3D 打印砂型不是"随便什么砂都能打"。砂的目数、树脂的种类、固化剂的酸度，直接决定三件事：能不能打出来、打出来能不能浇、一吨砂花多少钱。这篇是我们内部给客户做配砂建议时用的判断表，按铸件材质倒推材料，不是按设备推材料。
| 铸件材质 | 推荐原砂 | 目数 | 粘结剂 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| 灰铸铁 / 球墨铸铁 | 硅砂（石英砂） | 70/140、100/140 | 呋喃树脂（酸固化） | 泵体、阀体、机床件、汽车支架 |
| 碳钢 / 低合金钢 | 硅砂 或 宝珠砂（陶粒砂） | 70/140 | 酚醛树脂 / 呋喃（高氮） | 大型铸钢件、齿轮箱、重型机械 |
| 高锰钢 / 耐热钢 | 宝珠砂、铬铁矿砂（面砂） | 70/140 | 酚醛树脂 | 耐磨件、破碎机锤头 |
| 铝合金 | 硅砂 或 宝珠砂 | 100/140、140/270 | 呋喃 / 无机粘结剂 | 缸盖、缸体、电机壳、叶轮 |
| 铜合金 | 硅砂、宝珠砂 | 100/140 | 呋喃 | 螺旋桨、阀体、泵壳 |
| 薄壁 / 高精度复杂件 | 宝珠砂（球形） | 100/140、140/270 | 酚醛 / 无机 | 增压器、精密液压件、航空件 |
上表是常规判断，具体牌号需按铸件壁厚、浇注温度、批量再校核。我们给客户出方案时会再跑一遍内部选砂校核表（按铸件的模数、浇注温度、砂铁比三个输入算）。
成本最低、供应最稳，是 3D 打印砂型的主力。优点不用解释；缺点有两个：热膨胀大（石英在 573℃ 发生相变，体积突变），厚大件容易产生脉纹和热裂；球形度差，流动性不如宝珠砂，铺砂均匀性更依赖设备精度。
目数选择：
AFS 细度是同行对齐的通用口径，3D 打印砂型常用区间在 AFS 55–70。同一个"70/140"不同供应商的实际分布能差不少，所以进厂必须做筛分复检，不能只看牌号。
球形、低热膨胀、耐火度高、可反复再生。三个直接好处：
代价是单价通常是硅砂的 3–6 倍。所以现实做法是分层用砂：面砂用宝珠砂，背砂用硅砂，或在关键区域局部换砂。设备侧是支持的——在线混砂机同时适配石英砂与陶粒砂，换砂只需改混砂参数并清空管路，不需要换机型。
耐火度最高、激冷效果好，用在铸钢件、高合金件的面砂层。单价高（通常是硅砂的 8–15 倍），只做面砂，不做全型。锆砂密度大（约 4.6 g/cm³），混砂时容易与硅砂分层，铺砂器要相应调整。
同样做面砂，用于厚壁铸钢、高锰钢，靠激冷细化晶粒。成本介于宝珠砂和锆砂之间。铬铁矿砂含铬，废砂处置要按当地环保要求走，这一点在环评阶段就要确认。
牌号只是入场券，真正决定打出来好不好的是这 6 个指标。建议每批到货抽检并留档：
| 检验项 | 为什么查 | 异常后果 |
|---|---|---|
| 粒度分布（筛分） | 与标称目数是否一致，微粉比例 | 微粉多 → 发气量上升、透气性差 |
| 含泥量 | 黏土等杂质含量 | 含泥高 → 树脂被吸附、强度下降 |
| 角形系数 | 颗粒圆度，影响流动性与堆积密度 | 角形系数差 → 铺砂层厚不均 |
| 酸耗值 | 砂消耗固化剂酸的量 | 酸耗值高 → 固化不足、需加大固化剂 |
| 灼烧减量（LOI） | 有机残留 | LOI 高 → 发气量上升、气孔 |
| 水分 | 游离水含量 | 水分高 → 固化变慢、强度低、气孔 |
酸耗值是最容易被忽略的一项。同样加 30% 固化剂，酸耗值高的砂会把酸"吃掉"一部分，实际参与固化的酸变少，结果就是"固化剂明明加够了却还是塌箱"。换供应商、换批次时必须重测酸耗值，再定固化剂比例。
