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传统铸造中，制造金属零件需模具师傅依图纸制模后再进行浇铸，制模需耗时数周。如今，智能化3D打印正颠覆这一流程，提高制模效率。
日前，康硕电气集团有限公司（以下简称“康硕集团”）自主研发的智能化无人3D砂型打印系统投产。其中，打印设备是其核心装置。
康硕集团董事长刘斌介绍，智能化无人3D砂型打印系统以细砂为打印材料，可实现从砂型模具（以下简称“砂型”）切片、工艺设计到生产执行的全流程智能化。其铺砂与打印速度大幅提升，效率翻倍，打印的砂型精度达A类铸件标准。
制模速度、精度提升
在康硕集团生产车间，一台标号为KSS1800A的“巨型盒子”正在打印“大蜗壳”砂型。这个“巨型盒子”就是智能化无人3D砂型打印设备。在1.8米长、1米宽的工作台上，铺砂器以每秒400毫米的速度铺展裹满固化剂、直径150微米的细砂粒，打印喷车滑过，数千微孔精准喷射黏结剂，与砂粒固化剂瞬间反应黏合。
“这件模具共打印2010层，每层铺砂约3亿粒，耗时8小时。”康硕集团副总裁、总工程师白龙介绍，打印前，技术员在自研软件中拍图切片，生成二维图像，并将其导入打印操作台后，设备软件会自动生成砂型参数、材料用量等关键信息。打印后，再经过清砂、烘干等工序即可完成砂型生产。“传统砂型制造周期达数周，我们只需1天，效率大幅提升。”白龙说。
同时，砂型精度和性能显著提升，铸件一体化、轻量化成为现实。制模现场告别“脏乱差”，气固液排放大幅降低，还实现了砂与液料的循环利用，显著降低了铸造成本。
智能化无人3D砂型打印设备为传统铸造打开了新大门，且持续拓展应用版图。目前，康硕集团生产的砂型已广泛用于有色金属与黑色金属铸造，铸造产品在航空航天、国防军工等领域批量应用。
“能打印”变为“精打印”
作为国内关键零部件领域智能制造的头部企业，康硕集团曾大量进口3D打印设备。“进口蜡模打印机和3D砂型打印设备价格昂贵，且使用不便。”刘斌回忆道，经过多年应用积累，公司决定自主研发3D砂型打印机。
从总结应用经验到造出设备，中间是巨大的技术鸿沟，三大难题摆在面前：每层3亿多粒打印砂如何铺平、铺紧？8000多个微细喷孔如何精准、均匀喷射？怎样实现比进口设备效率翻倍的双向铺砂？
康硕集团研发团队从底层原理入手，系统研究打印砂成分与技术指标、砂与固化剂混制机理、下砂与铺砂流体行为及微细喷射动力学过程。基础研究取得突破后，团队设计制造了混砂器、铺砂器和打印喷车等试验装置，通过试验验证关键技术，攻克了铺砂均匀性和喷射一致性两大难题。
“打印喷车有8组喷头，每组有1000多个微细喷孔。我们采用高频电压控制技术，让8000多个喷孔按既定程序有序喷射，进而实现精确均匀喷射。”白龙说。
智能化无人3D砂型打印设备最具标志性的创新是“双向铺砂”技术。国外同类设备铺砂器只能单向作业，效率和精度打折。白龙说，研发团队从“古典座钟摆锤等半角摆动”原理中获得灵感，研发出双向铺砂器。铺砂器双向铺砂，打印速度达每秒1200毫米，每层打印时间仅为10秒，效率较进口设备翻倍。
“这不仅是速度提升，更是从‘能打印’到‘精打印’的跨越。”白龙说。如今，康硕集团智能化无人3D砂型打印设备拥有双向高速变层厚无缺陷智能铺砂等多项国际首创核心技术，砂型制造效率和质量均达国际领先水平。“进口一台国外高端3D打印设备动辄需花费上千万元，我们通过自主研发和严格把控成本，将价格控制在进口设备的三分之一左右。”白龙说。
据了解，智能化无人3D砂型打印设备可打印的材料包括硅砂、陶粒砂、碳化硅、含能材料等。未来，康硕集团还要让3D砂型打印设备向多材料“彩色打印”、超高速砂型打印双向制造、一体化铸型高效打印等颠覆性技术迭代升级。
智慧系统实现全流程无人化
走进康硕集团展厅，由智能化无人3D砂型打印设备制作的各式砂型令人目不暇接。它们有的由不规则形状组成，有的由数十根管道精密交织而成，有的缝隙细至1毫米。
在数字化、智能化时代，3D砂型打印不仅要“打得精”，还要“全流程更可靠”。
“单台3D打印设备虽是核心，但打印后的出芯、清理、转运、检测、仓储等后处理环节存在质量差、效率低、人工密集等痛点，制约产业化进程。”白龙坦言。为此，康硕集团研发团队集成智能感知、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，研制出智能化无人3D砂型打印系统。“这套系统有智能控制、物料自动循环、高效打印、自动出芯清砂、精度检测及智能仓储等八大功能，构建了‘数字孪生+AI算法’闭环，实现了从模型切片、工艺参数自优化到全流程无人化生产及智能检测的端到端智造。”白龙说，“有了智能化无人3D砂型打印系统，砂型从设计到成品入库，已全部实现智能化、无人化。”
从单一3D砂型打印服务到自主研发3D打印设备、构建铸造智能生产体系，康硕集团的业务正加速向复杂关键零部件智造、智能产线集成等新兴领域延伸。“我们要做世界最好的3D打印装备，集成最先进的系统，打造世界级民族品牌。”刘斌说。
