日前，在晋城市康硕集团生产车间看到，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。在一块长1.8米、宽1米的工作台上，铺砂器以每秒400毫米的速度均匀铺展裹满固化剂、直径达150微米的细砂粒。随着打印喷车滑过，数千微孔精准喷射黏结剂与砂粒固化剂瞬间反应黏合。
图为智能化砂型3D打印设备。（来源：晋城发布）
康硕集团董事长刘斌介绍说：“我们的智能化无人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。这一系统不仅大幅提升了铺砂与打印的速度，效率翻倍，而且打印出的砂型精度达到了A类铸件标准。”
制模速度和精度大提升
晋城市铸造产业历史悠久。然而，在传统铸造工艺中，制造金属零件需模具师傅依据图纸精心制模，再进行浇铸，这一过程往往耗时数周。如今，智能化3D打印技术的引入，正彻底颠覆这一传统流程，极大地提高了制模效率。康硕集团自主研发的智能化无人3D砂型打印系统已顺利投产，其中打印设备作为核心装置，发挥着举足轻重的作用。
“这件模具共打印了2010层，每层铺砂约3亿粒，仅耗时8小时。”康硕集团副总裁、总工程师白龙介绍道。在打印前，技术员会利用自研软件对模型进行切片处理，生成二维图像，并将其导入打印操作台。设备软件会自动生成砂型参数、材料用量等关键信息，为后续的打印工作提供精准指导。打印完成后，再经过清砂、烘干等工序，即可完成砂型的生产。
同时，智能化无人3D砂型打印技术还显著提升了砂型的精度和性能，使得铸件一体化、轻量化成为现实。制模现场告别了以往的“脏乱差”环境，气固液排放大幅降低，实现了砂与液料的循环利用，显著降低了铸造成本。
图为砂模。（来源：晋城发布）
智能化无人3D砂型打印设备为传统铸造业打开了一扇全新的大门。目前，康硕集团生产的砂型已广泛应用于有色金属与黑色金属铸造领域，铸造产品在航空航天、国防军工等高端领域实现了批量应用。
“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，康硕集团曾大量依赖进口3D打印设备。“进口蜡模打印机和3D砂型打印设备不仅价格昂贵，而且使用起来并不方便。”刘斌回忆道。经过多年的应用积累，康硕集团决定自主研发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？
面对这些挑战，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。在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，并通过试验验证了关键技术，成功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。
而智能化无人3D砂型打印设备最具标志性的创新，则是“双向铺砂”技术。与国外同类设备铺砂器只能单向作业相比，康硕集团的双向铺砂器大大提高了效率和精度。“研发团队从‘古典座钟摆锤等半角摆动’原理中获得灵感，成功研发出双向铺砂器。”白龙介绍道。该铺砂器可实现双向铺砂，打印速度高达每秒1200毫米，每层打印时间仅需 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，康硕集团的智能化无人3D砂型打印设备已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到了国际领先水平。
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。下一步，康硕集团将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质的提升
走进康硕集团的展厅，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。有的由不规则形状巧妙组合而成，有的由数十根管道精密交织而成，有的缝隙细至仅1毫米。
“虽然单台3D打印设备是核心，但打印后的出芯、清理、转运、检测、仓储等后处理环节仍存在质量差、效率低、人工密集等痛点，这些问题制约了产业化进程。”白龙坦言。为此，康硕集团研发团队集成了智能感知、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，成功研制出智能化无人3D砂型打印系统。
“这套系统具备智能控制、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’的闭环体系，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。”白龙介绍道。
从提供单一的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。（记者：崔振海 通讯员：赵向南）