| 呋喃树脂 | 酚醛树脂 | 无机粘结剂 | |
|---|---|---|---|
| 固化方式 | 酸催化 | 碱/酯固化 | 脱水/高温固化 |
| 常温强度 | 高 | 中–高 | 中 |
| 高温强度 | 中 | 高 | 高 |
| 发气量 | 大 | 中 | 小 |
| 气味 / VOC | 明显（甲醛、糠醇） | 中 | 几乎无 |
| 适用材质 | 铸铁、有色 | 铸钢、高合金 | 铝、铸钢、环保要求高的场景 |
| 旧砂再生 | 较易（热法/机械） | 较难 | 较易 |
| 相对成本 | 低 | 中 | 高 |
| 可使用时间可调性 | 好（调酸量） | 中 | 差 |
呋喃（糠醇基）树脂靠酸固化，强度建立快、成本低，是铸铁和有色件的默认选择。两个必须提前设计好的代价：
代价一：发气量大。浇注时树脂分解产生大量气体，砂型排气不足直接出气孔。同样的铸件，用呋喃的排气设计要比用无机粘结剂更保守——多开排气、控制树脂加入量、避免局部树脂堆积。发气量随树脂加入量近似线性上升，所以"多加树脂保强度"是一笔双输的账：强度上去了，气孔也跟着上去了。
代价二：气味和 VOC。游离甲醛和糠醇是真实的职业健康问题（这也是"铸造 3D 打印容易得白血病吗"这类搜索的来源）。处理方式不是回避，是三道工程措施：打印与清砂区密闭负压、活性炭/催化燃烧处理、作业人员佩戴合规防护并做定期体检。车间浓度按 GBZ 2.1 做检测留档。
热强度高、发气量低于呋喃，厚大铸钢件不容易在浇注时塌箱。代价是固化剂体系不同（碱性酚醛用酯），旧砂再生比呋喃麻烦，砂的碱性残留会影响下一轮固化。
硅酸盐/磷酸盐体系，几乎无 VOC，是环保压力大的铸造厂（尤其在建项目环评阶段）最想要的方案。但三个代价要说清：
用在铝合金和部分铸钢上成熟，用在厚大铸铁件上要谨慎。
不同供应商的树脂和固化剂是配套设计的，混用会出现"看着固化正常、浇注时塌箱"这类难查的问题。换供应商要整组连固化剂一起换，并重新做强度与发气量验证，不能只换树脂。
酸固化呋喃体系常用对甲苯磺酸（pTSA）、苯磺酸或磷酸做固化剂。三个参数必须写进工艺卡：
| 参数 | 常用范围 | 调错的后果 |
|---|---|---|
| 固化剂占树脂比例 | 20%–40% | 偏低：固化不足、脱模塌箱；偏高：可使用时间过短、混砂机结块 |
| 树脂加入量（占砂重） | 1.2%–2.0% | 偏低：强度不够；偏高：发气量上升、成本上升、旧砂烧失量升高 |
| 可使用时间（min） | 按混砂到铺砂的节拍定，一般 8–20 min | 短于设备节拍：混砂机堵塞、层间结合不良 |
温度是最强的隐藏变量。酸固化反应对温度极敏感——环境温度每升高 10℃，反应速度大约翻一倍。同一个配比，冬天 12℃ 车间和夏天 32℃ 车间，可使用时间能差 4 倍以上。所以工艺卡不能写死一个数值，要按季节给两组参数，并在车间装温湿度计做记录。
湿度同样会咬人：高湿环境下砂子吸潮，固化剂被稀释，强度建立变慢，同时发气量上升。南方梅雨季和北方冬季要分别给参数。
| 参数 | 冬季（<18℃） | 夏季（>28℃） |
|---|---|---|
| 树脂加入量 | 上调 0.1–0.2 个百分点 | 基准值 |
| 固化剂比例 | 上调 5–10 个百分点（占树脂） | 下调 5 个百分点 |
| 砂温 | 加热至 20–25℃ 再混砂 | 控制在 30℃ 以下 |
| 车间温度 | 不低于 15℃ | 尽量降温，超过 33℃ 停打或缩短节拍 |
