發出雙向鋪砂器。鋪砂器雙向鋪砂，打印速度達每秒1200毫米，每層打印時間僅為10秒，效率較進口設備翻倍。

“這不僅是速度提升，更是從‘能打印’到‘精打印’的跨越。”白龍說。如今，康碩集團智能化無人3D砂型打印設備擁有雙向高速變層厚無缺陷智能鋪砂等多項國際首創核心技術，砂型制造效率和質量均達國際領先水平。“進口一台國外高端3D打印設備動輒需花費上千萬元，我們通過自主研發和嚴格把控成本，將價格控制在進口設備的三分之一左右。”白龍說。

據了解，智能化無人3D砂型打印設備可打印的材料包括硅砂、陶粒砂、碳化硅、含能材料等。未來，康碩集團還要讓3D砂型打印設備向多材料“彩色打印”、超高速砂型打印雙向制造、一體化鑄型高效打印等顛覆性技術迭代升級。

智慧系統實現全流程無人化

走進康碩集團展廳，由智能化無人3D砂型打印設備制作的各式砂型令人目不暇接。它們有的由不規則形狀組成，有的由數十根管道精密交織而成，有的縫隙細至1毫米。

在數字化、智能化時代，3D砂型打印不僅要“打得精”，還要“全流程更可靠”。

“單台3D打印設備雖是核心，但打印后的出芯、清理、轉運、檢測、倉儲等后處理環節存在質量差、效率低、人工密集等痛點，制約產業化進程。”白龍坦言。為此，康碩集團研發團隊集成智能感知、數字孿生、智能打印、圖像識別、機器人及空氣動力學等先進技術，研制出智能化無人3D砂型打印系統。“這套系統有智能控制、物料自動循環、高效打印、自動出芯清砂、精度檢測及智能倉儲等八大功能，構建了‘數字孿生+AI算法’閉環，實現了從模型切片、工藝參數自優化到全流程無人化生產及智能檢測的端到端智造。”白龍說，“有了智能化無人3D砂型打印系統，砂型從設計到成品入庫，已全部實現智能化、無人化。”

從單一3D砂型打印服務到自主研發3D打印設備、構建鑄造智能生產體系，康碩集團的業務正加速向復雜關鍵零部件智造、智能產線集成等新興領域延伸。“我們要做世界最好的3D打印裝備，集成最先進的系統，打造世界級民族品牌。”劉斌說。