| 可使用时间监控 | 每班实测 | 每班实测 |
这张表的具体数值必须按你们自己的车间和材料校正——同一个配比换到另一个车间就不适用。但"分冬夏两组"这个做法本身是通用的。
| 目标 | 层厚 | 配套目数 | 代价 |
|---|---|---|---|
| 表面质量优先 | 0.2–0.3 mm | 100/140 或更细 | 打印时间增加 40%–100% |
| 通用平衡 | 0.3–0.4 mm | 70/140 | — |
| 效率优先（大件粗做） | 0.4–0.5 mm | 70/140 或更粗 | 台阶纹明显，加工余量要留足 |
参考设备实际能力：J2500 成型 2500×1500×1000 mm、层厚 0.2–0.5 mm、精度 ±0.3 mm；J4000 采用无砂箱柔性区域成型，成型 4000×2000×1000 mm、层厚 0.2–0.5 mm、精度 ±0.5 mm，可按需扩展打印平台满足 4 米+级需求；J4000Pro 幅面更大（4000×2500×1500 mm），层厚区间可到 0.2–0.8 mm。层厚往更薄走设备能支持，但材料上必须配更细的砂和更精确的喷墨量，否则细层厚换不来表面改善，只换来时间翻倍。
一个经验判断：层厚不应小于砂子最大粒径的 1.5 倍。70/140 目最大粒径约 0.212 mm，层厚 0.3 mm 是合理下限；硬压到 0.2 mm 会出现铺砂层被刮破、层间夹砂。
这是客户问得最多的。给出结构性算法，具体单价按当地采购填：
| 项 | 用量（每吨砂型） | 说明 |
|---|---|---|
| 原砂 | 1,000 kg | 硅砂/宝珠砂，按当地到厂价 |
| 树脂 | 12–20 kg | 按 1.2%–2.0% 加入量 |
| 固化剂 | 3–8 kg | 按树脂的 20%–40% |
| 旧砂回用抵扣 | −80% ~ −95% 的新砂用量 | 有再生系统时，这是最大的一笔省 |
| 能耗（打印+固化+再生） | 按当地电价 | 热法再生能耗最高，常被漏算 |
真正的成本分水岭在"有没有旧砂再生"。更完整的设备投入与单件成本测算见砂型3D打印机价格与成本解析。没有再生系统，砂和树脂全部一次性消耗；有再生系统（机械+热法），旧砂回用率能做到 80%–95%，单吨砂型的材料成本能降一半以上。这也是为什么方案里通常把在线混砂机 + 旧砂再生和打印机一起配——只买打印机不配再生，长期成本会失控。
不能只比树脂单价。正确的算法是"每吨合格砂型的材料成本"：
| 呋喃 | 酚醛 | 无机 | |
|---|---|---|---|
| 树脂单价 | 低 | 中 | 高 |
| 加入量 | 1.2%–1.8% | 1.5%–2.0% | 1.5%–2.5% |
| 固化能耗 | 低（常温固化） | 低–中 | 高（需固化炉） |
| 旧砂再生成本 | 中 | 高 | 低 |
| 环保处理成本 | 高（VOC 处理） | 中 | 低 |
算总账时无机粘结剂的树脂单价最高，但把 VOC 处理、职业健康防护、环评成本算进去，差距会明显缩小。这也是越来越多新建产线选无机的真实原因。
旧砂处理和材料与工艺是同一件事的两面，选型时通常一起定。
| 方式 | 再生率 | 适用 | 要点 |
|---|---|---|---|
| 机械再生 | 70%–85% | 呋喃体系、中小批量 | 靠摩擦去除树脂膜，砂粒易破碎，微粉需风选 |
| 热法再生 | 90%–95% | 对砂洁净度要求高的场景 | 600–800℃ 灼烧去除树脂膜，能耗是主要成本 |
| 湿法再生 | 90%+ | 大批量、无机粘结剂 | 水洗+烘干，需污水处理 |
再生的核心控制指标是烧失量（LOI）。LOI 过高说明残树脂没烧净，回用后强度下降、发气量上升；LOI 过低说明过烧，砂粒表面被破坏、酸耗值上升。建议设定内控上限并每批复检，超标的再生砂不要直接回用，掺新砂稀释后再用。
表里两类最典型的铸造缺陷有专门拆解：缩孔的形成与消除、铸造高报废率怎么降。
| 缺陷 | 优先查的材料/参数 | 调整方向 |
|---|---|---|
| 塌箱、脱模即散 | 树脂加入量、固化剂比例、环境温度、砂酸耗值 | 树脂 +0.2%、固化剂 +5%、冬季提温、重测酸耗值 |
| 层间剥离 | 可使用时间、层厚、铺砂均匀性、砂温 | 缩短混砂到铺砂的间隔、层厚加大、控制砂温 |
| 气孔（浇注后） | 树脂加入量、发气量、排气设计、砂水分 | 降树脂、改无机粘结剂、加排气、烘砂 |
| 粘砂 | 砂的耐火度、涂料、浇注温度 | 面砂换锆砂/宝珠砂、上涂料 |
| 脉纹/热裂 | 砂的热膨胀、宝珠砂比例 | 提高宝珠砂比例、降低浇注温度 |
| 尺寸偏差超差 | 层厚、设备精度、收缩率补偿 | 层厚减小、模型加收缩补偿（见下） |
| 表面粗糙 | 目数、层厚、喷墨量 | 换细砂、层厚减小、校准喷墨 |
| 局部强度低 | 混砂均匀性、喷墨覆盖率、树脂分布 | 查混砂时间、校准喷头、检查切片覆盖率设置 |
关于收缩率补偿：3D 打印砂型本身不收缩，但金属凝固会收缩，模型必须预先放大。常用补偿值：铸铁 0.8%–1.0%、铸钢 1.8%–2.2%、铝合金 1.0%–1.3%、铜合金 1.3%–1.6%。这个值一定要按你们自己的历史铸件数据校正，照抄手册会出问题。
三个算例给的是起点值，不是终点值。每个铸件都要打首件、浇一炉、切开看断面，再回头修正配比——这也是 3D 打印砂型相对传统开模最大的优势：改一次参数的成本只是几小时。
90% 的场景用硅砂（石英砂），目数 70/140 或 100/140。厚大铸钢、复杂薄壁、高精度件改用宝珠砂（陶粒砂），铸钢件面砂可用锆砂或铬铁矿砂。选砂的判据是铸件材质、壁厚和精度要求，不是设备型号。
通用区间 70/140 目（0.106–0.212 mm，AFS 55–70）。追求表面质量往 100/140 走，追求效率和透气性往 70/140 走。层厚要不小于最大粒径的 1.5 倍，否则铺砂层容易被刮破。
铸铁和有色件用呋喃（成本低、强度建立快）；铸钢和高合金件用酚醛（热强度高、发气量低）。环保压力大的项目考虑无机粘结剂，但要做好强度偏低和需要高温固化的准备。
通常是树脂重量的 20%–40%。但它不是固定值——环境温度每升 10℃ 反应速度约翻倍，所以冬季和夏季要给两组参数，并盯住"可使用时间"这个指标，让它略大于混砂到铺砂的实际节拍。另外换砂源时要重测酸耗值，酸耗值变了固化剂比例就得跟着变。
因为材料成本的大头在砂和树脂。有再生系统时旧砂回用率 80%–95%，单吨砂型材料成本能降一半以上。只买打印机不配再生，三年算下来多花的钱可能超过设备差价。
看铸件。铝合金和中小铸铁件可以不刷或少刷；厚大铸钢件、高精度表面通常要刷耐火涂料，并控制涂层厚度和烘干。涂料选择要与砂种匹配——宝珠砂和锆砂用的涂料和硅砂不完全一样。
不能单独换。树脂与固化剂是配套设计的，混用会出现"固化看着正常、浇注时塌箱"这类难查的问题。换供应商要整组一起换，并重新做强度和发气量验证。
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